直流输电系统用的耗储一体换流器及其控制方法技术方案

本申请提供一种直流输电系统用的耗储一体换流器及其控制方法，所述耗储一体换流器包括至少一个耗能子模块和至少一个储能子模块，所述耗能子模块和所述储能子模块串联连接后，连接于直流线路，其中：所述储能子模块用于存储所述直流输电系统的盈余功率；所述耗能子模块用于消耗所述盈余功率；所述储能子模块和所述耗能子模块配合，用于支撑电网调频调功需求

【技术实现步骤摘要】
直流输电系统用的耗储一体换流器及其控制方法


[0001]本申请涉及电力系统直流输电
，具体而言，涉及一种直流输电系统用的耗储一体换流器及其控制方法
。

技术介绍

[0002]大规模新能源发电是实现双碳目标和能源转型的关键，也是根本，是构建我国现代能源体系不可或缺的一环
。
而大规模风光基地和大型海上风电集中送出能够节约投资成本
、
提高传输效率，直流输电以输电传输距离长
、
传输容量高
、
输电走廊小
、
损耗低成为大规模风光基地和大型海上风电基地电力外送的主要技术之一
。
[0003]随着大规模新能源基地不断涌现，大规模新型能源通过直流传输成为电网发展趋势
。
新能源直流输电受端电网故障时，交流电网不能将新能源功率送出，导致新能源功率累计在直流侧导致直流过电压跳闸，影响系统运行和可靠性
。
因此以往海上风电柔直工程均通过配置直流耗能解决直流过压问题，例如专利
CN113839409A
提出一种模块化分布式电阻耗能装置，专利
CN109873441A
提出一种分布式直流耗能装置，但耗能装置无法存储功率，会导致能量浪费
。
[0004]未来随着新能源的比例逐渐增高，在建设新型电力系统的背景下，新能源采用直流输电方式并入电力系统，由于它们均为非同步机性质电源，不具备同步机固有的功角稳定能力，势必对电网构成挑战；另外由于新能源并网功率的波动性较大，在电力系统接纳有限的情况下，新能源受限于自然条件，缺乏参与电网调频调功调峰支撑问题越来越严重
。
有学者专家提出全直流储能方案，但全直流储能方案存在占地大
、
造价高
、
储能设备储满完成后发生功率盈余造成系统停用等问题
。
[0005]因此需要提出一种既能解决受端电网故障时直流过电压问题，又能降低新能源波动对电网的影响，提升新能源对电网调频调功的支撑的新型解决方案
。
[0006]在所述
技术介绍
部分公开的上述信息仅用于加强对本申请的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息
。

