[发明专利]一种混合双极直流输电系统

说明书

技术领域

本发明属于电力系统输电技术领域，具体涉及一种混合双极直流输电系统。

背景技术

随着电力科学技术的发展，基于晶闸管换流器的传统高压直流输电系统的造价逐年降低，电力输送的可靠性不断提高，站内损耗渐渐减小。目前，基于晶闸管换流器的传统高压直流输电系统已经被广泛应用于大容量远距离输电、海岛输电以及异步电网背靠背互联等场合。但是，基于晶闸管换流器的传统高压直流输电系统有以下三个主要的缺陷：(1)逆变侧易换相失败；由于晶闸管换流器的主要器件晶闸管属于半控型器件，其换相方式采用电网换相，因此交流电网的波动或者故障有可能导致逆变侧的晶闸管换流器出现换相失败，这将造成交流系统的巨大冲击，严重地影响系统稳定安全运行。(2)对交流系统的依赖性强；基于晶闸管换流器的传统高压直流输电系统无法对弱交流系统以及无源网络进行输电；(3)换流站占地面积大；因此直流落点的选址上存在着较大的问题，对于发达的东南沿海地区，修建一座基于晶闸管的传统高压直流换流站会造成较大的土地资源浪费。综上所述，基于晶闸管换流器的传统高压直流输电系统存在着的较大的缺陷，一定程度上制约了它的发展。

基于模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter，MMC)的直流输电系统是一种较为新颖的柔性直流输电系统，其拓扑结构的基本单元是半桥子模块。相较于基于晶闸管换流器的传统高压直流输电系统，模块化多电平换流器直流输电系统有着诸多优点，例如能够实现有功功率及无功功率解耦控制、开关频率低、运行损耗低、输出电压波形谐波系数低、滤波系统成本低廉、拓展性强、结构紧凑占地面积小、不存在换相失败故障等等。在光伏、风电和潮汐等新能源并网，超大规模城市输配电，偏远海岛、孤立负荷以及无源网络供电等应用场合，模块化多电平换流器直流输电系统有着很强的竞争力。然而，模块化多电平换流器直流输电系统同样也存在两个较大的缺陷：(1)无法有效的处理直流侧的故障，系统可靠性低。当直流侧发生故障时，全控型开关器所反向并联的蓄流二极管会造成能量馈送点与故障点之间的能量馈送回路，这会造成瞬时的过电流，因此必须跳开交流断路器将其切断，但交流断路器的机械响应时间最快也需要2～3个周波，而短路过电流在这2～3个周波的时间内已经增大到较大的数值；因此在选择设备时不得不增大设备的额定参数，并且配置高速的旁路开关等辅助性措施；这大大地增加了换流站的建造成本；而且，模块化多电平换流器直流输电系统常常需要使用故障率低、造价高的电缆线路作为其直流输电线路，而无法使用闪络等暂时性故障率高、造价低的架空线路输电，这导致了其无法应用于长距离直流输电场合。(2)接地支路设计、安装困难。目前采用的接地方式主要有两种：一是在模块多电平换流器的交流侧安装三相星形连接的电抗支路为换流站提供参考电位，但是电抗参数选择较为困难，并且会对换流器本身的无功功率的运行范围造成影响；二是采用直流侧大电阻嵌位接地方式，但是大电阻参数的选取较为困难，当电阻取得过小则稳态运行时的损耗会增大，当电阻取得过大则失去了接地的意义。综上所述，基于模块化多电平换流器直流输电系统存在着的较大的缺陷，一定程度上制约了它的发展。

发明内容

针对现有技术所存在的上述技术缺陷，本发明提供了一种混合双极直流输电系统，结合了基于晶闸管换流器以及基于MMC的直流输电拓扑的优点；解决了逆变侧换相失败及直流侧无法自清理故障等技术问题，占地面积小，接地方式设计简易。

一种混合双极直流输电系统，包括：整流换流站和逆变换流站，两者通过直流输电线路相连；其中：

所述的整流换流站用于将送端交流电网的三相交流电转换为直流电后通过直流输电线路传送给逆变换流站；整流换流站由两台晶闸管换流器串联组成，其串联节点接地；

所述的逆变换流站用于将所述的直流电转换为三相交流电后输送给受端交流电网；逆变换流站由两台MMC串联组成，其串联节点接地，串联后的正负两端均连接有单向导通功率器件。

所述的单向导通功率器件由若干个二极管或晶闸管串联构成。

优选地，所述的送端交流电网进站(整流换流站)的三相母线上连接有无源滤波器；其用于滤除交流侧的电压谐波，提供一定的无功补偿。

优选地，所述的整流换流站正负两端均通过平波电抗器与直流输电线路相连接；所述的逆变换流站正负两端连接的两个单向导通功率器件均通过平波电抗器与直流输电线路相连接；能够对直流电流中的纹波进行平抑，防止直流输电线路产生的陡波前冲击波进入换流站导致器件遭受过电压而损坏，同时避免电流断续。