[发明专利]一种LCC-HVDC驱动变频变压器的电网构网支撑系统及其拓扑功能设计方法

说明书

本发明提供一种LCC‑HVDC驱动变频变压器的电网构网支撑系统及其拓扑功能设计方法，首先提出常规直流LCC‑HVDC系统驱动变频变压器的换流站改造方案与构成方案，并提出地下浅埋变频变压器系统及其构成设计思路，进一步建立基于变频变压器转子动能的电网构网支撑功能设计方法、弱交流系统故障防御及保护系统设计方法以及LCC‑HVDC驱动变频变压器的容量估算和支撑本地风光场站MPPT最大发电功率估算方法。

技术领域

本发明属于新型电力系统的主动支撑及其安全领域，具体涉及一种LCC-HVDC驱动变频变压器的电网构网支撑系统及其拓扑功能设计方法。

背景技术

风光等可再生能源的主要利用方式是发电，其发电方式与并网方式与传统的同步发电机组有很大的不同。例如，风光发电一般通过电力电子装置并网，因而无法为电网提供惯性支撑。目前，几乎所有的风光发电单元采用电力电子变流器跟踪电网频率，作为电流源与电网互动。在此背景下，风光发电随机波动和电力电子装置低惯量等特性，将给我国高比例风光发电的送端、受端交流电力系统的同步稳定、抗干扰、控制保护等性能带来严峻挑战，威胁高比例新能源电力系统的安全稳定运行。

在此背景下，如图1所示，当弱受端交流系统发生瞬时扰动如功率瞬间缺失，此时常规直流将通过触发角、熄弧角、电流控制等快速控制方式，以10毫秒级瞬间响应该扰动。然而该响应将连锁影响弱送端交流系统，造成弱送端系统的有功功率缺失，从而影响送端系统的安全稳定运行。

发明内容

为解决高比例风光等新能源发电、高比例LCC-HVDC直流输电等场景下，交流系统惯量低、抗干扰、同步稳定、继电保护等性能弱化所面临的挑战与问题，本发明提出一种LCC-HVDC驱动变频变压器的电网构网支撑系统及其拓扑功能设计方法。所述的 LCC-HVDC驱动变频变压器，直接取直流电于HVDC直流系统，直流电机无需额外整流环节，同时变频变压器的转子侧连接于换流阀的交流侧，变频变压器的电压调整功能将有利于换流阀交流侧电压的稳定，减小LCC-HVDC换相失败发生的概率。

本发明的变频变压器集成了变压器、移相器、水轮发电机、双馈电机、直流驱动控制等相关技术，其核心是在定子和转子侧装有三相绕组的旋转变压器，并通过直流电机驱动转子，以调整转子磁场相对于定子磁场的相位移，从而控制变频变压器传输的有功功率大小和方向。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种LCC-HVDC驱动变频变压器的电网构网支撑系统及其拓扑功能设计方法，其特征在于：首先对常规直流LCC-HVDC系统驱动变频变压器的换流站进行改造，并设置地下浅埋变频变压器系统，进一步设计基于变频变压器转子动能的电网构网支撑功能、弱交流系统故障防御及保护系统以及进行LCC-HVDC驱动变频变压器的容量估算和支撑本地风光场站 MPPT最大发电功率估算。

进一步地，对常规直流LCC-HVDC系统驱动变频变压器的换流站进行改造包括：在原有常规直流即LCC-HVDC基础上，分别在其整流侧、逆变侧换流阀的最高直流电压、最低直流电压处串联低容量半可控晶闸管换流阀，添加换流阀的交流侧与变频变压器的转子通过集电环相连，同时变频变压器的定子与外部交流系统相连，并通过三绕组变压器升压；

变频变压器的转子由直流电机驱动旋转，同时驱动直流电机的直流系统直接从LCC-HVDC直流侧取电，并且不需要额外直流整流环节。

进一步地，所述地下浅埋变频变压器系统被浅埋于换流站换流阀或者常规变压器所在的地下位置，用于降低换流站新安装变频变压器的占地面积，隔离变频变压器转子旋转带来的噪音以及有利于水冷系统的水自然流动，进而快速冷却集电环高速运行产生一定的摩擦热。

进一步地，通过快速释放或存储变频变压器转子动能，向电网提供构网支撑功能，包括： 1)弱交流系统频率调整功能；2)弱交流系统电压支撑和稳定功能；3)提供紧急功率支援和旋转备用功能。