变频柔性调谐装置、半波长交流输电系统及其控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种变频柔性调谐装置、半波长交流输电系统及其控制方法，所述装置包括第一MMC模块和第二MMC模块，二者均包括三个并联的相单元；相单元包括两个串联的桥臂，每个桥臂均包括串联的电抗器和功率模块单元；功率模块单元包括多个串联的功率子模块，功率子模块为包括全控型电力电子器件的半桥结构功率子模块或全桥结构功率子模块。与现有技术相比，本发明专利技术提供的一种变频柔性调谐装置、半波长交流输电系统及其控制方法，可以灵活地调节变频柔性调谐装置的输出信号频率、电压幅值和相位等电量参数，实现对半波长交流输电系统的柔性调谐和柔性并网，调整其系统参数，抑制半波长交流输电线路的过电压和潜供电流，并实现故障隔离。

【技术实现步骤摘要】
变频柔性调谐装置、半波长交流输电系统及其控制方法
本专利技术涉及半波长交流输电
，具体涉及一种变频柔性调谐装置、半波长交流输电系统及其控制方法。
技术介绍
光伏和风电等技术的发展促进了资源条件即使不是最好地区的集约式大规模开发，从而使得超远距离、大功率电能的输送及其实施具有广泛的意义和实用价值。半波长交流输电(HalfWavelengthACTransmission，HWACT)是指输电的电气距离接近1个工频半波长，即3000km(50Hz)或2600km(60Hz)的超远距离的三相交流输电。无损情况下的半波长交流线路就像一台变比为-1.0的理想变压器，首端电压和末端电压大小相同、相位相反。随着超远距离、大功率传输需求的不断增加，半波长交流输电技术尤其是特高压半波长交流输电再次受到众多关注和研究。半波长交流输电技术的优点之一是半波长交流输电线路的功率因数相对较高，且在输电距离等于或稍大于半波长的情况下，其结构比现有的超远距离交、直流输电系统都更为简单；再者，对于发展中国家而言，交流输电设备的制造比换流装置的引进、运行和维护更为简单、经济。中国的西部能源基地(如新疆煤电)与东部负荷中心(如珠三角)之间距离有些可达3000km，且输电容量巨大。未来还可能开发与中国毗邻的俄罗斯、蒙古等国的电力能源，并向中国、朝鲜等国输送，输电距离也在3000km以上。这种特殊需要的超远距离送电，使得特高压半波长交流输电技术有望成为中国未来可能的输电方式之一。目前，巴西、加拿大等幅员辽阔的国家也在推进半波长交流输电技术的研究，以应对日渐迫切的超远距离、大容量输电需求。因此，半波长交流输电的应用前景非常广阔。半波长交流输电受客观条件的限制，实际线路的自然长度难以正好是半个波长。当线路长度不足或过长时，需要使用调谐电路或补偿电路对输电线路的电气长度进行人工补偿，以达到人造半波长交流输电线路的目的。目前，现有的半波长交流输电补偿方案是基于无源型网络进行输电线路调谐的，如附图1所示的π型调谐电路/装置，附图2所示的T型调谐电路/装置。这两种调谐方案在一定程度上影响了半波长交流输电技术的发展和应用。这是因为：(1)无源调谐电路对系统结构、运行方式或参数变化的适应性相对较差，容易失去半波长特性；(2)无源调谐电路功能较为单一，只解决调谐问题，无法适应电网灵活化、智能化的发展要求；(3)无源调谐电路或半波长交流输电线路发生短路故障时，易引发谐振，产生幅值很高的过电压，这要求线路和设备提高相应的绝缘要求，或者要求安装相应的过电压限制措施来抑制线路的过电压。
技术实现思路
为了满足现有技术的需要，本专利技术提供了一种变频柔性调谐装置、半波长交流输电系统及其控制方法。第一方面，本专利技术中一种变频柔性调谐装置的技术方案是：所述变频柔性调谐装置包括第一MMC模块和第二MMC模块；所述第一MMC模块和第二MMC模块的直流侧相连，交流侧为所述变频柔性调谐装置的输入/输出端；所述第一MMC模块和第二MMC模块均包括三个并联的相单元；所述相单元包括两个串联的桥臂，每个桥臂均包括串联的电抗器和功率模块单元；所述各相单元中桥臂的串联连接点为所述交流侧的交流端子，所述各相单元的并联连接点为所述直流侧的直流端子；所述功率模块单元包括多个串联的功率子模块，所述功率子模块为包括全控型电力电子器件的半桥结构功率子模块或全桥结构功率子模块。