潮流可双向流动的经济型单端级联混合直流输电系统技术方案

本发明专利技术公开了一种潮流可双向流动的经济型单端级联混合直流输电系统，它包括：整流站和逆变站，整流站和逆变站的直流侧通过直流输电线路连接；整流站和逆变站包括有互相连接的晶闸管变流器LCC和模块化变流器；还包括有送端交流电网和受端交流电网；晶闸管变流器LCC和模块化变流器分别通过双绕组变压器与送端交流电网和受端交流电网连接。本发明专利技术提出了新的LCC‑MCSM(monopole current sub‑module)‑HVDC型混合式换流阀，在电流方向仅单向流动的约束下，利用直流端口电压极性反转可以实现直流功率潮流的双向流动。

Economical single-terminal cascaded hybrid HVDC transmission system with bidirectional flow of power flow

The invention discloses an economical single-terminal cascaded hybrid DC transmission system with bidirectional flow of power flow, which includes: rectifier station and inverter station, DC side of rectifier station and inverter station is connected through DC transmission line; rectifier station and inverter station include interconnected thyristor converter LCC and modular converter; and also includes AC network at sending end and AC network at receiving end; Tube converter LCC and modular converter are connected to the AC network at the sending end and the AC network at the receiving end through two winding transformers respectively. The invention proposes a new LCC MCSM (monopole current sub module)HVDC hybrid converter valve, which can realize bidirectional flow of DC power flow by using DC port voltage polarity reversal under the restriction of current direction only one-way flow.

