[发明专利]适用于高压大容量传统直流工程受端改造的逆变站拓扑结构及其控制方法

说明书

本发明公开了一种适用于高压大容量传统直流工程受端改造的逆变站拓扑结构及其控制方法，该逆变站拓扑能够灵活应用于多种电压等级和输送容量的高压直流输电工程的受端改造，使改造后的逆变站能够与原工程的电压与功率相匹配，同时能够保证逆变站在稳态运行过程中，各个换流单元之间维持直流电压和直流电流平衡。本发明控制方式是对各个MMC换流单元的控制模式控制，无需增加额外的附加控制器便能实现换流单元之间的功率平衡。

技术领域

本发明属于电力电子系统技术领域，具体涉及一种适用于高压大容量传统直流工程受端改造的逆变站拓扑结构及其控制方法。

背景技术

高压直流输电(HighVoltage Direct Current,HVDC)由于其输电线路造价低，不增加交流系统短路容量，占用输电走廊小，损耗较低等优势，被广泛用于我国的远距离大容量输电工程

两端直流输电系统根据换流技术的不同可以分成两种：基于晶闸管的传统直流输电(LCC-HVDC)和基于IGBT的柔性直流输电(VSC-HVDC)。LCC-HVDC系统由于其造价低、性能好，已经被广泛地应用于大容量远距离输电以及异步电网背靠背互联等场合，但是LCC-HVDC系统存在着逆变站换相失败、无法对弱交流系统供电、运行过程中需要消耗大量无功功率等缺陷，在一定程度上制约了它的发展。

与此对应的基于模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter，MMC)的柔性直流输电技术，相比传统直流输电技术，具有无换相失败风险，可以向无源电网供电，有功无功独立控制，谐波水平低等优势。由于柔性直流输电不存在换相失败问题，对传统直流输电工程的受端进行柔直化改造，能够从根本上解决多直流馈入换相失败问题；另一方面，由于VSC(电压源换流器)能够独立控制有功功率和无功功率，对高压直流输电受端进行柔性化改造还能够有效提升受端电网的运行灵活性和电压稳定性。

MMC在高压直流输电系统中进一步应用主要受到直流电压和直流电流等级的限制。目前在建的张北多端MMC-HVDC项目中，换流站的电压等级和最大直流电流已经达到了±500kV和3kA，但是与采用LCC的特高压直流输电系统的±800kV和5kA仍存在一定差距。

目前，在对高压大容量传统直流输电系统进行受端改造时，所面临的主要困难之一便是单个MMC换流器的额定容量和额定电压难以达到现有高压大容量直流输电工程的水平。针对这个问题，现有研究主要分为两种解决方案：

(1)采用多个换流单元共同组成一个逆变站的方式，使得改造后的逆变站的输送容量和电压等级能够与整流站相匹配。

(2)采用多个逆变站并联的形式，分别吸收整流站输送的有功功率的一部分，传输个不同的落点。

其中方法(2)需要选取多个落点建造逆变站，主要用于新建的混合高压直流输电工程，在改造已有工程时并不适用；在采用方法(1)的时候，由于各个换流单元都采用各自独立的控制器，极有可能导致各个换流单元之间的直流电压和直流电流无法均衡或是互相影响引起振荡，使整个逆变站无法运行在指定工作点。然而现在很少有文献针对该问题进行研究。因此需要提出一种适用于不同电压等级和输送容量的高压直流工程受端改造的逆变站拓扑和相应的控制方法，使得稳态运行过程中逆变站的每个换流单元都能够工作在稳定运行点。

发明内容

鉴于上述，本发明提供了一种适用于高压大容量传统直流工程受端改造的逆变站拓扑结构及其控制方法，该逆变站拓扑能够用于多种电压等级和输送容量的高压直流输电工程的受端改造，其控制方式可以使得稳态运行期间逆变站内的所有换流单元维持直流电压和直流电流平衡。