[实用新型]一种紧凑型模块化多电平三极直流输电系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及直流输电技术，尤其是涉及一种紧凑型模块化多电平三极直流输电系统。 

背景技术

随着我国经济持续高速发展，电力需求矛盾日益突出。一方面电力负荷的增长超出了原有交流输电线路的传输能力，而受土地资源限制，很难获得新的输电走廊；另一方面，传统交流输电受绝缘、交流电网特性限制，线路输送功率很少达到导线所能承受的最大热功率，因此需要采用新技术进一步挖掘现有线路的输电潜力。 

与交流输电相比较，采用直流输电，线路电流可以达到导线所能承受的最大热极限。2004年，Barthold L O在专利US6714427B1中提出一种采用直流电流调制，将交流输电线路转化为直流输电线路的三极直流输电技术。在对交流线路改造成直流输电线路的各种转换方案中，由于三极直流输电方案可以充分利用原有的交流三相线路，因此相对于双极和单极直流输电改造方案，三极直流输电方案在提高输电能力、经济成本和可靠性等方面上具有优势。目前利用三极直流输电技术将交流线路改造成直流输电线路处在原理性研究阶段，尚无工程应用实例。 

图1为Barthold L O提出的基于常规LCC-HVDC的三极直流输电主回路图，由图所示，极1、极2为常规LCC-HVDC双极输电系统，极3为具有双向导通能力的单极输电系统，其电压极性和电流方向都可以快速改变。由于LCC-HVDC采用半控型晶闸管，因此图1中的三极直流输电方案存在以下缺点： 

1)如逆变侧交流系统发生故障将引起直流三个极同时发生换相失败，导致直流线路输送功率中断，对受端系统安全稳定构成威胁。 

2)在三极直流系统运行过程中，各极电流大小以及极3电压极性和电流方向都需要按一定周期快速改变，势必对两端交流系统产生扰动。 

3)由于每条线路都配置了一个完整的极，因此需要增加的换流变压器、交流 滤波和无功补偿装置、12脉动换流器以及相应辅助设备较多，造成改造成本较高、新增的换流站占地面积较大的缺点，尤其不利于对换流站占地面积要求特别严格的大城市供电系统中交流线路改造成直流线路工程的实施。 

近年来，采用全控型电力电子器件IGBT的柔性直流输电技术发展很快，与传统直流输电技术相比，具有不需要电网换相电压支撑，可向无源网络供电；不存在换相失败：可实现有功功率、无功功率独立控制；无需交流滤波和无功补偿装置等优点。从所采用的换流器结构来区别，柔性直流输电系统主要包括两电平换流器、三电平换流器和模块化多电平换流器(MMC)结构，其中基于模块化多电平换流器的柔性直流输电系统除了具有柔性直流输电通用优点外，还具有开关频率低、损耗小、易扩展、输出波形质量高、制造难度低等特点，因此具有广阔的应用前景。 

为了解决基于常规LCC-HVDC的三极直流输电存在的问题，降低新建换流站面积，提高交流线路改直流线路方案的经济性，提出一种基于四相八桥臂模块化多电平换流器的紧凑型三极直流输电系统，可以很好的满足城市供电系统中交流线路改造成直流输电线路提高输电容量的需要。 

发明内容

本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种紧凑型模块化多电平三极直流输电系统，解决基于LCC-HVDC的三极直流输电的缺点，满足土地资源紧张的城市供电系统中交流线路改造成直流输电线路需要。 

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现： 

一种紧凑型模块化多电平三极直流输电系统，实现三极直流功率传输，包括依次连接的整流侧子系统、直流线路和逆变侧子系统，所述的直流线路包括三根导线，分别为极1直流线路、极2直流线路和极3直流线路； 

所述的整流侧子系统和逆变侧子系统均包括一个换流变压器和一个换流器，所述的换流器为四相八桥臂模块化多电平换流器，该换流器的一、二、三相中点分别与换流变压器绕组副边相连，第四相中点通过平波电抗器与极3直流线路相连，换流器的正极通过平波电抗器与极1直流线路相连，负极通过平波电抗器与极2直流线路相连。 

所述的四相八桥臂模块化多电平换流器包括八个桥臂，每个桥臂由一个桥臂电抗器和至少一个子模块串联而成，每两个桥臂的桥臂电抗器相连接，构成一个相单元。 

所述的直流线路为电缆或架空线路。 

若直流线路为电缆，则所述的子模块为半桥结构，包括两个IGBT、一个电容和两个二极管。