[发明专利]MMC-HVDC系统及其直流侧隔离装置和隔离方法

说明书

技术领域

本发明涉及电力系统控制技术领域，特别是涉及一种MMC-HVDC系统及其直流侧隔离装置和隔离方法。

背景技术

为了解决新能源并网与消纳问题，基于电压源换流器(voltage source converter，VSC)的高压直流输电(high-voltage direct current，HVDC)技术和直流电网技术已经成为学术研究的热点。相比与传统的交流输电技术以及基于电网换相换流器的高压直流输电技术，基于VSC-HVDC不但具有线路损耗低、传输容量大、传输距离远等优点，而且不存在系统同步运行稳定性问题，可以充分提高可再生能源的利用率。

在众多拓扑结构中，基于模块化多电平换流器(modular multilevel converter，MMC)的HVDC具有显著优势，MMC拓扑采用子模块级联的方式构成，避免了绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)的直接串联，大大降低了其制造难度。此外，它还具有交流输出电压谐波畸变率低、开关损耗小等优点，更适合于构建高压直流输电系统以及直流电网，具有广阔的应用前景。

在现有MMC-HVDC工程中，通常通过在MMC-HVDC系统的MMC和每条直流线路上均引入直流断路器，通过关断某直流断路器来使与该直流断路器相连的MMC或直流线路与该MMC-HVDC系统隔离。由于现有MMC-HVDC工程中换流器多采用半桥子模块(half bridge sub-module，HBSM)，而HBSM不具有直流故障自清除能力，因此，可以通过在MMC-HVDC系统的MMC和每条直流线路上均引入直流断路器，通过直流断路器使故障MMC和/或故障直流线路与该MMC-HVDC系统隔离，来清除该MMC-HVDC系统的直流故障。然而，由于直流断路器的造价昂贵，通过在MMC-HVDC系统的MMC和每条直流线路上均引入直流断路器来隔离MMC和/或直流线路，将使用到大量的直流断路器，而随着网状结构逐渐成为主流，MMC-HVDC系统中使用的直流线路的逐渐增加，所需要安装使用的直流断路器的数目也随之而增加，这将在一定程度上增加电网的投资成本，造成电网的投资成本过高的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种MMC-HVDC系统及其直流侧隔离装置和隔离方法，以解决现有技术中通过在MMC-HVDC系统的MMC和每条直流线路上均引入直流断路器来隔离MMC和/或直流线路，在一定程度上增加电网的投资成本，造成电网的投资成本过高的问题。

为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：

一种用于MMC-HVDC系统直流侧的隔离装置，包括：第一隔离开关、电流转移开关、输入输出端和一直流断路器；其中，

所述直流断路器的一端接地，另一端与所有所述第一隔离开关均相连；每个所述第一隔离开关分别通过所述电流转移开关与一输入输出端相连；

所述电流转移开关包括：第一避雷器和与所述第一避雷器并联连接的第一IGBT组或H桥组，所述第一IGBT组包括N个带反向并联二极管的第一IGBT和N个带反向并联二极管的第二IGBT，所述第一IGBT和所述第二IGBT反向串联连接；所述H桥组包括N个相互串联的H桥电路，每个所述H桥电路包括1个第一电容和4个带反向并联二极管的第三IGBT；

其中，N≥kU₀/U₁，N∈Z，k为冗余系数，U₀为所述第一避雷器的保护水平，U₁为所述第一IGBT和所述第二IGBT的承压或为所述第三IGBT的承压。

其中，所述隔离装置还包括：第二隔离开关，每个所述直流断路器分别通过所述第二隔离开关与所有所述第一隔离开关相连。

其中，所述隔离装置还包括：辅助放电支路，每个所述辅助放电支路的一端接地，另一端与一所述输入输出端相连；

所述辅助放电支路包括：串联连接的辅助放电开关和电阻器，所述辅助放电开关包括相互并联的晶闸管组和第二避雷器，所述晶闸管组包括至少一个相互串联的晶闸管，当所述辅助放电开关处于开通状态时，电流从所述晶闸管的正极流向负极。