一种电压源型直流融冰兼静止同步补偿装置及其控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术是一种电压源型直流融冰兼静止同步补偿装置及其控制方法。电压源型直流融冰兼静止同步补偿装置包括有至少一个基本换流单元，该基本换流单元包括有连接电抗器Ls，采用全桥子模块的模块化多电平换流器MMC，刀闸K1、K2、K3、K4，平波电抗器Ld1、Ld2；本发明专利技术的电压源型直流融冰兼静止无功发生装置能够满足各种电压等级输电线路融冰需要。本发明专利技术的电压源型直流融冰兼静止同步补偿装置的不同功能模式之间的转换方法及电压源型直流融冰装置的控制方法满足各线路安全快速融冰，对接入点无谐波污染，且可为接入点提供动态无功补偿。本发明专利技术既可用于新建直流融冰工程，也可用于已建直流融冰工程中直流融冰装置的升级改造，具有广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，特别是一种基于全桥子模块的模块化多电平换流器的直流融冰兼静止同步补偿装置及其控制方法，涉及大功率电力电子和输电线路融冰
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技术介绍
电力系统遭受的各种自然灾害中，冰灾是最严重的威胁之一。随着现代化水平的不断提高，全社会对电力的依赖程度越来越高，对电力供应也提出了更高要求。近年来，全球各类气象灾害更为频繁，极端天气气候事件更显异常，冰灾造成电力系统的损失和影响更趋严重，破坏程度越来越强，影响也越来越复杂，应对难度也越来越大。如1921年10月瑞典冰灾、1972年I月美国哥伦比亚州冰灾、1998年I月美国东北部和加拿大东南部冰灾、1999年12月法国冰灾、瑞典南部2005年I月冰灾、德国2005年11月冰灾。 我国冰灾事故频繁发生，电网受到的影响越来越严重。2005年初，华中地区历史上罕见的低温雨雪冰冻天气给我国华中、华北电网造成严重的灾害。2008年初，低温雨雪冰冻天气袭击我国南方、华中、华东地区，导致贵州、湖南、广东、云南、广西和江西等省输电线路大面积、长时间停运，给国民经济和人民生活造成巨大损失。2011年I月，由于较大面积覆冰，贵州省、湖南省、江西省、广西桂北地区、广东粤北地区和云南滇东北地区的电网受到了很大的影响。2012年初、2013年初、2014年我国电网都不同程度受到覆冰的影响。 2008年冰灾后，中国电力科技工作者自主进行了直流融冰技术及装置的研发，成功研发出了具有完全自主知识产权的大功率直流融冰装置，主要包括带专用整流变压器直流融冰装置(ZL201010140060.5)和不带专用整流变压器的直流融冰装置(ZL201010140086.X)，进而在全国进行了推广应用，到目前为止，共有约100余套直流融冰装置投入运行，其中南方电网内布置有80多套。上述两种直流融冰装置采用了晶闸管可控整流技术，在运行中均会消耗一定的无功、产生特征次谐波，给接入交流系统带来一定的影响。特别是不带专用整流变压器的直流融冰装置，只能采用6脉波整流，运行时谐波污染严重，实际应用中需将其接入点的其它负荷转移到其它母线。 自2008年开始，就有基于可关断电力电子器件直流融冰装置的相关研究启动，但由于可关断电力电子器件价格昂贵，电压和电流容量还很有限，大功率电压源型换流器可靠性较差，业内人士提出的一些基于电压源型换流器的直流融冰装置只能用于IlOkV及以下电压等级输电线路的融冰，无法提供更高电压等级输电线路融冰需要的最小融冰电流。即至今为止，国内外均还没有成功研发出可代替基于晶闸管技术的、经济实用的适用于不同长度多电压等级输电线路融冰需要的电压源型直流融冰装置。 