一种提升交流电缆线路输送容量的方波交流输电系统技术方案

本实用新型专利技术提供一种提升交流电缆线路输送容量的方波交流输电系统，包括送端电压源换流器、送端极间功率协调控制装置、受端极间功率协调控制装置和受端电压源换流器；送端电压源换流器的输出端连接所述送端极间功率协调控制装置，送端极间功率协调控制装置通过交流电缆线路连接受端极间功率协调控制装置，受端极间功率协调控制装置通过受端电压源换流器接入受端交流系统。本实用新型专利技术利用模块化多电平电压源换流器良好的控制性能，配合极间电压转换开关和极间电流转移开关，解决了交流电缆线路的增容改造问题，减小空间电荷积累对电缆线路绝缘的影响，并具备动态无功补偿、谐波治理等功能，为解决负荷日益增长与新建线路日趋困难的矛盾具有重要意义。

【技术实现步骤摘要】
一种提升交流电缆线路输送容量的方波交流输电系统
本技术涉及一种输电系统，具体讲涉及一种基于MMC提升交流电缆线路输送容量的方波输电系统。
技术介绍
近年，我国城镇化发展速度进一步加快，城市用电负荷不断增长，客观上要求电网规模与传输容量保持持续发展，然而目前城市电网普遍存在以下问题。 城市用电负荷增加，交流线路输送能力不足，线路走廊匮乏。对于重载的交流线路，无法通过加装FACTS装置大幅提高输送能力，而新建线路遇到的阻力越来越大，特别是进城的线路工程，在征地、环保方面难以得到支持。城市电网结构日益紧密，短路电流问题突出。 城市电网发展速度较快，电网线路相互交织，紧密程度较高，等效阻抗较小，导致电网的短路电流水平较高。如采用新建交流线路来解决城市电网供电能力不足的问题，将会造成电网进一步紧密，等效阻抗进一步减小，从而导致短路电流增大，影响电网安全运行。 城市电网无功电压调节日趋困难，电压稳定性问题不容忽视。城市电网中电缆线路日益增多，市区变电站受用地限制，感性无功配置普遍不足，无功电压调节日趋困难，尤其是电网低谷负荷时段，电压偏高情况严重。此外，城市电网中空调负荷、电动机负荷比重较大，由于快速的动态无功调整能力不足，电网高峰负荷时段动态电压稳定问题逐渐突出。 鉴于上述问题，有必要研究新的技术手段，既要充分发挥现有线路走廊输的输电潜力，又要防止出现短路电流超标和动态无功支撑不足等问题。 从输电线路方面来看，制约交流线路传输容量的主要因素是绝缘耐受能力。目前，交流系统的绝缘按照电压峰值设计，但是传输容量是由电压有效值决定，仅为峰值的71%。研究表明，交流线路在直流方式下运行，由于绝缘层内的电场分布、发热情况等方面的差异，交流线路的直流绝缘强度几乎是交流电压的2?3倍或更大。另外，对于电缆线路，由于其电容要比架空线路大得多，如果采用交流输电方式并且当电缆长度超过一定数值(如40?60km)时，就会出现电容电流占用电缆芯线全部有效负载能力的情况，而采用直流输电方式，其稳态电容电流仅是由纹波电压引起，数值很小，故电缆的送电长度几乎不受电容电流的限制。但是，交流电缆线路在直流工况下下空间电荷积累严重，长时间加压后绝缘中电场强度可增至初始值的7?9倍。而实际运行的交流电缆在研制时没有考虑空间电荷问题，所以将交流电缆线路转为直流运行后，空间电荷将导致电场畸变，严重时可引起电缆绝缘的击穿。因此，针对电缆线路，本技术提出以交流方波输电为主要特征的非正弦交流输电系统，可大幅提高交流电缆线路的输送能力。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的不足，本技术提供一种基于MMC提升交流电缆线路输送容量的方波输电系统，利用了模块化多电平电压源换流器良好的控制性能，配合极间电压转换开关和极间电流转移开关，很好的解决了交流电缆线路的增容改造问题，减小空间电荷积累对电缆线路绝缘的影响，并具备动态无功补偿、谐波治理等功能，为解决负荷日益增长与新建线路日趋困难的矛盾具有重要意义。 