第二方面，本专利技术中一种半波长交流输电系统的技术方案是：所述半波长交流输电系统包括依次连接的送端交流系统、半波长交流输电线路和受端交流系统，所述半波长交流输电系统包括两个上述的变频柔性调谐装置；一个所述变频柔性调谐装置安装在所述送端交流系统与半波长交流输电线路之间，另一个所述变频柔性调谐装置安装在所述受端交流系统与半波长交流输电线路之间。第三方面，本专利技术中一种上述的半波长交流输电系统的控制方法的技术方案是：所述控制方法包括通过调节所述变频柔性调谐装置的运行方式，对所述半波长交流输电系统进行柔性调谐和柔性并网，调整所述半波长交流输电系统的系统参数；抑制半波长交流输电线路的过电压和潜供电流并实现故障隔离；所述系统参数包括送端交流系统的功率因数和母线电压、受端交流系统的功率因数和母线电压，。与最接近的现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1、本专利技术提供的一种变频柔性调谐装置，其包括第一MMC模块和第二MMC模块，第一MMC模块和第二MMC模块均包括多个由全控型电力电子器件构成的功率子模块，因此通过控制全控型电力电子器件的导通和闭锁，改变第一MMC模块和第二MMC模块的输入/输出信号，可以灵活的调节变频柔性调谐装置输出信号的频率、电压幅值和相位等电量参数；2、本专利技术提供的一种半波长交流输电系统，变频柔性调谐装置安装在半波长交流输电线路的两端，可以在半波长交流输电线路的线路结构、线路参数或运行方式发生变化后，对半波长交流输电线路进行调谐，使其不会失去半波长特性；3、本专利技术提供的一种半波长交流输电系统的控制方法，通过改变调节变频柔性调谐装置的运行方式，对半波长交流输电系统进行柔性调谐和柔性并网，调整半波长交流输电系统的系统参数，抑制半波长交流输电线路的过电压和潜供电流并实现故障隔离，其操作灵活、简单。附图说明图1：π型调谐电路/装置结构示意图；图2：T型调谐电路/装置结构示意图；图3：本专利技术实施例中一种变频柔性调谐装置结构示意图；图4：半桥结构功率子模块结构示意图；图5：全桥结构功率子模块结构示意图；图6：本专利技术实施例中一种半波长交流输电系统结构示意图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。下面分别结合附图，对本专利技术实施例提供的一种变频柔性调谐装置进行说明。图3为本专利技术实施例中一种变频柔性调谐装置结构示意图，如图所示，本实施例中变频柔性调谐装置包括第一MMC模块1和第二MMC模块2，第一MMC模块1和第二MMC模块2的直流侧相连，交流侧为变频柔性调谐装置的输入/输出端。其中，第一MMC模块1和第二MMC模块2均包括三个并联的相单元，每个相单元均包括两个串联的桥臂，每个桥臂均包括串联的电抗器和功率模块单元。各相单元中桥臂的串联连接点为交流侧的交流端子，各相单元的并联连接点为直流侧的直流端子。即第一MMC模块1的各相单元中桥臂的串联连接点为其交流侧的交流端子，各相单元的并联连接点为其直流侧的直流端子；第二MMC模块2的各相单元中桥臂的串联连接点为其交流侧的交流端子，各相单元的并联连接点为其直流侧的直流端子。功率模块单元包括多个串联的功率子模块(Sub-Module，SM)，功率子模块为包括全控型电力电子器件的半桥结构功率子模块(Half-BridgeSM，HBSM)或全桥结构功率子模块(Full-BridgeSM，FBSM)。其中，图4为半桥结构功率子模块结构示意图，图5为全桥结构功率子模块结构示意图。本实施例中变频柔性调谐装置包括第一MMC模块1和第二MMC模块2，第一MMC模本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种变频柔性调谐装置，其特征在于，所述变频柔性调谐装置包括第一MMC模块和第二MMC模块；所述第一MMC模块和第二MMC模块的直流侧相连，交流侧为所述变频柔性调谐装置的输入/输出端；所述第一MMC模块和第二MMC模块均包括三个并联的相单元；所述相单元包括两个串联的桥臂，每个桥臂均包括串联的电抗器和功率模块单元；所述各相单元中桥臂的串联连接点为所述交流侧的交流端子，所述各相单元的并联连接点为所述直流侧的直流端子；所述功率模块单元包括多个串联的功率子模块，所述功率子模块为包括全控型电力电子器件的半桥结构功率子模块或全桥结构功率子模块。

【技术特征摘要】
