适用于LCC-MMC混合级联换流站的电压和容量匹配方法组成比例

本发明专利技术公开了一种适用于LCC‑MMC混合级联换流站的电压和容量匹配方法，分析了高压阀组LCC的电压和容量大于低压阀组MMC的电压和容量、高压阀组LCC的电压和容量等于低压阀组MMC的电压和容量、高压阀组LCC的电压和容量小于低压阀组MMC的电压和容量三种情况的适用性，可以为未来工程的设计起到一定的指导作用。本发明专利技术通过在PSCAD中搭建两端单极直流输电系统，其中整流侧采用LCC，逆变侧采用LCC‑MMC混合级联，分别针对三种典型的高低压阀组电压和容量组合，仿真分析得出合理的电压和容量匹配方案，为实际工程中LCC‑MMC混合级联的高低压阀组电压和容量选择提供了较强的工程指导意义。

【技术实现步骤摘要】
适用于LCC-MMC混合级联换流站的电压和容量匹配方法
本专利技术属于电力系统输配电
，具体涉及一种适用于LCC-MMC混合级联换流站的电压和容量匹配方法。
技术介绍
我国能源资源与负荷需求逆向分布，远距离大容量特高压直流输电技术得到快速发展。当前，适用于特高压直流输电系统的换流器主要存在两种技术路线：基于电网换相换流器的传统直流输电系统(LineCommutatedConverterBasedHighVoltageDirectCurrent，LCC-HVDC)和基于模块化多电平换流器的柔性直流输电系统(ModularMultilevelConverterBasedHighVoltageDirectCurrent，MMC-HVDC)。根据理论分析和工程经验，LCC-HVDC广泛应用于远距离大容量输电、异步联网、海底电缆送电等场合，具有经济且技术成熟等优势，但是存在无功补偿容量需求大、对交流系统强度的要求较高容易发生换相失败、不能对无源网络供电等问题，限制了传统直流输电技术的进一步发展。采用MMC-HVDC能够实现四象限独立控制有功和无功功率、不存在换相失败问题等优势，但在相同电压等级和额定容量的条件下，MMC-HVDC比LCC-HVDC的投资成本和运行损耗更高。我国目前计划建设的白鹤滩-江苏特高压混合级联直流输电系统将两者的技术和经济优势进行了结合，是当下研究的热点，其整流侧采用基于LCC的传统直流换流站，逆变侧采用LCC-MMC混合级联换流站的拓扑方案，该方案的优势在于：(1)整流侧充分利用了LCC的技术成熟度高且经济性好的优势，同时在线路直流故障时能够通过强制移相快速降低故障电流，具有直流故障处理能力；(2)逆变侧高压阀组采用LCC，比同电压等级和额定容量的MMC技术更成熟、造价更低，同时由于晶闸管的单向导通性，在直流故障期间能够阻断故障电流通路，具有直流故障自处理能力；(3)逆变侧低压阀组采用MMC，可以独立控制有功功率和无功功率，无需额外的无功补偿设备，具有较强的交流电压支撑能力，在交流故障时提供无功功率支撑，降低LCC换相失败的风险。同时在逆变侧LCC换相失败期间系统仍能保持一定的功率输送能力，减小交流故障期间逆变侧系统的功率缺额。LCC-MMC混合级联结构中，高压阀组是LCC，低压阀组是MMC，如何合理分配高低压阀组的电压和容量是一个可研究的问题。一般而言，会存在三种电压和容量的匹配方法：①高压阀组LCC的电压和容量小于低压阀组MMC的电压和容量；②高压阀组LCC的电压和容量等于低压阀组MMC的电压和容量；③高压阀组LCC的电压和容量大于低压阀组MMC的电压和容量。目前国内外学者针对LCC-MMC混合级联拓扑结构开展了较多的研究，研究内容主要包括启动/停运控制策略、稳态控制策略、交直流故障特性以及控制保护策略等等，然而目前没有文献针对LCC-MMC混合级联结构中高低压阀组的电压和容量匹配方法进行研究与分析。
技术实现思路
鉴于上述，本专利技术提出了一种适用于LCC-MMC混合级联换流站的电压和容量匹配方法，该方法给出了电压和容量匹配的边界条件，为LCC-MMC混合级联拓扑结构的电压和容量匹配选择提供了理论支持。一种适用于LCC-MMC混合级联换流站的电压和容量匹配方法，包括如下步骤：(1)根据逆变侧LCC-MMC混合级联换流站的额定直流电压及额定容量、高压阀组LCC的额定直流电压及额定容量、低压阀组MMC的额定直流电压及额定容量，定义换流站的电压匹配系数ku和容量匹配系数ks；(2)根据电压匹配系数ku和容量匹配系数ks，确定换流站高低压阀组电压及容量匹配的三种典型情况；(3)根据整流侧交流故障、逆变侧交流故障和系统直流故障来分析换流站高低压阀组电压及容量匹配的边界条件；(4)在电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC中搭建三种典型情况的仿真模型，分别对逆变侧交流故障及系统直流故障进行仿真。进一步地，所述步骤(1)中通过以下表达式定义换流站的电压匹配系数ku和容量匹配系数ks；其中：SLCC为高压阀组LCC的额定容量，ULCC为高压阀组LCC的额定直流电压，SMMC为低压阀组MMC的额定容量，UMMC为低压阀组MMC的额定直流电压，换流站的额定直流电压Uinv＝ULCC+UMMC，换流站的额定容量Sinv＝SLCC+SMMC。进一步地，所述步骤(2)中换流站高低压阀组电压及容量匹配的三种典型情况为：①高压阀组LCC的电压及容量小于低压阀组MMC的电压及容量，即ku＝ks<1；②高压阀组LCC的电压及容量等于低压阀组MMC的电压及容量，即ku＝ks＝1；③高压阀组LCC的电压及容量大于低压阀组MMC的电压及容量，即ku＝ks>1。进一步地，所述步骤(3)中对于整流侧交流故障，过大或过小的电压匹配系数ku和容量匹配系数ks不会在故障期间对换流站造成过压或过流的影响。进一步地，所述步骤(3)中对于逆变侧交流故障，故障期间高压阀组LCC会发生换相失败，线路上总的额定直流电压会直接加到低压阀组MMC上，若低压阀组MMC的换流阀绝缘配合安全系数为λ，故障期间额定直流电压ULCC+UMMC会直接加到低压阀组MMC上造成过压，则需要满足：简化后可得到逆变侧交流故障对于低压阀组MMC直流电压不越限的边界条件为：ku＜λ-1其中：λ表示在设计低压阀组MMC换流阀过压耐受能力时考虑到的最大暂态过电压倍数，ULCC为高压阀组LCC的额定直流电压，UMMC为低压阀组MMC的额定直流电压。进一步地，所述步骤(3)中对于系统直流故障，故障期间低压阀组MMC输出的直流电压几乎不变，因此高压阀组LCC将承受反向电压，若高压阀组LCC的换流阀绝缘配合安全系数为μ，故障期间低压阀组MMC的额定直流电压UMMC会反向加到高压阀组LCC上对换流阀造成电压冲击，则需要满足：简化后可得系统直流故障对于高压阀组LCC晶闸管反向直流电压不越限的边界条件为：其中：μ表示在设计高压阀组LCC换流阀过压耐受能力时考虑到的最大暂态过电压倍数，ULCC为高压阀组LCC的额定直流电压。进一步地，所述步骤(3)中通过综合整流侧交流故障、逆变侧交流故障以及逆变侧直流故障各自情况，可得到换流站高低压阀组电压及容量匹配的边界条件为：其中：λ表示在设计低压阀组MMC换流阀过压耐受能力时考虑到的最大暂态过电压倍数，μ表示在设计高压阀组LCC换流阀过压耐受能力时考虑到的最大暂态过电压倍数。进一步地，所述步骤(4)中搭建三种典型情况的仿真模型具体参数为：情况①即ku＝ks＝1/3，高压阀组LCC的额定直流电压ULCC＝200kV，额定容量SLCC＝1000MVA，低压阀组MMC的额定直流电压UMMC＝600kV，额定容量SMMC＝3000MVA；情况②即ku＝ks＝1，高压阀组LCC的额定直流电压ULCC＝400kV，额定容量SLCC＝2000MVA，低压阀组MMC的额定直流电压U本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于LCC-MMC混合级联换流站的电压和容量匹配方法，包括如下步骤：/n(1)根据逆变侧LCC-MMC混合级联换流站的额定直流电压及额定容量、高压阀组LCC的额定直流电压及额定容量、低压阀组MMC的额定直流电压及额定容量，定义换流站的电压匹配系数k