为了实现上述目的，本技术采取如下技术方案: 本技术提供一种提升交流电缆线路输送容量的方波输电系统，所述系统包括送端电压源换流器、送端极间功率协调控制装置、受端极间功率协调控制装置和受端电压源换流器；所述送端电压源换流器的输入端接入送端交流系统，其输出端连接所述送端极间功率协调控制装置，所述送端极间功率协调控制装置通过交流电缆线路连接所述受端极间功率协调控制装置，所述受端极间功率协调控制装置通过受端电压源换流器接入受端交流系统。 所述送端电压源换流器和受端电压源换流器均为模块化多电平电压源换流器；所述模块化多电平电压源换流器的每个桥臂均包括N个依次串联的子模块。 所述送端极间功率协调控制装置包括送端极间电压转换开关和送端极间电流转移开关；所述送端极间电流转移开关的输入端通过送端极间电压转换开关连接所述送端电压源换流器，其输出端通过交流电缆线路连接所述受端极间功率协调控制装置。 所述送端极间电压转换开关包括节点1、节点2、触点3、触点4、触点3'和触点4/ ;节点I和节点2之间保持联动，且分别与所述送端电压源换流器输出端正极和负极相连，触点3和触点4分别与所述送端极间电流转移开关的上端子和下端子相连，通过节点I在触点3与触点3'之间的切换，以及节点2在触点4与触点4'之间的切换，实现送端电压源换流器对交流输电线路输出电压极性的周期性倒换。 所述送端极间电流转移开关包括送端上桥臂电流转移开关和送端下桥臂电流转移开关； 所述送端上桥臂电流转移开关包括依次串联的N个子模块及分压电阻和双向旁路晶闸管并联组成的Rl-Thl支路；串联后的子模块一端连接所述送端极间电压转换开关，另一端连接第三极交流电缆线路；所述送端极间电压转换开关的输出端同时通过连接Rl-Thl支路与所述第一极交流电缆线路连接； 所述送端下桥臂电流转移开关包括依次串联的N个子模块及分压电阻和双向旁路晶闸管并联组成的R2-Th2支路；串联后的子模块一端连接所述送端极间电压转换开关，另一端连接第三极交流电缆线路；所述送端极间电压转换开关的输出端同时通过连接R2-Th2支路与所述第二极交流电缆线路连接。 所述受端极间功率协调控制装置包括受端极间电流转移开关和受端极间电压转换开关；所述受端极间电流转移开关的输入端通过交流电缆线路连接所述送端极间电流转移开关，其输出端通过受端极间电压转换开关连接所述受端电压源换流器。 所述受端极间电流转移开关包括受端上桥臂电流转移开关和受端下桥臂电流转移开关；所述受端上桥臂电流转移开关和受端下桥臂电流转移开关均包括依次串联的N个子模块； 所述受端上桥臂电流转移开关中串联后的子模块一端连接第一极交流电缆线路和所述受端极间电压转换开关上输入端，其另一端连接第三极交流电缆线路； 所述受端下桥臂电流转移开关中串联后的子模块一端连接所述第二极交流电缆线路和所述受端极间电压转换开关下输入端，其另一端连接第三极交流电缆线路。 所述受端极间电压转换开关包括节点12、节点22、触点32、触点42、触点32'和触点42';节点12、节点22、节点I与节点2之间均保持联动，且节点12和节点22分别与所述受端电压源换流器输出端正极和负极相连，触点32和触点42分别与所述受端极间电流转移开关的上端子和下端子相连，通过节点12在触点32与触点32'之间的切换，以及节点22在触点42与触点42'之间的切换，实现受端电压源换流器对交流输电线路输出电压极性的周期性倒换。 所述子模块包括第一 IGBT模块和第二 IGBT模块，所述第一 IGBT模块和第二 IGBT模块均包括IGBT和与其反并联的二极管；所述第一 IGBT模块和第二 IGBT模块串联后与直流电容并联。 