1.一种变频柔性调谐装置，其特征在于，所述变频柔性调谐装置包括第一MMC模块和第二MMC模块；所述第一MMC模块和第二MMC模块的直流侧相连，交流侧为所述变频柔性调谐装置的输入/输出端；所述第一MMC模块和第二MMC模块均包括三个并联的相单元；所述相单元包括两个串联的桥臂，每个桥臂均包括串联的电抗器和功率模块单元；所述各相单元中桥臂的串联连接点为所述交流侧的交流端子，所述各相单元的并联连接点为所述直流侧的直流端子；所述功率模块单元包括多个串联的功率子模块，所述功率子模块为包括全控型电力电子器件的半桥结构功率子模块或全桥结构功率子模块。2.如权利要求1所述的一种变频柔性调谐装置，其特征在于，所述相单元内两个桥臂通过各自的电抗器相连；或者，所述相单元内两个桥臂通过各自的功率模块单元相连。3.如权利要求1所述的一种变频柔性调谐装置，其特征在于，所述第一MMC模块的各功率子模块为相同结构的功率子模块，各电抗器为相同结构的电抗器；所述第二MMC模块的各功率子模块为相同结构的功率子模块，各电抗器为相同结构的电抗器。4.如权利要求1所述的一种变频柔性调谐装置，其特征在于，所述第一MMC模块的功率子模块和所述第二MMC模块的功率子模块的结构相同或不同；所述第一MMC模块的电抗器和所述第二MMC模块的电抗器的结构相同或不同。5.如权利要求1所述的一种变频柔性调谐装置，其特征在于，所述第一MMC模块内各功率子模块所包含的各元件参数均相同，各电抗器的电抗值均相同；所述第二MMC模块内各功率子模块所包含的各元件参数均相同，各电抗器的电抗值均相同。6.一种半波长交流输电系统，所述半波长交流输电系统包括依次连接的送端交流系统、半波长交流输电线路和受端交流系统，其特征在于，所述半波长交流输电系统包括两个如权利要求1-5任一项所述的变频柔性调谐装置；一个所述变频柔性调谐装置安装在所述送端交流系统与半波长交流输电线路之间，另一个所述变频柔性调谐装置安装在所述受端交流系统与半波长交流输电线路之间。7.如权利要求6所述的一种半波长交流输电系统，其特征在于，所述的一个变频柔性调谐装置中第一MMC模块与送端交流系统连接，第二MMC模块与半波长交流输电线路连接；所述的另一个变频柔性调谐装置中第二MMC模块与受端交流系统连接，第一MMC模块与半波长交流输电线路连接。8.一种如权利要求6或7所述的半波长交流输电系统的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括通过调节所述变频柔性调谐装置的运行方式，对所述半波长交流输电系统进行柔性调谐和柔性并网，调整所述半波长交流输电系统的系统参数，抑制半波长交流输电线路的过电压和潜供电流并实现故障隔离；所述系统参数包括送端交流系统的功率因数和母线电压、受端交流系统的功率因数和母线电压。9.如权利要求8所述的一种半波长交流输电系统的控制方法，其特征在于，所述对半波长交流输电系统进行柔性调谐包括：当所述半波长交流输电线路的电气距离小于电网频率对应的一个半波长时，通过控制所述变频柔性调谐装置的输出信号频率，提高半波长交流输电线路的运行频率，直至所述电气距离等于升高后的运行频率对应的一个半波长；当所述半波长交流输电线路的电气距离大于电网频率对应的一个半波长时，通过控制所述变频柔性调谐装置的输出信号频率，降低半波长交流输电线路的运行频率，直至所述电气距离等于降低后的运行频率对应的一个半波长；当所述半波长交流输电线路的线路结构、线路参数或运行方式发生变化时，通过控制所述变频柔性调谐装置的输出信号频率，调整半波长交流输电线路的运行频率，直至在所述线路结构、线路参数或运行方式发生变化后的半波长交流输电线路的电气距离等于所述改变后的运行频率对应的一个半波长。10.如权利要求9所述的一种半波长交流输电系统的控制方法，其特征在于，所述电气距离小于电网频率对应的一个半波长时控制变频柔性调谐装置的输出信号频率之前包括：控制所述变频柔性调谐装置中与半波长交流输电线路直接相连的第一MMC模块和第二MMC模块中投入运行的功率子模块数量大于未与半波长交流输电线路直接相连的第一MMC模块和...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴朝波，张厦千，周攀，曹晶，李沛，
申请(专利权)人：全球能源互联网研究院，国家电网公司，国网江苏省电力公司信息通信分公司，
类型：发明
国别省市：北京,11