近几年来，电压源型换流器已经取得了长足的进步，基于H桥的静止同步补偿器(STATCOM)已经得到较为广泛的应用，南方电网在500kV东莞变电站、水乡变电站、北郊变电站和木棉变电站各安装了容量为±200MVAr的STATCOM。基于半H桥模块化多电平变流器(MMC)也已应用于柔性直流输电领域，并展现出明显的技术优势，世界上首个应用MMC技术的VSC-HVDC工程Trans Bay Cable2010年3月在美国正式投运，世界首个多端柔性直流输电工程——南澳±160千伏多端柔性直流输电示范工程已于2013年12月在中国汕头投入运行。模块化多电平变流器的可靠性在逐步提高，价格在逐步下降。基于全桥子模块的模块化多电平换流器具有直流电压和直流电流双向运行能力，可满足直流融冰对换流器运行工况的要求，将其应用于直流融冰，可克服现有基于晶闸管直流融冰装置缺点。 现阶段，全控型器件通流能力还很有限，远没有达到晶闸管的通流指标。即使采用电流额定值最大的IGBT，单个器件也无法提供220kV输电线路融冰需要的电流，必须采用器件并联或者换流器并联才能满足。对于绝缘栅双极型晶体管IGBT，由于其饱和电压在很宽的电流范围内都具有正的温度系数，很容易实现并联器件间的均流。另外，即使对采用单IGBT器件就可满足融冰电流需求的场景，由于高压大电流IGBT器件非常昂贵，采用具有较小电流额定值的多个IGBT器件和换流器并联往往是一种很经济的方案。 直流融冰装置仅在每年的覆冰期才可能用于融冰，如果在非覆冰期直流融冰装置能够运行在静止同步补偿模式，不但能够显著提高设备的利用率，也可使得直流融冰装置所在变电站动态无功平衡和暂态电压支撑能力得到提升，还能够确保直流融冰装置在覆冰期中的可用性。相对于采用晶闸管的静止无功补偿装置(SVC)，采用电压源型换流器的STATCOM占地面积小，运行损耗低，谐波特性好，动态无功补偿能力强。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有采用晶闸管直流融冰装置的缺点而提供一种能够满足各种电压等级输电线路融冰需要的电压源型直流融冰兼静止同步补偿装置。 本专利技术的另一目的在于考虑上述问题而提供一种电压源型直流融冰装置的控制方法，本专利技术能实现不同功能模式之间的转换，满足各线路安全快速融冰，对接入点无谐波污染，且可为接入点提供动态无功补偿。 本专利技术的技术方案是:本专利技术的电压源型直流融冰兼静止同步补偿装置，包括有至少一个基本换流单元，该基本换流单元包括有隔离刀闸K，断路器QF，连接电抗器Ls，采用全桥子模块的模块化多电平换流器MMC，刀闸K1、K2、K3、K4，平波电抗器Ld 1、Ld2 ;其中模块化多电平换流器MMC、连接电抗器Ls及刀闸K1、K2、K3、K4都包括有a、b、c三相，且三相结构完全相同；其中连接电抗器Ls的一端通过隔离刀闸K和断路器QF接在交流侧母线上，另一端与采用全桥子模块的模块化多电平换流器MMC的交流输入端对应相分别连接，即a相连接电抗器Ls与模块化多电平换流器MMC的a相上下桥臂的连接点相连，b相连接电抗器Ls与模块化多电平换流器MMC的b相上下桥臂的连接点相连，c相连接电抗器Ls与模块化多电平换流器MMC的c相上下桥臂的连接点相连，刀闸Kl的一端与模块化多电平换流器MMC各相上桥臂的上端分别相连，刀闸Kl另一端三相短接后与平波电抗器Ldl的一端连接；刀闸K4 一端的三相与模块化多电平换流器MMC各相下桥臂的下端分别相连，刀闸K4另一端三相短接后与平波电抗器Ld2的一端连接；刀闸K2的a相的两端分别连接模块化多电平换流器MMC的a相上桥臂上端和b相上桥臂下端，刀闸K2的b相的两端分别连接模块化多电平换流器MMC的b相上桥臂上端和c相上桥臂下端，刀闸K2的c相的两端分别连接模块化多电平换流器MMC的c相上桥臂上端和a相上桥臂下端；刀闸K3的a相的两端分别连接模块化多电平换流器MMC的a相下桥臂上端和b相下桥臂下端，刀闸K3的b相的两端分别连接模块化多电平换流器MMC的b相下桥臂上端和c相下桥臂下端，刀闸K3的c相的两端分别连接模块化多电平换流器MMC的c相下桥臂上端和a相下桥臂下端。 