[发明专利]一种电压源型直流融冰兼静止同步补偿装置及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电压源型直流融冰兼静止同步补偿装置及其控制方法，特别是一种基于全桥子模块的模块化多电平换流器的直流融冰兼静止同步补偿装置及其控制方法，涉及大功率电力电子和输电线路融冰技术领域。

背景技术

电力系统遭受的各种自然灾害中，冰灾是最严重的威胁之一。随着现代化水平的不断提高，全社会对电力的依赖程度越来越高，对电力供应也提出了更高要求。近年来，全球各类气象灾害更为频繁，极端天气气候事件更显异常，冰灾造成电力系统的损失和影响更趋严重，破坏程度越来越强，影响也越来越复杂，应对难度也越来越大。如1921年10月瑞典冰灾、1972年1月美国哥伦比亚州冰灾、1998年1月美国东北部和加拿大东南部冰灾、1999年12月法国冰灾、瑞典南部2005年1月冰灾、德国2005年11月冰灾。

我国冰灾事故频繁发生，电网受到的影响越来越严重。2005年初,华中地区历史上罕见的低温雨雪冰冻天气给我国华中、华北电网造成严重的灾害。2008年初，低温雨雪冰冻天气袭击我国南方、华中、华东地区，导致贵州、湖南、广东、云南、广西和江西等省输电线路大面积、长时间停运，给国民经济和人民生活造成巨大损失。2011年1月，由于较大面积覆冰，贵州省、湖南省、江西省、广西桂北地区、广东粤北地区和云南滇东北地区的电网受到了很大的影响。2012年初、2013年初、2014年我国电网都不同程度受到覆冰的影响。

2008年冰灾后，中国电力科技工作者自主进行了直流融冰技术及装置的研发，成功研发出了具有完全自主知识产权的大功率直流融冰装置，主要包括带专用整流变压器直流融冰装置(ZL201010140060.5)和不带专用整流变压器的直流融冰装置(ZL201010140086.X)，进而在全国进行了推广应用，到目前为止，共有约100余套直流融冰装置投入运行，其中南方电网内布置有80多套。上述两种直流融冰装置采用了晶闸管可控整流技术，在运行中均会消耗一定的无功、产生特征次谐波，给接入交流系统带来一定的影响。特别是不带专用整流变压器的直流融冰装置，只能采用6脉波整流，运行时谐波污染严重，实际应用中需将其接入点的其它负荷转移到其它母线。

自2008年开始，就有基于可关断电力电子器件直流融冰装置的相关研究启动，但由于可关断电力电子器件价格昂贵，电压和电流容量还很有限，大功率电压源型换流器可靠性较差，业内人士提出的一些基于电压源型换流器的直流融冰装置只能用于110kV及以下电压等级输电线路的融冰，无法提供更高电压等级输电线路融冰需要的最小融冰电流。即至今为止，国内外均还没有成功研发出可代替基于晶闸管技术的、经济实用的适用于不同长度多电压等级输电线路融冰需要的电压源型直流融冰装置。

近几年来，电压源型换流器已经取得了长足的进步，基于H桥的静止同步补偿器(STATCOM)已经得到较为广泛的应用，南方电网在500kV东莞变电站、水乡变电站、北郊变电站和木棉变电站各安装了容量为±200MVAr的STATCOM。基于半H桥模块化多电平变流器(MMC)也已应用于柔性直流输电领域，并展现出明显的技术优势，世界上首个应用MMC技术的VSC-HVDC工程Trans Bay Cable2010年3月在美国正式投运，世界首个多端柔性直流输电工程——南澳±160千伏多端柔性直流输电示范工程已于2013年12月在中国汕头投入运行。模块化多电平变流器的可靠性在逐步提高，价格在逐步下降。基于全桥子模块的模块化多电平换流器具有直流电压和直流电流双向运行能力,可满足直流融冰对换流器运行工况的要求，将其应用于直流融冰，可克服现有基于晶闸管直流融冰装置缺点。

现阶段，全控型器件通流能力还很有限，远没有达到晶闸管的通流指标。即使采用电流额定值最大的IGBT，单个器件也无法提供220kV输电线路融冰需要的电流，必须采用器件并联或者换流器并联才能满足。对于绝缘栅双极型晶体管IGBT，由于其饱和电压在很宽的电流范围内都具有正的温度系数，很容易实现并联器件间的均流。另外，即使对采用单IGBT器件就可满足融冰电流需求的场景，由于高压大电流IGBT器件非常昂贵，采用具有较小电流额定值的多个IGBT器件和换流器并联往往是一种很经济的方案。