【技术特征摘要】
1.一种适用于LCC-MMC混合级联换流站的电压和容量匹配方法，包括如下步骤：
(1)根据逆变侧LCC-MMC混合级联换流站的额定直流电压及额定容量、高压阀组LCC的额定直流电压及额定容量、低压阀组MMC的额定直流电压及额定容量，定义换流站的电压匹配系数ku和容量匹配系数ks；
(2)根据电压匹配系数ku和容量匹配系数ks，确定换流站高低压阀组电压及容量匹配的三种典型情况；
(3)根据整流侧交流故障、逆变侧交流故障和系统直流故障来分析换流站高低压阀组电压及容量匹配的边界条件；
(4)在电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC中搭建三种典型情况的仿真模型，分别对逆变侧交流故障及系统直流故障进行仿真。


2.根据权利要求1所述的电压和容量匹配方法，其特征在于：所述步骤(1)中通过以下表达式定义换流站的电压匹配系数ku和容量匹配系数ks；



其中：SLCC为高压阀组LCC的额定容量，ULCC为高压阀组LCC的额定直流电压，SMMC为低压阀组MMC的额定容量，UMMC为低压阀组MMC的额定直流电压，换流站的额定直流电压Uinv＝ULCC+UMMC，换流站的额定容量Sinv＝SLCC+SMMC。


3.根据权利要求1所述的电压和容量匹配方法，其特征在于：所述步骤(2)中换流站高低压阀组电压及容量匹配的三种典型情况为：①高压阀组LCC的电压及容量小于低压阀组MMC的电压及容量，即ku＝ks<1；②高压阀组LCC的电压及容量等于低压阀组MMC的电压及容量，即ku＝ks＝1；③高压阀组LCC的电压及容量大于低压阀组MMC的电压及容量，即ku＝ks>1。


4.根据权利要求1所述的电压和容量匹配方法，其特征在于：所述步骤(3)中对于整流侧交流故障，过大或过小的电压匹配系数ku和容量匹配系数ks不会在故障期间对换流站造成过压或过流的影响。


5.根据权利要求1所述的电压和容量匹配方法，其特征在于：所述步骤(3)中对于逆变侧交流故障，故障期间高压阀组LCC会发生换相失败，线路上总的额定直流电压会直接加到低压阀组MMC上，若低压阀组MMC的换流阀绝缘配合安全系数为λ，故障期间额定直流电压ULCC+UMMC会直接加到低压阀组MMC上造成过压，则需要满足：

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡晖，谢珍建，赵菲菲，许偲轩，彭竹弈，黄成辰，张文嘉，祁万春，徐政，严铭，
申请(专利权)人：国网江苏省电力有限公司经济技术研究院，国网江苏省电力有限公司，国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32