上述基本换流单元还连接有刀闸Sdl、Sd2、Sd3、Sd4，融冰连接刀闸Sa及融冰短接刀闸Sc，刀闸Sdl、Sd2的一端连接后与平波电抗器Ldl的另一端连接，刀闸Sd3、Sd4的一端连接后与平波电抗器Ld2的另一端连接，刀闸Sdl的另一端与站内融冰母线B的al相的一端连接，刀闸Sd2和Sd3的另一端本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电压源型直流融冰兼静止同步补偿装置，其特征在于包括有至少一个基本换流单元，该基本换流单元包括有隔离刀闸K，断路器QF，连接电抗器Ls，采用全桥子模块的模块化多电平换流器MMC，刀闸K1、K2、K3、K4，平波电抗器Ld1、Ld2；其中模块化多电平换流器MMC、连接电抗器Ls及刀闸K1、K2、K3、K4都包括有a、b、c三相，且三相结构完全相同；其中连接电抗器Ls的一端通过隔离刀闸K和断路器QF接在交流侧母线上，另一端与采用全桥子模块的模块化多电平换流器MMC的交流输入端对应相分别连接，即a相连接电抗器Ls与模块化多电平换流器MMC的a相上下桥臂的连接点相连，b相连接电抗器Ls与模块化多电平换流器MMC的b相上下桥臂的连接点相连,c相连接电抗器Ls与模块化多电平换流器MMC的c相上下桥臂的连接点相连，刀闸K1的一端与模块化多电平换流器MMC各相上桥臂的上端分别相连，刀闸K1另一端三相短接后与平波电抗器Ld1的一端连接；刀闸K4一端的三相与模块化多电平换流器MMC各相下桥臂的下端分别相连，刀闸4另一端三相短接后与平波电抗器Ld2的一端连接；刀闸K2的a相的两端分别连接模块化多电平换流器MMC的a相上桥臂上端和b相上桥臂下端，刀闸K2的b相的两端分别连接模块化多电平换流器MMC的b相上桥臂上端和c相上桥臂下端，刀闸K2的c相的两端分别连接模块化多电平换流器MMC的c相上桥臂上端和a相上桥臂下端；刀闸K3的a相的两端分别连接模块化多电平换流器MMC的a相下桥臂上端和b相下桥臂下端，刀闸K3的b相的两端分别连接模块化多电平换流器MMC的b相下桥臂上端和c相下桥臂下端，刀闸K3的c相的两端分别连接模块化多电平换流器MMC的c相下桥臂上端和a相下桥臂下端。...

【技术特征摘要】
1.一种电压源型直流融冰兼静止同步补偿装置，其特征在于包括有至少一个基本换流单元，该基本换流单元包括有隔离刀闸K，断路器QF，连接电抗器Ls，采用全桥子模块的模块化多电平换流器MMC，刀闸Kl、K2、K3、K4，平波电抗器Ldl、Ld2 ;其中模块化多电平换流器MMC、连接电抗器Ls及刀闸K1、K2、K3、K4都包括有a、b、c三相，且三相结构完全相同；其中连接电抗器Ls的一端通过隔离刀闸K和断路器QF接在交流侧母线上，另一端与采用全桥子模块的模块化多电平换流器MMC的交流输入端对应相分别连接，即a相连接电抗器Ls与模块化多电平换流器MMC的a相上下桥臂的连接点相连，b相连接电抗器Ls与模块化多电平换流器MMC的b相上下桥臂的连接点相连，c相连接电抗器Ls与模块化多电平换流器MMC的c相上下桥臂的连接点相连，刀闸Kl的一端与模块化多电平换流器MMC各相上桥臂的上端分别相连，刀闸Kl另一端三相短接后与平波电抗器Ldl的一端连接；刀闸K4 