基于组合式模块化多电平变流器的柔性直流输电系统技术方案

本发明专利技术提出基于组合式模块化多电平变流器的柔性直流输电系统，属于电力电子技术和电力输配电领域，该系统采用单极或真双极系统接线方式，均包括由多个组合式换流器构成的组合式模块化多电平变流器及由多个三相换流器单元构成的三相换流变压器组；其中，每个组合式换流器均由多个MMC单元组并联构成，每个MMC单元组均由多个MMC单元依次串联构成；三相换流变压器组副边端口与对应的组合式模块化多电平变流器交流侧端口相连，原边接入柔性直流输电系统发端或受端交流电网；本发明专利技术系统具有故障抑制特性、故障期间无功补偿能力和低成本特性，电压等级和功率等级可拓展性高，是一种适于架空线大容量远距离的柔性直流输电应用的经济型方案，具有较高可靠性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电力电子技术和电力输配电领域，特别涉及基于组合式模块化多电平变流器的柔性直流输电系统，具备在直流短路故障条件下阻断直流短路电流，同时向交流系统提供动态无功支撑的能力。
技术介绍
与常规电流源型高压直流输电技术相比，柔性高压直流输电技术(VSC-HVDC)采用全控型电力电子开关实现对变流器的控制，具有控制灵活、交流侧系统电流谐波畸变小、无功可自由补偿及不依赖交流系统实现换相等优点。全球已建成的柔性高压直流输电系统大多采用半桥型子模块构成模块化多电平变流器拓扑(HBSM-MMC,Half-Bridge sub-modules MMC)。作为最简单的电压源型子模块，HBSM具有全控型电力电子开关少、成本低、损耗小的优点。但在全控型电力电子开关内部反并联二极管的续流作用下，HBSM-MMC自身缺乏直流故障闭锁能力，加之高电压大容量直流断路器的制造工艺尚不成熟，且成本高昂。HBSM-MMC仅能依赖交流侧断路器拉断短路电流消除直流短路故障。这不但会引起较长时间的输电中断，还导致需要增大设备额定参数、配置高速旁路开关等辅助性措施(王姗姗，周孝信，汤广福，等.模块化多电平换流器HVD本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于组合式模块化多电平变流器的柔性直流输电系统，其特征在于，该柔性直流输电系统采用单极系统接线方式，包括由多个组合式换流器构成的组合式模块化多电平变流器，以及由多个三相换流器单元构成的三相换流变压器组；该组合式模块化多电平变流器由正极A型组合式换流器、正极B型组合式换流器构成，三相换流变压器组由第一、第二三相换流变压器单元构成；其中，正极A型组合式换流器的直流正极端口接入直流线路，其直流负极端口与正极B型组合式换流器的直流正极端口相互串联，正极B型组合式换流器的直流负极端口与接地极连接；第一、第二三相换流变压器单元的副边端口分别与正极A、B型组合式换流器的交流侧端口连接，第一、第二三相换流...

【技术特征摘要】
1.一种基于组合式模块化多电平变流器的柔性直流输电系统，其特征在于，该柔性直流输电系统采用单极系统接线方式，包括由多个组合式换流器构成的组合式模块化多电平变流器，以及由多个三相换流器单元构成的三相换流变压器组；该组合式模块化多电平变流器由正极A型组合式换流器、正极B型组合式换流器构成，三相换流变压器组由第一、第二三相换流变压器单元构成；其中，正极A型组合式换流器的直流正极端口接入直流线路，其直流负极端口与正极B型组合式换流器的直流正极端口相互串联，正极B型组合式换流器的直流负极端口与接地极连接；第一、第二三相换流变压器单元的副边端口分别与正极A、B型组合式换流器的交流侧端口连接，第一、第二三相换流变压器单元的原边端口均接入柔性直流输电系统发端或受端的交流电网；该组合式模块化多电平变流器直流侧电压等于正极A型组合式换流器的直流正、负极端口电压与正极B型组合式换流器的直流正、负极端口电压之和；且当本输电系统处于正常运行模式时，满足正极A型组合式换流器的直流正、负极端口间电压大于等于正极B型组合式换流器的直流正、负极端口间电压。2.一种基于组合式模块化多电平变流器的柔性直流输电系统，其特征在于，该柔性直流输电系统采用真双极系统接线方式，包括由多个组合式换流器构成的组合式模块化多电平变流器，以及由多个三相换流器单元构成的三相换流变压器组；该组合式模块化多电平变流器由正极A型组合式换流器、正极B型组合式换流器、负极B型组合式换流器和负极A型组合式换流器构成，该三相换流变压器组由第一、第二、第三、第四三相换流变压器单元构成；其中，正极A型组合式换流器的直流正极端口接入正极直流线路，其直流负极端口与正极B型组合式换流器的直流正极端口相互串联，正极B型组合式换流器的直流负极端口与接地极连接；负极B型组合式换流器的直流正极端口与接地极连接，其直流负极端口与负极A型组合式换流器的直流正极端口相串联，负极A型组合式换流器的直流负极端口接入负极直流线路；第一、第四三相换流变压器单元的副边端口分别与正、负极A型组合式换流器的交流侧端口连接，第二、第三三相换流变压器单元的副边端口分别与正、负极B型组合式换流器的交流侧端口连接，各个三相换流变压器单元的原边端口均接入本柔性直流输电系统发端或受端的交流电网；该组合式模块化多电平变流器的正极直流电压为正极A型组合式换流器的直流正、负极端口间电压与正极B型组合式换流器的直流正、负极端口间电压之和；其组合式模块化多电平变流器的负极直流电压为负极A型组合式换流器的直流正、负极端口间电压与负极B型组合式换流器的直流正、负极端口电压之和；且当输电系统处于正常运行模式时，满足正极A型组合式换流器的直流正、负极端口间电压不小于正极B型组合式换流器的直流正、负极端口间电压，负极A型组合式换流器的直流正、负极端口间电压大于等于负极B型组合式换流器的直流正、负极端口间电压。