本发明专利技术公开了一种具有直流故障穿越能力的串联混合型双极直流输电系统，包括整流站和逆变站；两者通过直流输电线路相连；整流站和逆变站的正极和负极均由晶闸管换流器与模块化换流器串联组成，其中模块化换流器采用一个或多个模块化多电平换流器并联组成。本发明专利技术系统兼具传统晶闸管换流器造价低、损耗低、可靠性强等优点，以及模块化多电平换流器控制灵活、低谐波、有功无功功率解耦控制、对交流系统接入点有电压支撑能力等优点；系统分为正负两极加强了运行的可靠性，并且故障下能够依靠换流器自身的动作清除直流故障。因此，本发明专利技术适用于远距离大容量架空线路高压直流输电场合，具有广阔的发展空间，值得大力推广。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电力系统输电
，具体涉及一种具有直流故障穿越能力的串联 混合型双极直流输电系统。
技术介绍
随着电力科学技术的发展，基于晶闸管换流器的传统高压直流输电系统 (LCC-HVDC)的造价逐年降低，电力输送的可靠性不断提高，站内损耗渐渐减小。目前，基于 晶闸管换流器的传统高压直流输电系统已经被广泛应用于大容量远距离输电、海岛输电以 及异步电网背靠背互联等场合。但是，基于晶闸管换流器的传统高压直流输电系统有以下 三个主要的缺陷：（1)逆变站易换相失败；由于晶闸管换流器的主要器件晶闸管属于半控 型器件，其换相方式采用电网换相，因此交流电网电压的波动或者故障有可能导致逆变站 的晶闸管换流器出现换相失败，这将造成交流系统的巨大冲击，严重影响系统安全稳定运 行。（2)对交流系统的依赖性强；基于晶闸管换流器的传统高压直流输电系统无法对弱交 流系统以及无源网络进行输电。（3)换流站占地面积大；因此直流落点的选址上存在着较 大的问题。综上所述，基于晶闸管换流器的传统高压直流输电系统存在着的较大的缺陷，一 定程度上制约了它的发展。 基于模块化多电平换流器（Modular Multilevel Converter，MMC)的直流输电系 统（MMC-HVDC)是一种较为新颖的柔性直流输电系统，其拓扑结构的基本单元是半桥子模 块。相较于LCC-HVDC，MMC-HVDC有着诸多优点，例如能够实现有功功率及无功功率解耦控 制、开关频率低、运行损耗低、输出电压波形谐波系数低、滤波系统成本低廉、拓展性强、结 构紧凑占地面积小和不存在换相失败故障等。在新能源并网，超大规模城市输配电和无源 网络供电等场合，MMC-HVDC有着很强的竞争力。然而，MMC-HVDC存在如下不足：（1)无法 有效地处理直流侧的故障，系统可靠性低。当直流侧发生接地故障时，全控型开关器件反向 并联的续流二极管会形成能量馈送点与故障点之间的能量馈送回路，这会造成瞬时的过电 流，因此必须跳开交流断路器将其切断。但交流断路器的机械响应时间最快也需要2~3 个周波，短路过电流在这2~3个周波的时间内已经增大到较大的数值。因此在选择设备 时不得不增大设备的额定参数，并且配置高速的旁路开关等辅助性措施，这大大地增加了 换流站的建造成本。由于这个原因，MMC-HVDC常常需要使用故障率低、造价高的电缆线路 作为其直流输电线路，而无法使用闪络等暂时性故障率高、造价低的架空线路输电，这导致 了其无法应用于长距离直流输电场合。（2)接地支路设计、安装困难。目前采用的接地方 式主要有两种：一是在模块多电平换流器的交流侧安装三相星形连接的电抗支路为换流站 提供参考电位，但是电抗参数选择较为困难，并且会对换流器本身的无功功率的运行范围 造成影响；二是采用直流侧大电阻嵌位接地方式，但是大电阻参数的选取较为困难，当电阻 取得过小则稳态运行时的损耗会增大，当电阻取得过大则失去了接地的意义。（3)相对于 LCC-HVDC，MMC-HVDC单位容量的投资成本较高，在远距离大容量输电场景下MMC-HVDC经济 性相对较差。综上所述，MMC-HVDC存在的不足一定程度上制约其在工业输电领域的应用。
技术实现思路
