一种柔性直流输电系统技术方案

一种柔性直流输电系统，采用三极连接进行功率传输，包括依次连接的整流侧子系统、直流线路、逆变侧子系统，整流侧子系统包括整流侧变压器与平波电抗器，三极连接线分别为正极、负极和可兼做正负极的第三极，直流线路包括与整流侧子系统连接的整流侧平波电抗器与逆变侧子系统连接的逆变侧平波电抗器，逆变侧子系统包括逆变侧变压器与平波电抗器，整流侧与逆变侧采用模块化多电平换流器，其体积较小，结构紧凑，模块化程度较高，因此，滤波器、电抗器、电容器以及换流器都可以安装在室内，以减少外界各种因素的影响造成器件的损坏和故障，具备直流侧短路电流的闭锁能力。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种柔性直流输电系统，具体是采用模块化多电平换流器的柔性直流输电系统。
技术介绍
我国是电能生产和使用大国，但发电资源分布和需求不平衡，在人口膨胀和环境恶化以及资源需求的条件下，需要发展远距离大容量输电，而在输电距离超过800km时，使用直流输电传送电能在成本上比采用交流输电传送电能更有优势，因此，需要通过高压、超高压、特高压传输电能，而采用直流传输电能，需要采用换流技术，常规的采用LCC-HVDC换流站技术进行换流，其具有成熟的工程运行经验。但由于常规的LCC-HVDC系统需要大量的无功补偿和滤波器设备，且这些器件体积大、数量多、模块化程度较低，通常只能将换流器和控制保护系统置于室内，其余设备需要安置在露天场中，导致管理和维护成本增加，因此常规的LCC-HVDC系统逐步被柔性直流输电系统（VSC-HVDC）所取代，VSC-HVDC系统的体积较小，结构紧凑，模块化程度较高，因此，滤波器、电抗器、电容器以及换流器都可以安装在室内，以减少外界各种因素的影响造成器件的损坏和故障。专利文献CN201310276517.9提供了一种基于模块化多电平换流器的三极直流输电系统拓扑结构，其采用模块化多电平换流器系统取代常规的LCC-HVDC系统，但常规的模块化多电平结构多采用半桥子模块，在直流故障时，尽管可以闭锁所有的晶体管，但由于反并联的续流二极管能够为短路电流提供通路，因而短路电流不能被阻断，因而不具备直流侧短路电流的闭锁能力。
技术实现思路
基于现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种柔性直流输电系统，采用三极连接进行功率传输，包括依次连接的整流侧子系统、直流线路、逆变侧子系统，整流侧子系统包括整流侧变压器与平波电抗器，三极连接线分别为正极、负极和可兼做正负极的第三极，直流线路包括与整流侧子系统连接的整流侧平波电抗器与逆变侧子系统连接的逆变侧平波电抗器，逆变侧子系统包括逆变侧变压器与平波电抗器，整流侧与逆变侧采用模块化多电平换流器。模块化多电平换流器采用上下桥臂的结构，上桥臂采用级联的子模块结构，下桥臂采用全开关结构，上桥臂每个子模块包括五个IGBT反并联单元、两个电容与一个二极管构成，IGBT反并联单元包括一个IGBT与一个与IGBT反并联的续流二极管，直流侧输入连接到第一IGBT反并联单元第一端和第二IGBT反并联单元第一端，第一IGBT反并联单元的第二端与第二IGBT反并联单元的第二端分别连接第一电容器的两端，第一IGBT反并联单元的第二端还连接第一二极管的阴极，第二IGBT反并联的单元的第二端还连接第三IGBT反并联单元的第一端，第三IGBT反并联单元的第二端与第一二极管的阳极相连并连接到第四IGBT反并联单元的第一端和第五IGBT反并联单元的第一端，第四IGBT反并联单元的第二端和第五IGBT反并联单元的第二端分别连接到第二电容器的两端，第五IGBT反并联单元的第二端还连接到下一个上桥臂子模块的直流流输入端，下一个上桥臂子模块采用相同的结构进行级联，上桥臂通过缓冲电感连接下桥臂结构，下桥臂采用全反并联IGBT结构，缓冲电感的下桥臂端分为两路，分别连接两路串联的IGBT反并联单元，两路IGBT反并联单元彼此并联，两路IGBT反并联单元的中点引出交流侧输出线，两路IGBT反并联单元的另一端连接在一起并连接直流侧输出端。VSC-HVDC的控制系统按其功能高低可分为系统级控制、换流站级控制和换流器阀级控制三层。其中，系统级控制接收电力调度中心传来的有功类物理量(包括有功功率、直流电压、直流电流和频率)和无功类物理量(包括无功功率和交流电压)整定值作为其参考输入量；换流站级控制将系统级控制的输出值作为其输入参考值，经过控制得到SPWM的调制比M和移相角δ，提供给阀极控制的触发脉冲生成环节；阀级控制的任务是接收调制比M和移相角δ，经过适当的调制方式产生PWM触发脉冲实现对IGBT阀的控制。换流站级控制采用直接电流控制，直流电流控制采用外环控制和内环电流控制结合的双环控制结构，控制系统大体上可以分为外环控制器、内环控制器和锁相环三个部分，外环控制器的输出为内环控制器输入的参考值，内环控制器的输出信号经过触发脉冲发生器后，产生IGBT的门级触发信号来控制其工作。锁相环的作用是为坐标变换提供θ，已达到信号同步跟踪和对电压矢量定向控制的目的。外环控制主要有定直流电压控制、定有功功率控制、定无功功率控制、定频率控制和定交流电压控制等。采用什么控制方式，还要视具体情况而定。为了保证有功功率的传送和维持系统直流电压恒定，一端换流站采用定直流电压控制，另一端则根据所联系统是有源系统还是无源系统而定。当两端所联的系统均为有源系统时，一端采用定直流电压控制，一端采用定有功功率控制；当受端联结无源系统时，受端侧需采用定交流电压控制以稳定母线的交流电压。定有功类物理量控制器的输入为有功功率设定值Pref、直流电压设定值Udcref或频率(常用于VSC-HVDC向孤岛供电系统中)设定值fref，在和它们的实测值进行比较之后，经过PI环节，输出为内环电流控制器的d轴电流参考值idref；同理，定无功类物理量控制器的输入为无功功率设定值Qref或交流电压设定值Uacref，在和它们的实测值进行比较之后，经过PI环节，输出为内环电流控制器的q轴电流参考值iqref。内环控制器是电流控制器，在接收外环控制器传来的d轴和q轴电流参考值作为其输入信号，经过线性或者非线性解耦控制之后，得到输出电压Ucd和Ucq。Ucd和Ucq经过Park逆变换，得到三相电压Ucaref、Ucbref和Uccref，最后送入PWM发生器。采用适当的调制方式之后，产生触发脉冲触发VSC阀通断。锁相环根据电网三相电压的瞬时值Usa、Usb和Usc经过Clark变换得到两相电压Ua和Ub。，再分与压控振荡环节(VCO)的输出相位余弦值和正弦值相乘，两者乘积的差值为Ux(即Ki(Uacosθ- Ubsinθ)=Ux)。Ux经过低通滤波环节后得到Uf，其再与比例系数Kv，相乘得到角频率误差△w，△w与系统角频率w0之和经过积分环节后，得到最终的输入相位θ。附图说明图1为现有技术中的模块化多电平换流器。图2为本专利技术提供的改进的模块化多电平换流器。具体实施方式如图2所示，模块化多电平换流器采用上下桥臂的结构，上桥臂采用级联的子模块结构，下桥臂采用全开关结构，上桥臂每个子模块包括五个IGBT反并联单元、两个电容与一个二极管构成，IGBT反并联单元包括一个IGBT与一个与IGBT反并联的续流二极管，直流侧输入连接到第一IGBT反并联单元第一端和第二IGBT反并联单元第一端，第一IGBT反并联单元的第二端与第二IGBT反并联单元的第二端分别连接第一电容器的两端，第一IGBT反并联单元的第二端还连接第一二极管的阴极，第二IGBT反并联的单元的第二端还连接第三IGBT反并联单元的第一端，第三IGBT反并联单元的第二端与第一二极管的阳极相连并连接到第四IGBT反并联单元的第一端和第五IGBT反并联单元的第一端，第四IGBT反并联单元的第二端和第五IGB本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种柔性直流输电系统，其特征在于，采用三极连接进行功率传输，包括依次连接的整流侧子系统、直流线路、逆变侧子系统，整流侧子系统包括整流侧变压器与平波电抗器，三极连接线分别为正极、负极和可兼做正负极的第三极，直流线路包括与整流侧子系统连接的整流侧平波电抗器与逆变侧子系统连接的逆变侧平波电抗器，逆变侧子系统包括逆变侧变压器与平波电抗器，整流侧与逆变侧采用模块化多电平换流器。

