[发明专利]一种基于LCC和MMC的混合直流输电系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于LCC和MMC的混合直流输电系统，属于高压直流输电技术领域。

背景技术

随着电力科学技术的发展，传统直流输电系统(又称电网换相换流器高压直流输电系统，Line Commutated Converter Based High Voltage Direct Current，LCC-HVDC)以其远距离大容量输电、有功功率快速可控等特点在世界范围内得到了快速发展。但LCC-HVDC由于采用无自关断能力的普通晶闸管作为换流元件，需要借助一定强度的交流系统实现换相，这使其存在着逆变站有换相失败风险、无法对弱交流系统供电、不能作为电网大停电的恢复电源，且运行中需要消耗大量无功功率等缺陷，一定程度上制约了它的发展。

近年来以全控型电力电子器件为基础的电压源型换流器高压直流输电(Voltage Source Converter Based High Voltage Direct Current，VSC-HVDC)因其可独立控制有功无功功率、不存在换相失败、可为无源孤岛供电等诸多优点得到学术界与工业界的青睐。而基于模块化多电平换流器的MMC-HVDC具有扩展性好、输出电压波形品质高、开关频率低、运行损耗低、无需交流滤波装置等诸多优点，已成为柔性直流输电系统的主流趋势。但是MMC-HVDC系统造价昂贵、无法有效地处理直流短路故障等缺点，使其在长距离大容量输电场合的运行受到制约。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于LCC和MMC的混合直流输电系统，用以解决现有的LCC直流输电系统和MMC直流输电系统均存在着缺陷的问题。

为实现上述目的，本发明的方案包括一种基于LCC和MMC的混合直流输电系统，包括一个由MMC子模块构成的MMC换流器和由至少一个LCC构成的LCC换流器系统，所述MMC换流器的直流端通过直流输电线路对应连接所述LCC换流器系统的直流端；所述MMC换流器中的每个桥臂上均包括至少两种所述MMC子模块。

所述MMC换流器中的每个桥臂上均包括两种所述MMC子模块，分别为全桥子模块和半桥子模块，每个桥臂中的全桥子模块和半桥子模块的比例大于或者等于1：1。

所述MMC子模块中，至少有一种子模块为混合双子模块，所述混合双子模块包括4个功率模块：T1、T2、T3、T4和2个电容：C1、C2，所述T1的阳极连接所述T4的阳极，所述T2的阴极连接T3的阴极，所述T1的阴极连接所述T2的阳极，所述T4的阴极通过所述电容C2连接所述T3的阳极，所述T1和T4的连接点与所述T2和T3的连接点之间连接所述电容C1，所述T1和T2的连接点为所述混合双子模块的一个端口，所述C2和T4的连接点为所述混合双子模块的另一个端口。

所述功率模块为IGBT模块，所述功率模块的阳极为IGBT模块的集电极，所述功率模块的阴极为IGBT模块的发射极。

每个所述功率模块均反向并联一个二极管。

所述LCC换流器系统的交流端与地之间串接有交流无功补偿装置组，所述交流无功补偿装置组与一个交流滤波器组并联。

所述LCC换流器系统的直流母线上串设有直流平波电抗器。

所述LCC换流器系统的直流母线之间连接有一个直流滤波器。

本发明提供的混合直流输电系统中，在直流输电线路的两端分别连接MMC换流器和LCC换流器系统，其不仅结构简单可靠，而且还能够结合LCC和MMC的各自优点并克服各自的缺点，利用MMC的有功无功独立调节能力来调节交流电压，从而增加LCC的最大传输有功功率能力并减小其换相失败的可能；而且MMC中可以根据实际需要接入至少两种类型的子模块，控制更加灵活多变，在直流侧发生故障时可以控制其直流端输出相应的电压，从而克服普通MMC无法有效处理直流故障的缺点。

附图说明

图1是基于LCC和MMC的混合直流输电系统的系统结构图；

图2是混合双子模块的结构示意图；

图3-1是混合子模块正常工作模式下的第一种工作状态示意图；

图3-2是混合子模块正常工作模式下的第二种工作状态示意图；

图3-3是混合子模块正常工作模式下的第三种工作状态示意图；

图3-4是混合子模块正常工作模式下的第四种工作状态示意图；

图4-1是混合子模块闭锁模式下的其中一种工作状态示意图；

图4-2是混合子模块闭锁模式下的另一种工作状态示意图；

图5是模块混合型模块化多电平换流器MMC的拓扑结构图；