[发明专利]一种具有直流电压反向功能的多电平换流器

说明书

技术领域

本发明属于电力系统换流技术领域，具体涉及一种具有直流电压反向功能的多电平换流器。

背景技术

我国电力规划的总体方针是“西电东送、南北互供、全国联网”。然而，随着电网规模的日益扩大和结构的日趋复杂，加之涉及征地问题的利益纠葛近年来也逐渐显现出来，在原有的线路基础上再开辟出新的线路走廊就显得更加困难。因此，利用原有的高压交流站和线路网架，改造并转换成直流输电工程，成为解决这一问题非常值得探讨的思路。再者，对于超大规模的电网来说，用直流工程将其分隔成数个异步子系统，可以有效减少交流同步联网所带来的一系列问题，如短路电流超限、低频振荡加剧、故障大范围传递等。

在各种交流线路转换成直流线路的方案中，三极直流输电相比传统的双极和单极直流输电，在技术应用、经济成本和可靠性等方面都体现出一定的优势。L.O.Barthold等人在标题为Principles and Applocations of Current-Modulated HVDC Transmission Systems（IEEE/PES Transmission and Distribution Conference and Exposition.May21-26,2006,Dallas,TX,USA:1429-1435）的文献中提出了一种能够有效提升直流输送容量的直流电流不平衡调制方法。图1是典型的三极直流输电系统示意图，其直流回路由双极和单极线路并联组成；但与常规的双极直流输电不同的是，极1和极2的中性点电流不流入大地，而是通过具有双向通道的极3进行回流（回流方式分别如虚线和点划线所示）。

图2展示了正常运行时三个极上的电压电流调节特性；从图可以看出，正常运行时，三极直流输电各极的电流不是恒定的，而是在两个阶跃值间不断转换；极1和极2电流的绝对值在最大值I_max和最小值I_min之间跳变，极3流过的电流是极1与极2电流的差值；极1和极2的电压极性保持不变；由于极3的电流方向要发生周期性的变化，极3的电压也必须呈现周期性的反转以保证功率的传输方向不变，维持交直流稳定，即极3需要同时具有直流电压与直流电流反向功能。因而上述文献提出极3由反并联的双向晶闸管构成换流桥，或者由两个不同向的晶闸管换流桥并联组成；根据上述电流调制方式，在稳态运行下，三极直流系统能够传输的功率是双极直流的1.366倍，有效提升直流系统传输容量，有利于更大程度地支援电网的功率需求，促进电网的发展和稳定运行。

然而，上述极3采用的换流桥其基本换相单元为晶闸管，存在如下缺陷：

1.不能向无源网络供电，不适用于向远距离的孤立负荷输电；

2.换相失败，引起直流传输功率大容量缺额，造成交直流响应特性恶化；

3.需要安装多组交流滤波器和直流滤波器，增加设备成本；

4.上述电流调制过渡阶段，由于无功功率调节较缓慢，引起交流系统无功剩余，产生过电压；

5.上述电流调制过渡阶段，由于直流电流需要反向，存在过零点现象，而传统直流具有最小直流功率（电流）的要求，一般为额定值的10%左右，因而，过渡阶段容易引发过电压等问题。

模块化多电平电压源型换流器（modular multilevel converter，MMC）通过半桥子模块串联构成换流阀，易于扩展，谐波畸变小，开关损耗低，适用于高电压大功率场合，具有广阔的应用前景，而且，由其组成的直流输电系统能够实现有功无功解耦控制，不存在换相失败问题，在交流侧和直流侧均不需要装设滤波器，无最小传输功率限制。但是，其子模块0，1电平特性决定了MMC-HVDC（基于MMC的高压直流输电系统）仅含有直流电流双向传输能力，直流电压不能实现反向，因而MMC不能直接用于三极直流的极3换流器。

发明内容

针对现有技术所存在的上述技术缺陷，本发明提供了一种具有直流电压反向功能的多电平换流器，能够满足直流电流反向的同时，实现直流电压反向，适用于三极直流输电系统中的极3换流器。

一种具有直流电压反向功能的多电平换流器，包括MMC；所述的MMC为三相六桥臂结构，每个桥臂从MMC的电网接入端至直流耦合端均由一电抗器和一模块化多电平单元串联组成；所述的模块化多电平单元两端通过一电压反向控制单元分别与直流耦合端和电抗器连接，所述的电压反向控制单元用于控制MMC以直流电压正向运行或直流电压反向运行。