针对现有技术所存在的上述技术问题，本专利技术提供了一种具有直流故障穿越能力 的串联混合型双极直流输电系统，该系统结合了基于晶闸管换流器以及基于MMC的直流输 电拓扑的优点；相对于传统高压直流输电系统，该系统输出波形质量高，能够独立控制有功 功率和无功功率，对整流站侧和逆变站侧的交流电网电压具有一定支撑作用；相对于模块 化多电平直流输电系统，该系统能够依靠换流器自身的动作清除直流故障，具有直流故障 穿越能力，且经济性较好。 -种具有直流故障穿越能力的串联混合型双极直流输电系统，包括：整流站和逆 变站，两者通过直流输电线路相连；其中： 所述的整流站用于将送端交流电网上的三相交流电转换为直流电后通过直流输 电线路输送给逆变站；所述的逆变站用于将该直流电转换为三相交流电并输送给受端交流 电网； 所述的整流站和逆变站均采用双极系统，即均由正负两极换流单元串联组成，其 串联节点接地；所述的换流单元由晶闸管换流器和模块化换流器构成，其中晶闸管换流器 的一端与直流输电线路连接，晶闸管换流器的另一端与模块化换流器的一端相连，模块化 换流器的另一端接地。 进一步地，所述的模块化换流器采用一个MMC或由多个MMC并联组成；若所述的模 块化换流器由多个MMC并联组成，则该模块化换流器配置电流均衡控制。 进一步地，所述送端交流电网或受端交流电网进站的三相交流母线上连接有无源 滤波器；无源滤波器用于滤除晶闸管换流器产生的交流侧电流谐波，并补偿晶闸管换流器 消耗的无功功率。 进一步地，所述整流站或逆变站的正负两端均通过平波电抗器与直流输电线路相 连接；平波电抗器能够对直流电流中的纹波进行平抑，防止直流输电线路产生的陡波前冲 击波进入换流站导致器件遭受过电压而损坏，避免电流断续，同时限制直流故障状态下直 流电流上升速度。 进一步地，所述的晶闸管换流器并联有直流滤波器，以滤除直流侧谐波，减少直流 电压波动。 进一步地，所述的晶闸管换流器采用十二脉动桥式结构，每个桥臂均由若干个晶 闸管串联组成；十二脉动桥式晶闸管换流器可减少自身所产生的谐波电流。 进一步地，所述的晶闸管换流器通过一台接线方式为Y。/%/ A的三绕组变压器或 通过两台接线方式分别为Y。/ A和Y1^Y的双绕组变压器与送端交流电网连接；能够起到电 压等级变换和隔离零序分量在换流器与交流系统之间传递的作用，且这样的变压器能为晶 闸管换流器的上下两个六脉动换流桥提供相角差为30°的三相交流电。 进一步地，所述的MMC通过接线方式为A /Y。或Y/Y。的双绕组变压器与受端交流 电网连接；所述的MMC采用三相六桥臂结构，每个桥臂均由若干个换流模块级联组成；其输 出的三相交流电具有很小的谐波含量，几乎不需配置滤波器，同时其在结构特性上大大降 低了器件的开关频率，进而减少损耗。 进一步地，所述的换流模块采用半桥子模块（HBSM);其所需半导体器件数量最 少，稳态运行损耗最小。 所述的半桥子模块由两个开关管Tl~T2和一个电容C构成；其中，开关管Tl的 一端与开关管T2的一端相连并构成半桥子模块的正极，开关管Tl的另一端和电容C的一 端相连，开关管T2的另一端与电容C的另一端相连并构成半桥子模块的负极；开关管Tl和 T2的控制端均接收外部设备提供的开关信号。 所述的开关管Tl和T2均采用绝缘栅双极型晶体管（IGBT)。 所述的串联混合型双极直流输电系统具有三种运行方式，即双极电流平衡运行方 式、单极大地回流方式和当前第1页1 2 3 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种具有直流故障穿越能力的串联混合型双极直流输电系统，包括：整流站和逆变站，两者通过直流输电线路相连；其特征在于：所述的整流站用于将送端交流电网上的三相交流电转换为直流电后通过直流输电线路输送给逆变站；所述的逆变站用于将该直流电转换为三相交流电并输送给受端交流电网；所述的整流站和逆变站均采用双极系统，即均由正负两极换流单元串联组成，其串联节点接地；所述的换流单元由晶闸管换流器和模块化换流器构成，其中晶闸管换流器的一端与直流输电线路连接，晶闸管换流器的另一端与模块化换流器的一端相连，模块化换流器的另一端接地。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：徐政，王世佳，肖晃庆，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33
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