[发明专利]抑制常规直流换流站换相失败的串联电压补偿器及系统

说明书

本发明公开了一种抑制常规直流换流站换相失败的串联电压补偿器及系统，补偿器包括：第一至第三变流链，第一至第三变流链的每条变流链包括多个全控型电压源子模块，并串联接入LCC‑HVDC换流变压器与换流器交流端口之间，以控制串联电压以辅助阀组换相，并增加LCC‑HVDC换流器的换相电压面积。该补偿器采用可控全桥子模块组成的变流链串联接入常规直流系统换流器交流端口与换流变压器之间，不需改造原有换流器桥臂内部结构，对LCC‑HVDC具有良好的换相失败抑制能力和加快故障后恢复的能力，从而可显著提高LCC‑HVDC防御换相失败的能力以及换相失败后的恢复速度，控制灵活性高、成本低，具有良好的工程实用性。

技术领域

本发明涉及高压直流输电技术领域，特别涉及一种抑制常规直流换流站换相失败的串联电压补偿器及系统。

背景技术

传统的电网换相高压直流输电系统(line commutated converter，LCC-HVDC)具有远距离大容量输电、有功功率可控等优势，在世界范围内广泛应用。但由于其换流器采用的晶闸管需要依赖交流系统提供换相电压，故而在交流系统故障等情况下容易发生换相失败，导致直流电流激增，直流传输功率迅速大量损失。此外，近年来我国部分区域电网已有多条直流馈入，一旦某回直流线路发生换相失败，则通过交流系统耦合可能带来多回直流线路的连锁换相失败，给电网的安全稳定运行带来更严峻的挑战。

针对传统直流输电换相失败问题，已有技术主要有两种思路。一种思路是从直流系统控制角度入手，如通过减小触发角来增大熄弧角，但该方法在故障期间增大了直流电流，并引起逆变站无功损耗的增加，有可能恶化直流故障穿越能力。采用低压限流控制(VDCOL)，即限制交流系统故障期间的直流电流来降低换相失败发概率的方法，尽管应用广泛，但由于不能有效反映故障后电流的动态变化特性，对故障电流的限制效果仍不够显著。

另一研究思路是改进LCC-HVDC的换流器电路拓扑。如将LCC-HVDC系统一端换流器全部或部分替代为柔型直流系统的VSC(Voltage Sourced Converter，电压源换流器)，利用VSC自身特性提高混合型HVDC(high-voltage direct current，高压直流输电)系统整体抵御换相失败的能力，但高压大容量的VSC带来了工程造价和损耗的显著提升，特别是将既有LCC-HVDC工程换流器替换为柔性直流系统VSC改造成本很高。

CCC(capacitor commutation converter，电容换相换流器)和CSCC(ControlledSeries Capacitor Converter，可控串联电容器换流器)的拓扑改造成本较低，它们都在LCC-HVDC交流侧串联换相电容，通过增大稳态下换相角来抑制换相失败。但CCC引入的电容器不仅增大了直流输电系统中的电流谐波，且换相失败后换相电容可能持续充电至过电压，导致换流器失去自恢复能力，CSCC尽管把电容器放在换流变压器网侧，并可对电容值进行调整，但并没有消除这些问题。此外，有研究分别由IGBT(Insulated Gate BipolarTransistor，绝缘栅双极型晶体管)或晶闸管构造出仅允许通过单向电流的桥式模块，并将这种附加电路串联接入换流器各个桥臂内，通过对换相电容的切换较好地解决了CCC和CSCC方案的缺点，其中，研究包括降低直流输电换相失败概率的改进拓扑及其控制策略或半控型H桥子模块提高HVDC换相失败免疫力的机理。但由于需要在LCC换流器每个桥臂内都安装附加电路，导致附加器件利用率不高，并且涉及对LCC换流器本体进行改造，改造成本和难度均较高。

另外，还有研究，如一种基于反并联晶闸管全桥子模块的新型电容换相换流器，进一步基于双向晶闸管构成的全桥模块接入LCC换流器交流端，提出一种ECCC(EnhancedCCC，增强电容换相变流器拓扑，相比桥臂内附加电路方案可节省50％的模块电容容量，同时避免了对换流器桥臂的改造，但受制于晶闸管强迫换相要求，ECCC对交流电压故障后第一和第二个换相过程的换相失败抵御能力明显不足，并且模块内晶闸管电压应力较高。

发明内容