[实用新型]一种基于模块化多电平换流器的HVDC兼UPFC系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及电力电子领域，具体涉及一种基于模块化多电平换流器的HVDC兼UPFC系统。 

背景技术

在分布式发电、可再生能源、智能电网技术迅速发展的新形势下，柔性直流输电技术为弥补传统高压直流输电技术的不足提供了新的途径。传统的采用半控器件晶闸管的高压直流输电，交流侧需要无功补偿装置，逆变侧需要非常强大的电源进行有源逆变，否则会产生换相失败。柔性直流输电采用基于可关断器件的电压源换流器，具有关断电流的能力，应用PWM技术进行无源逆变，对受端系统容量没有要求，解决了传统直流输电向无源负荷点送电的难题；能够独立控制有功、无功等，具有良好的控制灵活性；潮流反转时，直流电流方向反转而直流电压极性不变，方便构成直流多端系统。 

柔性直流输电装置采用基于可关断器件的电压源换流器，具有关断电流的能力，应用PWM技术进行无源逆变，对受端系统容量没有要求，解决了传统直流输电向无源负荷点送电的难题；能够独立控制有功、无功等，具有良好的控制灵活性。其主电路拓扑采用两个电压源换流器（VSC）直流侧并联的方式，其中一台换流器交流侧直接或通过变压器与系统并联，直流侧连接输电线，到达输电目的地后，另一台换流器交流侧直接或通过变压器与目的地的系统并联。 

统一潮流控制器（UPFC）是迄今为止通用性最好的FACTS装置，仅通过控制规律的改变，就能分别或同时实现并联补偿、串联补偿和移相等几种不同的功能。UPFC装置可以看作是一台静止同步补偿器（STATCOM）装置与一台静止同步串联补偿器（SSSC）装置在直流侧并联构成，它可以同时并快速、独立控制输电线路中的有功功率和无功功率，从而使得UPFC拥有STATCOM、SSSC装置都不具备的四象限运行功能。 

UPFC装置主电路拓扑采用两个基于MMC结构的电压源换流器（VSC）直流侧并联的方式，其中一台换流器交流侧直接或通过变压器与系统并联，另一台换流器交流侧通过变压器与系统串联。由于采用了可关断器件控制，使得并联换流器和串连换流器的输出电压可单独控制。每一个换流器在交流输出端，都能独立吸收或供给无功功率及有功功率。 

柔性直流输电和UPFC中，电压源换流器（VSC）通常采用二电平或三电平结构。大容 量柔性直流输电和UPFC中，VSC需要采取可关断电力电子器件（典型器件如绝缘栅双极型晶体管IGBT）串联的方式提高装置的耐压能力。可关断器件IGBT串联的技术难点主要表现在：受技术垄断的影响，具有自身限制短路电流特性的IGBT器件难以采购，IGBT串联均压的控制技术在理论上研究的不够深入。为降低装置输出谐波，需要采用较高的开关频率，因而装置运行损耗较大。这些限制了大容量柔性直流输电和UPFC的应用。 

模块化多电平换流器（MMC）是采用多个子模块串联的一种新型拓扑结构，其各相桥臂分为上桥臂和下桥臂，上下桥臂分别由N个相同的子模块和一个交流电抗器依次串联构成。每个子模块由两个绝缘栅双极型晶体管（IGBT）及其反并联二极管组成的半桥结构和并联的电容构成。每个子模块都是一个两端器件，它可以同时在两种电流方向的情况下进行全模块电压和零模块电压之间的切换。MMC避免了器件串联的技术难点，输出波形为多电平，有效降低了开关器件的物理开关频率和开关损耗；MMC所特有的模块化结构使其设计灵活，利于批量生产；便于分相控制和模块化设计，通过冗余技术可旁路故障单元，进而提高装置运行可靠性；器件开关频率较低，装置运行损耗较小。 

基于以上特点，模块化多电平换流器十分适合在柔性直流输电系统和统一潮流控制器（UPFC）中使用，在高压大功率应用中的优势尤为明显，将是下一代多电平变换器的主流拓扑之一。 

通常的实际工程中，柔性直流输电装置和UPFC往往是独立建设与运行的，这造成了重复投资建设、成本高、设备利用率低、管理与控制不集中等问题。 

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型提供一种基于模块化多电平换流器的柔性直流输电HVDC兼统一潮流控制器UPFC系统，利用电压源换流器直流电压极性不变，方便构成直流多端系统的特点，柔性直流输电和UPFC共用一个换流装置，节省了工程建设成本与投资，提高了设备的利用率，便于集中管理与控制。 

本实用新型提供的一种基于模块化多电平换流器的HVDC兼UPFC系统，包括第一换流装置1、第二换流装置2、第三换流装置11、第一接地电路3、第二接地电路12和直流输电线13；其改进之处在于，