3.如权利要求1或2所述的柔性直流输电系统，其特征在于，所述正极A型组合式换流器、正极B型组合式换流器、负极B型组合式换流器、负极A型组合式换流器的额定直流电流值Idc均相同。4.如权利要求1或2所述的柔性直流输电系统，其特征在于，所述正、负极A型组合式换流器均由m个A型MMC单元组构成，m为正整数，每个A型MMC单元组均包含j个A型MMC单元，j为正整数，均共计包含sA＝m×j个A型MMC单元；所述每个A型MMC单元组中的第1个A型MMC单元的直流正极端作为该A型MMC单元组的直流正极端，第i个A型MMC单元的直流负极端与第i+1个A型MMC单元的直流正极端相连接，i＝1,2,…,j-1，第j个A型MMC单元的直流负极端作为该A型MMC单元组的直流负极端；将第1组A型MMC单元组内的A型MMC单元依次记为A型MMC11、A型MMC12、…、A型MMC1j；第x组A型MMC单元组内的A型MMC单元依次记为A型MMCx1、A型MMCx2、…、A型MMCxj，x＝1,2,……，m-1；第m组A型MMC单元组内的A型MMC单元依次记为A型MMCm1、A型MMCm2、…、A型MMCmj；同时将第1组A型MMC单元组内的j个A型MMC单元额定直流电压依次记为Vd11、Vd12、…、Vd1j，j个A型MMC单元额定直流电流均相等，并等于第1组A型MMC单元组额定直流电流Id1；第x组A型MMC单元组内的j个A型MMC单元额定直流电压依次记为Vdx1、Vdx2、…、Vdxj，j个A型MMC单元额定直流均相等，并等于第x组A型MMC单元组额定直流电流Idx；第m组A型MMC单元组内的j个A型MMC单元额定直流电压依次记为Vdm1、Vdm2、…、Vdmj，j个A型MMC单元额定直流均相等，并等于第m组A型MMC单元组额定直流电流Idm；A型MMC单元直流电压应满足排在各个A型MMC单元组中相同位序的共计m个A型MMC单元的直流电压均相同，其数学表达式如下： V d 11 = ... = V d x 1 = ... = V d m 1 = V d 1 . . . V d 1 i = ... = V d x i = ... = V d m i = V d i . . . V d 1 j = ... = V d x j = ... = V d m j = V d j ]]>式中Vd1、…、Vdi、…、Vdj分别表示由正极向负极排序时，对应位序的A型MMC单元额定直流电压；所述正极A型组合式换流器的直流电压Udc,PA或负极A型组合式换流器的直流电压Udc，NA均等于所包含的各A型MMC单元组中全部位序的A型MMC单元额定直流电压之和，其数学式表示为： U d c , P A = U d c , N A = Σ i = 1 j V d i ]]>并且正极A型组合式换流器或负极A型组合式换流器的额定直流电流等于所包含的m个A型MMC单元组的额定直流电流之和，即满足： I d c = Σ x = 1 m I d x . ]]>5.如权利要求4所述的柔性直流输电系统，其特征在于，所述正极A型组合式换流器中m个A型MMC单元组的直流正极端全部相互连接，作为该正极A型组合式换流器的直流正极端口；m个A型MMC单元组中，当每组第i个A型MMC单元的共计m个直流负极端相互连接，则构成一个公共负极端，当每组第i个A型MMC单元的共计m个直流负极端相互不连接，则保持各自独立；m个A型MMC单元组中，每组第j个A型MMC单元的直流负极端的集合，作为该正极A型组合式换流器的直流负极端口，并与正极B型组合式换流器的直流正极端口串联；构成正极A型组合式换流器直流负极端口的m个A型MMC单元的负极端分别与构成正极B型组合式换流器直流正极端口中同一组别的m个B型MMC单元的正极端相连接，形成的m个连接端子，当m个连接端子相互连接时，构成一个公共端口，当m个连接端子互相不连接时，保持各自独立；且当所述m个连接端子保持各自独立时，正极A型组合换流器中各A型MMC单元组额定直流电流与正极B型组合式换流器中各B型MMC单元组额定直流电流满足： I e 1 = I d 1 . . . I e x = I d x . . . I e m = I d m ]]>所述负极A型组合式换流器中m个A型MMC单元的直流负极端全部相互连接，作为该负极A型组合式换流器的直流负极端口；m个A型MMC单元组中，当每组第i个A型MMC单元的共计m个直流正极端相互连接时，构成一个公共正极端，当每组第i个A型MMC单元的共计m个直流正极端相互不连接时，则保持各自独立；m个A型MMC单元组中，每组第1个A型MMC单元的直流正极端的集合，作为该负极A型组合式换流器的直流正极端口，并与负极B型组合式换流器的直流负极端口串联；构成负极A型组合式换流器直流正极端口的m个A型MMC单元的正极端分别与构成负极B型组合式换流器直流负极端口中同一组别的m个B型MMC单元的负极端相连接，形成的m个连接端子，当m个连接端子相互连接时，构成一个公共端口，当m个连接端子互相不连接时，保持各自独立；且当所述m个连接端子保持各自独立时，负极A型组合换流器中各A型MMC单元组额定直流电流与负极B型组合式换流器中各B型MMC单元组额定直流电流满足： I e 1 = I d 1 . . . I e x = I d x ...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏应冬，姜齐荣，谢小荣，张树卿，于心宇，韩英铎，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11