[发明专利]一种混合直流输电拓扑结构及控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及混合直流输电领域，尤其涉及一种混合直流输电拓扑结构及控制方法。

背景技术

高压直流输电系统可分为两种类型：基于晶闸管技术的传统直流输电系统(LCC-HVDC)；基于全控型电力电子器件技术的柔性直流输电系统(Flexible-HVDC)。传统直流输电系统(LCC-HVDC)成本低，损耗小，运行技术成熟，目前，世界上正在运行的直流输电系统绝大部分都是LCC-HVDC系统，但传统直流输电系统(LCC-HVDC)存在逆变侧易换相失败，对交流系统的依赖性强,吸收大量无功，换流站占地面积大等缺点。而新一代的柔性直流输电系统(Flexible-HVDC)则具有能够实现有功功率及无功功率解耦控制、可以向无源网络供电、结构紧凑占地面积小、不存在换相失败故障等优点，但也存在成本高昂，无法有效的处理直流侧故障等缺陷。因此结合传统直流输电和柔性直流输电的混合直流输电将具有工程应用前景。本发明涉及的混合直流输电系统一端为基于晶闸管技术的LCC-HVDC，一端为全控型电力电子器件构成的电压源型换流器，目前混合两端直流输电系统的拓扑结构主要有如图1所示的对称单极接线的混合两端直流输电系统和图2所示的对称双极接线的混合两端直流输电系统，图1或图2中的电压源型换流器与LCC-HVDC的位置可以互换。该系统结合了传统直流输电损耗小、运行技术成熟以及柔性直流输电可以向无源网络供电、不会发生换相失败的优点，但也存在潮流方向不能改变的缺点。

实际运行中随着电网装机容量,电网负荷以及上网电价的变化,可能会频繁进行直流功率的反转以便将电力潮流方向由一个电网改变到另一个电网。高压直流输电系统均是由两端或多端换流器站及直流输电线路组成，其中将交流电转换为直流电的换流器称为整流器，而将直流电转换为交流电的换流器称为逆变器。一般将直流输电输送功率方向的变化称为潮流反转，也称为功率反送。当发生潮流反转时，两端的换流站的运行工况会发生变化，即原来的整流站将变为逆变运行，而原来的逆变站则变为整流状态。由于传统直流的换流器均采用晶闸管换流器，电流方向不能改变，潮流反转时只能改变电压极性，而电压源型换流器潮流反转时只能改变直流电流方向、不能改变直流电压极性，因此混合两端直流输电 系统的潮流一般不能改变，如果需要改变一般需要加装相关开关元件，改变电压源型换流器的极性，目前一般是在每个电压源型换流器端均加装相应开关元件以达到改变其电压极性的目的，如图2所示，在VSC换流器1正负两端加装开关元件S1，S2，S3，S4；在VSC换流器2正负两端加装开关元件S5，S6，S7，S8，这样对于双极直流输电系统就增加了系统投资成本。此外，目前也有方法提出通过采用拓扑结构较为复杂的电压源型换流器,通过相关的控制策略来实现电压源型换流器两端电压极性的反转，这样不仅成本增加,而且控制复杂,降低了系统的可靠性。

发明内容

本发明的目的：在于提供一种混合直流输电拓扑结构及其控制方法，结合了基于晶闸管换流器和基于电压源型换流器的直流输电拓扑的优点，在减少系统开关元件的同时可较为容易的实现双极直流的潮流反转，同时可有效减小潮流反转过程中对互联交流电网的影响。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：一种混合直流输电拓扑结构，其特征在于：

第一换流站由两组晶闸管换流器串联组成，其串联节点连接接地极或金属中线；

第二换流站由两组电压源型换流器串联组成，其串联节点连接接地极或金属中线；

第一换流站或第二换流站或第一换流站和第二换流站中换流器串联后的正负两端的同一个位置分别装有一个开关元件(S1,S4)，同时在正负两端同一位置再分别通过一个开关元件(S2、S3)并联交叉接线到对端。

上述方案中：第一换流站中装设有平波电抗器与直流滤波器。

上述方案中：第一换流站和第二换流站通过第一输电线路和第二输电线路连接，或通过第一输电线路，第二输电线路和第三金属中性线路连接。

上述方案中：所述晶闸管换流器为六脉动桥式电路，或者十二脉动桥式电路，或者双十二脉动桥式电路；所述电压源型换流器为两电平换流器，或三电平换流器，或模块化多电平换流器MMC，或混合多电平换流器HMC或级联式两电平换流器CTL。

上述方案中：所述开关元件是指隔离刀闸或直流断路器或隔离刀闸与直流断 路器两者的组合。

上述方案中：在两组电压源型换流器串联后的正负两端均安装有平波电抗器，所述安装在正负两端同一个位置的开关元件(S1,S4)安装在平波电抗器与换流器之间，或者安装在直流输电线路与平波电抗器之间。