一端的三相与模块化多电平换流器MMC各相下桥臂的下端分别相连，刀闸4另一端三相短接后与平波电抗器Ld2的一端连接；刀闸K2的a相的两端分别连接模块化多电平换流器MMC的a相上桥臂上端和b相上桥臂下端，刀闸K2的b相的两端分别连接模块化多电平换流器MMC的b相上桥臂上端和c相上桥臂下端，刀闸K2的c相的两端分别连接模块化多电平换流器MMC的c相上桥臂上端和a相上桥臂下端；刀闸K3的a相的两端分别连接模块化多电平换流器MMC的a相下桥臂上端和b相下桥臂下端，刀闸K3的b相的两端分别连接模块化多电平换流器MMC的b相下桥臂上端和c相下桥臂下端，刀闸K3的c相的两端分别连接模块化多电平换流器MMC的c相下桥臂上端和a相下桥臂下端。2.根据权利要求1所述的电压源型直流融冰兼静止同步补偿装置，其特征在于上述基本换流单元还连接有刀闸Sdl、Sd2、Sd3、Sd4，融冰连接刀闸Sa及融冰短接刀闸Sc，刀闸SdU Sd2的一端连接后与平波电抗器Ldl的另一端连接，刀闸Sd3、Sd4的一端连接后与平波电抗器Ld2的另一端连接，刀闸Sdl的另一端与站内融冰母线B的al相的一端连接，刀闸Sd2和Sd3的另一端连接后与站内融冰母线B的bl相的一端连接,刀闸Sd4的另一端与站内融冰母线B的Cl相的一端连接，站内融冰母线B的al、bl、Cl相的另一端通过融冰连接刀闸Sa与待融冰交流线 路L的a2、b2、c2相的一端对应连接，待融冰交流线路L的a2、b2、c2相的另一端与融冰短接刀闸Sc的对应端连接。3.根据权利要求1所述的电压源型直流融冰兼静止同步补偿装置，其特征在于包括有M个基本换流单元，其中M为正整数…个基本换流单元的平波电抗器Ldl的一端连接在一起，M个基本换流单元的平波电抗器Ld2的一端连接在一起，刀闸Sdl、Sd2的一端连接后与M个基本换流单元的平波电抗器Ldl的另一端连接，刀闸Sd3、Sd4的一端连接后与M个基本换流单元的平波电抗器Ld2的另一端连接，刀闸Sdl的另一端与站内融冰母线B的al相的一端连接，刀闸Sd2和Sd3的另一端连接后与站内融冰母线B的bl相的一端连接,刀闸Sd4的另一端与站内融冰母线B的Cl相的一端连接，站内融冰母线B的al、bl、cl相的另一端通过融冰连接刀闸Sa与待融冰交流线路L的a2、b2、c2相的一端对应连接，待融冰交流线路L的a2、b2、c2相的另一端与融冰短接刀闸Sc的对应端连接。4.根据权利要求1所述的电压源型直流融冰兼静止同步补偿装置，其特征在于上述模块化多电平换流器MMC为三相六桥臂结构，每个桥臂由一个电抗器Lc和N个全桥子模块SM串联组成，N为正整数，每个全桥子模块的内部结构相同；每相上下桥臂电抗器同向串联连接，即上桥臂电抗器Lc的非同名端和下桥臂的同名端连接在一起后与连接电抗器Ls的对应相连接，三个上桥臂的另一端连接在一起构成直流侧正极，三个下桥臂的另一端连接在一起构成直流侧负极。5.根据权利要求1至4任一项所述的电压源型直流融冰兼静止同步补偿装置，其特征在于上述采用全桥子模块的模块化多电平换流器MMC中的全桥子模块采用单全控型器件的全桥子模块，或采用双全控型器件并联的全桥子模块，或采用多全控型器件并联的全桥子模块。6.