【技术特征摘要】
1.一种柔性直流输电系统，其特征在于，采用三极连接进行功率传输，包括依次连接的整流侧子系统、直流线路、逆变侧子系统，整流侧子系统包括整流侧变压器与平波电抗器，三极连接线分别为正极、负极和可兼做正负极的第三极，直流线路包括与整流侧子系统连接的整流侧平波电抗器与逆变侧子系统连接的逆变侧平波电抗器，逆变侧子系统包括逆变侧变压器与平波电抗器，整流侧与逆变侧采用模块化多电平换流器。
2.如权利要求1所述的一种柔性直流输电系统，其特征在于，模块化多电平换流器采用上下桥臂的结构，上桥臂采用级联的子模块结构，下桥臂采用全开关结构，上桥臂每个子模块包括五个IGBT反并联单元、两个电容与一个二极管构成，IGBT反并联单元包括一个IGBT与一个与IGBT反并联的续流二极管，直流侧输入连接到第一IGBT反并联单元第一端和第二IGBT反并联单元第一端，第一IGBT反并联单元的第二端与第二I...

【专利技术属性】
技术研发人员：王超，齐征，丁华伟，杨峰，高立飞，
申请(专利权)人：国家电网公司，国网河南省电力公司检修公司，
类型：发明
国别省市：北京;11