技术实现思路

[0007]本申请旨在提供直流输电系统用的耗储一体换流器及其控制方法，既能解决受端电网故障时直流过电压问题，同时降低新能源波动对电网的影响，提升新能源对电网调频调功的支撑
。
[0008]根据本申请的一方面，提出一种直流输电系统用的耗储一体换流器，其特征在于，所述耗储一体换流器包括至少一个耗能子模块和至少一个储能子模块，所述耗能子模块和所述储能子模块串联连接后，连接于直流线路，其中：
[0009]所述储能子模块用于存储所述直流输电系统的盈余功率；
[0010]所述耗能子模块用于消耗所述盈余功率；
[0011]所述储能子模块和所述耗能子模块配合，用于支撑电网调频调功需求
。
[0012]根据一些实施例，所述耗能子模块包括直流电容支路
、
第一旁路支路和耗能支路，其中：
[0013]所述直流电容支路
、
所述旁路支路和所述耗能支路并联；
[0014]所述直流电容支路包括第一直流电容；
[0015]所述第一旁路支路包括并联连接的第一旁路开关和转折晶闸管；
[0016]所述耗能支路包括串联连接的耗能功率单元和耗能电路
。
[0017]根据一些实施例，所述耗能功率单元包括反向并联的可控半导体和第一二极管，所述耗能电路包括并联连接的耗能电阻和第二二极管
。
[0018]根据一些实施例，所述耗能子模块还包括第一功率单元，其中：
[0019]所述第一功率单元与所述直流电容支路并联；
[0020]所述第一功率单元包括串联连接的第一开关模块和第二开关模块；
[0021]所述第二开关模块与所述第一旁路开关并联
。
[0022]根据一些实施例，所述第一开关模块和所述第二开关模块分别包括二极管，或者反向并联的可关断半导体和二极管；
[0023]所述转折晶闸管的阳极与所述第二开关模块的二极管的阳极电连接；
[0024]所述转折晶闸管的阴极与所述第二开关模块的二极管的阴极电连接
。
[0025]根据一些实施例，所述耗能子模块还包括第一接线端子和第二接线端子，所述第一接线端子与所述转折晶闸管的阴极电连接，所述第二接线端子与所述转折晶闸管的阳极电连接
。
[0026]根据一些实施例，所述储能子模块包括并联连接的半桥子模块和储能单元，其中：
[0027]所述半桥子模块包括第二功率单元
、
第二直流电容和第二旁路支路，所述第二功率单元和所述第二直流电容并联，所述第二功率单元包括串联连接的第三开关模块和第四开关模块，所述第四开关模块与所述第二旁路支路并联，所述第二旁路支路包括并联连接的第二旁路开关和晶闸管；
[0028]所述储能单元包括串联连接的储能元件和直流旁路开关，所述储能元件的正极与所述第二直流电容的正极电连接，所述储能元件的负极与所述第二直流电容的负极电连接
。
[0029]根据一些实施例，所述第三开关模块和所述第四开关模块分别包括反向并联的可关断半导体和二极管；
[0030]所述第四开关模块的二极管的阴极与所述第二旁路支路的晶闸管的阴极电连接，所述第四开关模块的二极管的阳极与所述第二旁路支路的晶闸管的阳极电连接
。
[0031]根据一些实施例，所述储能子模块包括第三接线端子和第四接线端子，所述第三接线端子电连接所述第二旁路支路的晶闸管的阴极，所述第四接线端子电连接所述第二旁路支路的晶闸管的阳极
。
[0032]根据一些实施例，所述储能元件包括串联连接的电池
、
梯次电池
、
超级电容
、
飞轮储能
、
气体压缩储能或它们的任意组合
。
[0033]根据一些实施例，还包括：
[0034]在交流系统需要直流输电系统提供更多功率支撑系统频率的情况下，投切所述储能子模块的第三开关模块的可关断半导体；
[0035]在交流系统需要直流输电系统减少注入功率或者降低系统频率的情况下，通过电流控制或者投切所述储能子模块的第四开关模块的可关断半导体；
[0036]在所述储能子模块的能量越限后，投入所述耗能子模块的耗能支路吸收功率
。
[0037]根据本申请的另一方面，一种直流输电系统用的耗储一体换流器控制方法，所述控制方法包括：
[0038]响应于直流电压升高，计算盈余功率；
[0039]根据所述盈余功率，计算冗余能量；
[0040]计算储能可吸收最大能量；
[0041]比较所述冗本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种直流输电系统用的耗储一体换流器，其特征在于，所述耗储一体换流器包括至少一个耗能子模块和至少一个储能子模块，所述耗能子模块和所述储能子模块串联连接后，连接于直流线路，其中：所述储能子模块用于存储所述直流输电系统的盈余功率；所述耗能子模块用于消耗所述盈余功率；所述储能子模块和所述耗能子模块配合，用于支撑电网调频调功需求
。2.
如权利要求1所述的耗储一体换流器，其特征在于，所述耗能子模块包括直流电容支路
、
第一旁路支路和耗能支路，其中：所述直流电容支路
、
所述旁路支路和所述耗能支路并联；所述直流电容支路包括第一直流电容；所述第一旁路支路包括并联连接的第一旁路开关和转折晶闸管；所述耗能支路包括串联连接的耗能功率单元和耗能电路
。3.
如权利要求2所述的耗储一体换流器，其特征在于，所述耗能功率单元包括反向并联的可控半导体和第一二极管，所述耗能电路包括并联连接的耗能电阻和第二二极管
。4.
如权利要求2所述的耗储一体换流器，其特征在于，所述耗能子模块还包括第一功率单元，其中：所述第一功率单元与所述直流电容支路并联；所述第一功率单元包括串联连接的第一开关模块和第二开关模块；所述第二开关模块与所述第一旁路开关并联
。5.
如权利要求4所述的耗储一体换流器，其特征在于，所述第一开关模块和所述第二开关模块分别包括二极管，或者反向并联的可关断半导体和二极管；所述转折晶闸管的阳极与所述第二开关模块的二极管的阳极电连接；所述转折晶闸管的阴极与所述第二开关模块的二极管的阴极电连接
。6.
如权利要求2所述的耗储一体换流器，其特征在于，所述耗能子模块还包括第一接线端子和第二接线端子，所述第一接线端子与所述转折晶闸管的阴极电连接，所述第二接线端子与所述转折晶闸管的阳极电连接
。7.
如权利要求1所述的耗储一体换流器，其特征在于，所述储能子模块包括并联连接的半桥子模块和储能单元，其中：所述半桥子模块包括第二功率单元
、
第二直流电容和第二旁路支路，所述第二功率单元和所述第二直流电容并联，所述第二功率单元包括串联连接的第三开关模块和第四开关模块，所述第四开关模块与所述第二旁路支路并联，所述第二旁路支路包括并联连接的第二旁路开关和晶闸管；所述储能单元包括串联连接的储能元件和直流旁路开关，所述储能元件的正极与所述第二直流电容的正极电连接，所述储能元件的负极与所述第二直流电容的负极电连接
。8.
如权利要求7所述的耗储一体换流器，其特征在于，所述第三开关模块和所述第四开关模块分别包括反向并联的可关断半导体和二极管；所述第四开关模块的二极管的阴极与所述第二旁路支路的晶闸管的阴极电连接，所述第四开关模块的二极管的阳极与所述第二旁路支路的晶闸管的阳极电连接
。9.
如权利要求7所述的耗储一体换流器，其特征在于，所述储能子模块包括第三接线端
子和第四接线端子，所述第三接线端子电连接所述第二旁路支...

【专利技术属性】
技术研发人员：李钢，田杰，卢宇，李海英，杨志强，邹凯凯，董云龙，邹强，汪楠楠，王超，殷子寒，
申请(专利权)人：南京南瑞继保工程技术有限公司常州博瑞电力自动化设备有限公司，
类型：发明
国别省市：