根据权利要求5所述的电压源型直流融冰兼静止同步补偿装置，其特征在于上述采用单全控型器件的全桥子模块包括四个全控型器件S1、S2、S3、S4，四个二极管Dl、D2、D3、D4，一个电容C，一个晶闸管SCR，一个快速开关Ks，全控型器件SI与二极管Dl反向并联，全控型器件S2与二极管D2反向并联，全控型器件S3与二极管D3反向并联，全控型器件S4与二极管D4反向并联，即全控型器件正端与二极管负端连接，全控型器件负端与二极管正端连接；全控型器件SI的负端与全控型器件S2的正端连接构成所述全桥子模块的一端，全控型器件S3的负端与全控型器件S4的正端连接构成所述全桥子模块的另一端；全控型器件SI的正端及全控型器件S3的正端与电容器C的一端连接，全控型器件S4的负端及全控型器件S2的负端与电容器C的另一端连接；快速开关Ks连接于所述全H型桥子模块的两端；晶闸管SCR连接于所述全桥子模块两端。7.根据权利要求5所述的电压源型直流融冰兼静止同步补偿装置，其特征在于上述采用双全控型器件并联的全桥子模块包括有八个全控型器件Sll、S21、S31、S41、S12、S22、532、542，八个二极管011、021、031、041、012、022、032、042，一个电容 C，一个晶闸管 SCR,一个快速开关Ks，其中全控型器件Sll与二极管Dll反向并联，全控型器件S21与二极管D21反向并联，全控型器件S31与二极管D31反向并联，全控型器件S41与二极管D41反向并联，全控型器件S12与二极管D12反向并联，全控型器件S22与二极管D22反向并联，全控型器件S32与二极管D32反向并联，全控型器件S42与二极管D42反向并联；全控型器件Sll的负端及全控型器件S12的负端与全控型器件S21正端及全控型器件S22的正端连接构成所述全桥子模块的一端，全控型器件S31的负端及全控型器件S32负端与全控型器件S41的正端及全控型器件S42正端连接构成所述全桥子模块的另一端；全控型器件Sll的正端及全控型器件S12的正端与全控型器件S31的正端及全控型器件S32的正端连接，且与电容器C的一端连接，全控型器件S41的负端及全控型器件S42的负端与全控型器件S21负端及全控型器件S22的负端连接，且与电容器C另一端连接；快速开关Ks连接于所述全桥子模块两端；晶闸管SCR连接于所述全桥子模块的两端，即将采用单全控型器件的全桥子模块对应位置的一个全控型器件-二极管反并联对改为两个并联的全控型器件-二极管反并联对。8.根据权利要求5所述的电压源型直流融冰兼静止同步补偿装置，其特征在于上述采用多全控型器件并联的全桥子模块即将采用单个全控型器件的全桥子模块对应位置的一个全控型器件-二极管反并联对改为多个并联的全控型器件-二极管反并联对。9.一种电压源型直流融冰兼静止同步补偿装置的控制方法，其特征在于不同功能模式的转换方法如下: 1)“一相对一相”融冰模式:a2相导线和b2相导线串联融冰时，刀闸K1、K4闭合，刀闸Κ2、Κ3断开；Sdl和Sd3闭合，Sd2和Sd4断开；融冰连接刀闸Sa闭合；融冰短接刀闸闭合；隔离刀闸K和断路器QF闭合； 2)“两相对一相”融冰模式:a2、b2相导线并联后再与c2相导线串联融冰时，刀闸K1、K4闭合，刀闸K2、K3断开；Sdl、Sd2、Sd4闭合，Sd3断开；融冰连接刀闸Sa闭合；融冰短接刀闸闭合；隔离刀闸K和断路器QF闭合； 3)直流侧开路加压试验模式:刀闸K1、K4闭合，刀闸Κ2、Κ3断开；Sdl、Sd2、Sd3、Sd4断开；隔离刀闸K和断路器QF闭合； 4)静止同步补偿模式:刀闸K1、K4断开，刀闸Κ2、Κ3闭合；隔离刀闸K和断路器QF闭合，一个基本换流单元为两台并联的三角形连接的链式静止同步补偿器(STATCOM)装置。10.根据权利要求9所述的电压源型直流融冰兼静止同步补偿装置的控制方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：傅闯，饶宏，
申请(专利权)人：南方电网科学研究院有限责任公司，
类型：发明
国别省市：广东;44