[发明专利]一种基于混杂式MMC的混合型直流输电系统

说明书

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，具体涉及一种基于混杂式MMC的混合型直流输电系统。

背景技术

基于LCC（电网换相换流器）的传统高压直流输电系统（LCC-HVDC）具有造价低、损耗小、可靠性高等优点，目前已在海底电缆送电、大容量远距离输电、异步电网互联等场合得到了广泛应用。但是，LCC-HVDC逆变侧存在换相失败的风险，且不适合向弱交流系统或无源网络送电，限制了其进一步发展。

由两电平VSC（基于全控型电力电子器件的电压源型换流器）或模块化多电平换流器（MMC）构成的高压直流输电系统具有独立控制有功无功、不存在换相失败、可为无源孤岛供电等诸多优点，具有较好的发展前景。但是，VSC类换流器与LCC相比存在运行损耗大、制造成本高等缺点。因此，整合LCC和VSC两者优势的混合直流输电系统引起了学者们的广泛关注。

李广凯等人在标题为新型混合直流输电方式的研究（电网技术，2006，30(4)：82-86）的文献中利用LCC和两电平VSC的优势互补，提出了LCC-VSC直流输电系统。徐政等人在专著《柔性直流输电系统》中，针对MMC无法处理直流故障的问题，一方面通过引入CMMC（基于钳位双子模块的模块化多电平换流器），提出了LCC-CMMC混合直流输电系统；另一方面，通过加装大功率二极管，提出了LCC-二极管-MMC混合直流输电系统，能够较好地处理直流故障。

但是，目前提出的这些混合拓扑都忽视了一个问题：当LCC所在的送端交流系统发生故障，尤其是较严重的接地故障时，LCC输出的直流电压将随交流电压发生下降。然而，上述的VSC类换流器由于受系统稳定运行的限制，直流电压不能出现较大幅度的减小。因而，在送端交流系统电压跌落较多的情况下，将出现整流站输出的最大直流电压小于逆变站的现象，同时，由于LCC的单向导通性，直流电流将快速下降至0，出现功率中断。功率中断时间与交流系统故障时间相同，危害性更胜于换相失败。

发明内容

针对现有技术所存在的上述技术问题，本发明提供了一种基于混杂式MMC的混合型直流输电系统，能够向无源负荷输电，无换相失败风险，具有直流线路故障自清除能力，在送端交流发生故障时，仍具有继续传输功率的能力。

一种基于混杂式MMC的混合型直流输电系统，包括：与送端交流电网连接的整流换流站以及与受端交流电网连接的逆变换流站，所述的整流换流站通过直流输电线路与逆变换流站连接；

所述的整流换流站和逆变换流站均包括有与对应交流电网连接的交流母线以及通过换流变压器与交流母线连接的换流单元；

整流换流站的换流单元采用晶闸管换流器，其用于将送端交流电网的三相交流电转换为直流电，并通过直流输电线路将该直流电输送至逆变换流站；

逆变换流站的换流单元采用MMC，其用于将所述的直流电转换为三相交流电并输入受端交流电网；其中，MMC每个桥臂均由N个半桥子模块和M个全桥子模块混合级联构成并串接有桥臂电抗器，N和M均为大于0的自然数。

优选地，所述的直流输电线路两端对应与整流换流站和逆变换流站之间均设有平波电抗器；其用于平滑直流电流，缓解故障情况下直流电流的大幅度波动，减少来自线路上的操作过电压或雷击过电压对阀厅的损害。

优选地，所述的整流换流站的交流母线上挂接有交流滤波器和无功补偿器；滤波器能够滤除整流换流站产生的谐波，无功补偿器能够补偿整流换流站对无功功率的需求。

所述的晶闸管换流器为十二脉动桥式晶闸管换流器。

所述的换流变压器用于将交流电网的三相交流电进行电压等级变换；承受直流偏置电压，并起到隔离直流偏置电压进入交流电网以及隔离零序分量的作用。

所述的半桥子模块由两个IGBT管T₁～T₂和电容C₁构成；其中，IGBT管T₁的集电极与电容C₁的一端相连，电容C₁的另一端与IGBT管T₂的发射极相连且为半桥子模块的低压端，IGBT管T₂的集电极与IGBT管T₁的发射极相连且为半桥子模块的高压端；两个IGBT管T₁～T₂的基极均接收外部设备提供的控制信号。