【技术实现步骤摘要】
潮流可双向流动的经济型单端级联混合直流输电系统
本专利技术涉及直流输电
，特别是一种潮流可双向流动的经济型单端级联混合直流输电系统。
技术介绍
常规直流输电系统，也称为线路换相式直流输电系统(LCC-HVDC)采用晶闸管阀组构成，具有输电容量大、电压等级高、成本低且损耗较小的特点，已被广泛应用；但晶闸管限于自身半控特性，容易受到所接入交流系统电压波动及暂降的影响，形成换相失败，导致输电系统闭锁和潮流中断，进而造成受端交流系统电压稳定性问题。柔性直流输电系统(VSC-HVDC)采用全控型器件的电压源变流器构成，完全避免了换相失败的问题，且具有谐波特性好，可无源启动等优点；但柔直输电系统解决直流故障穿越问题采用直流断路器或获得自阻断特性将提高设备成本，且采用压接式IGBT使得VSC-HVDC的设备成本相对于LCC-HVDC成本至少提高30％以上，而压接式IGBT仅为少数厂家垄断。为减弱常规直流换相失败对交流系统电压稳定性的影响，同时避免柔性直流系统过高的投资，采用LCC-VSC-HVDC的混合型直流输电技术是一种可行的方案，大致包括两种方式：(1)双端混合方式该方式是将直流输电系统的发端和受端系统中一端采用常规直流型换流阀，另一端采用柔性直流型换流阀，使得直流输电系统双端总体造价介于常规直流和柔性直流系统之间。其优点是采用柔性直流换流阀的一端可避免由于换相失败问题，但由于双端混合直流系统在其中一端全部采用柔性直流换流阀，总体成本仍然较高。(2)单端混合方式该方式是在直流输电系统的发端或受端系统中的一端，同时采用常规直流型换流阀和柔性直流型换流阀。所采用的常规直流型换流阀和柔性直流型换流阀交流端口均接入交流系统，直流端口采用并联方式或级联方式连接。这种技术方式相对于双端混合方式，由于柔直换流阀容量仅为直流输电系统一端设备容量的一部分，因而总体成本进一步降低。然而，当采用并联方式时，柔直换流阀的直流电压等级必须与常规直流换流阀的电压等级相同，对柔直换流阀的电压耐量要求很高；同时柔直换流阀必须具备直流故障穿越能力，柔直换流阀部分的成本依然偏高。当采用级联方式的优点在于，利用常规直流换流阀的单向阻断特性，将柔直换流阀采用半桥式模块化多电平变流器(HBSM-MMC)即可具备直流故障穿越能力，柔直换流阀成本得以降低。但是，这种LCC-HBSM-HVDC混合直流输电系统中，LCC型换流阀仅允许单向电流通过，其潮流反转依赖直流电压的的反转；而HBSM-MMC式柔直换流阀允许双向电流通过，但直流电压无法反转。其次，当直流系统的一端(如发送端或整流端)采用LCC-HBSM-HVDC型换流阀时，若另一端(受端或逆变端)受交流故障等影响导致该端直流母线电压突然显著下降时，LCC-HBSM-HVDC型换流阀无法快速控制近端直流电压大范围降低，以致无法抑制直流系统电流上升。已有的LCC-HBSM-HVDC单端级联混合直流输电系统，尽管在整体运行特性和工程造价上具有优势，但由于LCC换流阀特性和HBSM-MMC换流阀电气特性不一致，仅适于单向电流约束下的单向潮流运行方式，无法实现功率潮流的双向流动。同时，对于LCC-HBSM-HVDC型换流阀，其中LCC换流阀受相控系统的响应速度限制，无法快速控制直流电压，而HBSM-MMC型柔直换流阀的直流电压波动范围及其有限，通常直流电压下降至额定电压的0.9倍以下即无法运行，因此，由二者相互级联构成的LCC-HBSM-HVDC型换流阀无法控制直流电压大范围变化。
技术实现思路
有鉴于现有技术的上述缺陷，本专利技术的目的就是提供一种潮流可双向流动的经济型单端级联混合直流输电系统，提出了新的LCC-MCSM(monopolecurrentsub-module)-HVDC型混合式换流阀，在电流方向仅单向流动的约束下，利用直流端口电压极性反转可以实现直流功率潮流的双向流动。本专利技术的目的是通过这样的技术方案实现的，一种潮流可双向流动的经济型单端级联混合直流输电系统，它包括有：整流站和逆变站，所述整流站和逆变站的直流侧通过直流输电线路连接；所述整流站和逆变站包括有串联的晶闸管变流器LCC和模块化变流器；还包括有送端交流电网和受端交流电网；所述晶闸管变流器LCC通过接线方式为Y0/△和/或Y0/Y的双绕组变压器与送端交流电网连接；所述晶闸管变流器LCC还通过接线方式为△/Y0和/或Y/Y0的双绕组变压器与受端交流电网连接；所述模块化变流器通过接线方式为△/Y0的双绕组变压器与受端交流电网连接；所述模块化变流器通过接线方式为Y0/△的双绕组变压器与送端交流电网连接。进一步，安装在整流站的晶闸管变流器LCC按照整流模式进行配置，并采用定直流电流控制；安装在逆变站的晶闸管变流器LCC按照逆变模式进行配置，并采用定直流电压控制。进一步，所述晶闸管变流器LCC为十二脉动桥式结构，其中每个桥臂均由若干个晶闸管串联构成。进一步，通过变压器不同接线方式为十二脉动桥式晶闸管变流器LCC的上下两个六脉动变流桥提供相角差为30°的三相交流电。进一步，送端交流电网和受端交流电网的母线上均连接有无源滤波器。进一步，所述模块化变流器采用一个或多个模块化多电平变流器MCC并联组成。进一步，所述模块化多电平变流器MCC包括有结构相同的A，B，C三相；每相均由基于对角桥式子模块的上、下2个桥臂连接组成；其中，上桥臂和下桥臂均由滤波电抗器L和N个对角桥式子模块连接组成；对角桥式子模块的个数N满足：N≥(Um+Udc/2)/Uc；其中，Um为多电平变流器交流侧相电压幅值，Udc为多电平变流器直流侧额定电压，Uc为模块化多电平变流器MMC子模块额定电压。进一步，对角桥式子模块结构包括有：直流电容器C0、第一可控开关器件T1、第二可控开关器件T2、第一续流二极管D1、第二续流二极管D2、第三续流二极管D3和第四续流二极管D4；其中，T1的集电极和D2的阴极分别与直流电容器C0的正极端相连，T2的发射极和D1的阳极分别与直流电容器C0的负极相连；T1的发射极与D1的阴极相连，其连接点作为对角桥式子模块的正极端；T2的集电极与D2的阳极相连，作为对角桥式子模块的负极端。进一步，对角桥式子模块结构包括有：直流电容器C0、第一可控开关器件T1、第二可控开关器件T2、第一续流二极管D1、第二续流二极管D2、第三续流二极管D3和第四续流二极管D4；其中，T1的集电极和D2的阴极分别与直流电容器C0的正极端相连，T1的发射极与D1的阴极相连，T2的发射极和D1的阳极分别与直流电容器C0的负极相连；T1的发射极与D1的阴极相连，作为对角桥式子模块的负极端；T2的集电极与D2的阳极相连，作为对角桥式子模块的正极端。进一步，上桥臂中第一个对角桥式子模块的正极端作为桥臂的正极端P+，每一个对角桥式子模块的负极端均与下一个对角桥式子模块的正极端相连，最后一个对角桥式子模块的负极端与滤波电抗器L的一端相连，滤波电抗器L的另一端作为桥臂的负极P-；下桥臂中第一个对角桥式子模块的负极端作为桥臂的负极端N-，每一个对角桥式子模块的正极端均与下一个对角桥式子模块的负极端相连，最后一个对角桥式子模块的负极端与滤波电抗器L的一端相连，滤波电抗器L的另一端作为桥臂的正极端N+。由于本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种潮流可双向流动的经济型单端级联混合直流输电系统，其特征在于，包括有整流站和逆变站，所述整流站和逆变站的直流侧通过直流输电线路连接；所述整流站和逆变站包括有串联的晶闸管变流器LCC和模块化变流器；所述晶闸管变流器LCC和模块化变流器分别通过双绕组变压器用于与送端交流电网和受端交流电网连接。