所述送端电压源换流器的输入端接入送端交流系统的同一母线或不同母线；所述受端电压源换流器接入受端交流系统的同一母线或不同母线。 与现有技术相比，本技术的有益效果在于: 1、该输电系统利用了模块化多电平电压源换流器良好的控制性能，配合极间电压转换开关和极间电流转移开关，能够很好的解决三相交流电缆输电线路的增容改造问题，最大化原有交流电流线路的传输功率； 2、本本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提升交流电缆线路输送容量的方波交流输电系统，其特征在于：所述系统包括送端电压源换流器、送端极间功率协调控制装置、受端极间功率协调控制装置和受端电压源换流器；所述送端电压源换流器的输入端接入送端交流系统，其输出端连接所述送端极间功率协调控制装置，所述送端极间功率协调控制装置通过交流电缆线路连接所述受端极间功率协调控制装置，所述受端极间功率协调控制装置通过受端电压源换流器接入受端交流系统。

【技术特征摘要】
1.一种提升交流电缆线路输送容量的方波交流输电系统，其特征在于:所述系统包括送端电压源换流器、送端极间功率协调控制装置、受端极间功率协调控制装置和受端电压源换流器；所述送端电压源换流器的输入端接入送端交流系统，其输出端连接所述送端极间功率协调控制装置，所述送端极间功率协调控制装置通过交流电缆线路连接所述受端极间功率协调控制装置，所述受端极间功率协调控制装置通过受端电压源换流器接入受端交流系统。2.根据权利要求1所述的提升交流电缆线路输送容量的方波交流输电系统，其特征在于:所述送端电压源换流器和受端电压源换流器均为模块化多电平电压源换流器；所述模块化多电平电压源换流器的每个桥臂均包括N个依次串联的子模块。3.根据权利要求1所述的提升交流电缆线路输送容量的方波交流输电系统，其特征在于:所述送端极间功率协调控制装置包括送端极间电压转换开关和送端极间电流转移开关；所述送端极间电流转移开关的输入端通过送端极间电压转换开关连接所述送端电压源换流器，其输出端通过交流电缆线路连接所述受端极间功率协调控制装置。4.根据权利要求3所述的提升交流电缆线路输送容量的方波交流输电系统，其特征在于:所述送端极间电压转换开关包括节点1、节点2、触点3、触点4、触点3'和触点4';节点I和节点2之间保持联动，且分别与所述送端电压源换流器输出端正极和负极相连，触点3和触点4分别与所述送端极间电流转移开关的上端子和下端子相连，通过节点I在触点3与触点3'之间的切换，以及节点2在触点4与触点4'之间的切换，实现送端电压源换流器对交流输电线路输出电压极性的周期性倒换。5.根据权利 要求3所述的提升交流电缆线路输送容量的方波交流输电系统，其特征在于:所述送端极间电流转移开关包括送端上桥臂电流转移开关和送端下桥臂电流转移开关; 所述送端上桥臂电流转移开关包括依次串联的N个子模块及分压电阻和双向旁路晶闸管并联组成的Rl-Thl支路；串联后的子模块一端连接所述送端极间电压转换开关，另一端连接第三极交流电缆线路；所述送端极间电压转换开关的输出端同时通过连接Rl-Thl支路与第一极交流电缆线路连接； 所述送端下桥臂电流转移开关包括依次串联的N个子模块及分压电阻和双向旁路晶闸管并联组成的R2_Th2支路；串联后的子模块一端连接所述送端极间电压转...

【专利技术属性】
技术研发人员：于弘洋，周飞，荆平，赵波，葛维春，刘剑，
申请(专利权)人：国家电网公司，国网智能电网研究院，国网辽宁省电力有限公司，国网辽宁省电力有限公司经济技术研究院，
类型：新型
国别省市：北京;11