[发明专利]一种混合型三极直流输电系统及其控制方法

说明书

技术领域

本发明属于电力电子系统技术领域，具体涉及一种混合型三极直流输电系统及其控制方法。

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。

L.O.Barthold等人在标题为Conversion of AC Transmission Lines to HVDC using Current Modulation（Inaugural IEEE PES2005Conference and Exposition.11-15July,2005.Durban,South Africa:26-32）的文献中提出了一种三级直流结构及与之匹配的直流电流调制策略。图1即为上述三极直流输电系统的结构示意图，该三极直流输电系统包括：与送端交流电网连接的整流换流站；与受端交流电网连接的逆变换流站。整流换流站和逆变换流站均采用三极换流系统，三极换流系统由三个换流单元H1～H3组成。

换流单元H1直流侧正极端为三极换流系统的第一直流输电端口，换流单元H1直流侧负极端与换流单元H2直流侧正极端和换流单元H3直流侧负极端相连并接地，换流单元H2直流侧负极端为三极换流系统的第二直流输电端口，换流单元H3直流侧正极端为三极换流系统的第三直流输电端口；整流换流站的三个直流输电端口均通过直流输电线路与逆变换流站的三个直流输电端口对应连接。

换流单元H1和H2的中性点电流不流入大地，而是通过具有双向通道的换流单元H3进行回流，接地极一般仅在故障等暂态情况下作为不平衡电流的回流路径起作用。换流单元H1和H2的换流器是以晶闸管组成的三相六脉桥作为基本换流单元；换流单元H3根据直流电流调制策略的要求，其换流器需要拥有直流电压和直流电流反向功能，故其基本换流单元为反并联晶闸管组成的三相六脉桥或两组反向并联的三相六脉桥。在稳态运行下，三极直流能够传输的功率是双极直流的1.366倍，能够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。

虽然，换流单元H1～H2和H3的换流器存在较大区别，但是，基本换相器件都是不可关断的晶闸管，因此，该三极直流输电系统结构存在如下缺陷：

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.存在换相失败问题，引起直流传输功率大容量缺额，造成交直流响应特性恶化，严重影响所连的交流系统稳定运行；

3.存在无功补偿和谐波问题，需要安装无功补偿设备和滤波设备，不仅增加了设备成本，而且在甩负荷时会出现无功功率过剩，容易导致过电压；

4.在其电流调制策略下，电流调制过渡阶段伴随有无功变化，由于无功设备调节缓慢，因而会引起交流系统无功剩余或不足，产生过电压等现象；

5.在其电流调制策略下，换流单元H3在电流调制过渡阶段，其直流电流需要反向，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。同时，过渡阶段H3需要进行闭锁和解锁动作，较为繁琐。

发明内容

针对现有技术所存在的上述技术问题，本发明提供了一种混合型三极直流输电系统，能够向无源负荷输电，具有有功无功部分解耦调节，电流调制过渡阶段平缓、稳定的特点，同时能够快速地恢复换相失败。针对所提出的混合型三极直流输电系统在过渡阶段可能引起的电流平衡、无功平衡等问题，提出了相应的控制方法。

一种混合型三极直流输电系统，包括整流换流站和逆变换流站；

所述的整流换流站和逆变换流站均包括有一交流母线和三极换流系统，所述的交流母线与对应交流电网连接，所述的三极换流系统通过换流变压器挂接于交流母线上；

所述的三极换流系统中换流单元H3采用MMC（模块化多电平换流器）。

所述的MMC采用三相六桥臂结构，每个桥臂由若干个换流子模块和一桥臂电抗器串联组成。