【技术特征摘要】
1.一种潮流可双向流动的经济型单端级联混合直流输电系统，其特征在于，包括有整流站和逆变站，所述整流站和逆变站的直流侧通过直流输电线路连接；所述整流站和逆变站包括有串联的晶闸管变流器LCC和模块化变流器；所述晶闸管变流器LCC和模块化变流器分别通过双绕组变压器用于与送端交流电网和受端交流电网连接。2.如权利要求1所述的潮流可双向流动的经济型单端级联混合直流输电系统，其特征在于，安装在整流站的晶闸管变流器LCC按照整流模式进行配置，并采用定直流电流控制；安装在逆变站的晶闸管变流器LCC按照逆变模式进行配置，并采用定直流电压控制。3.如权利要求1所述的潮流可双向流动的经济型单端级联混合直流输电系统，其特征在于，所述晶闸管变流器LCC为十二脉动桥式结构，其中每个桥臂均由若干个晶闸管串联构成。4.如权利要求3所述的潮流可双向流动的经济型单端级联混合直流输电系统，其特征在于，通过变压器不同接线方式为十二脉动桥式晶闸管变流器LCC的上下两个六脉动变流桥提供相角差为30°的三相交流电。5.如权利要求1所述的潮流可双向流动的经济型单端级联混合直流输电系统，其特征在于，送端交流电网和受端交流电网的母线上均连接有无源滤波器。6.如权利要求1所述的潮流可双向流动的经济型单端级联混合直流输电系统，其特征在于，所述模块化变流器采用一个或多个模块化多电平变流器MCC并联组成。7.如权利要求6所述的潮流可双向流动的经济型单端级联混合直流输电系统，其特征在于，所述模块化多电平变流器MCC包括有结构相同的A，B，C三相；每相均由基于对角桥式子模块的上、下2个桥臂连接组成；其中，上桥臂和下桥臂均由滤波电抗器L和N个对角桥式子模块连接组成；对角桥式子模块的个数N满足：N≥(Um+Udc/2)/Uc；其中，Um为多电平变流器交流侧相电压幅值，Udc为多电平变流器直流侧额定电压，Uc为模...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐瑞林，魏应冬，蒋望，李笑倩，陈涛，李明睿，朱小军，朱晟毅，向红吉，赵科，陆超，
申请(专利权)人：国网重庆市电力公司电力科学研究院，清华大学，国家电网有限公司，国网湖北省电力有限公司，
类型：发明
国别省市：重庆,50