一种混合型直流输电系统技术方案

本发明专利技术公开了一种混合型直流输电系统，包括无源滤波器、整流换流变压器、晶闸管换流器、平波电抗器、直流输电线路、多电平换流器和逆变换流变压器。本发明专利技术通过在送端整流侧采用基于晶闸管的十二脉动桥式换流器，受端逆变侧采用基于IGBT的模块化多电平换流器，从根本上消除了传统直流输电系统换相失败的现象，适用于向多直流落点区域、无源网络或弱交流系统供电等场合；与轻型高压直流输电系统相比大大减少了造价不菲的全控器件数量，减少了成本，降低了损耗，可靠性高，控制灵活；且不需要大量无功补偿装置，同时还可以作为受端交流系统的黑起动电源，具有很好的工程应用价值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电力系统输电
，具体涉及一种混合型直流输电系统。
技术介绍
传统高压直流输电系统采用基于晶闸管的换流器，具有造价低、损耗小、可靠性高等优点，在大容量远距离输电、异步电网互联、海底电缆送电等场合具有近四十年的可靠运行经验。但是由于晶间管是半控器件，采用电网换相，在逆变侧容易发生换相失败，尤其多直流落点区域的交流系统故障可能引起多个换流站同时换相失败、给交流系统造成巨大冲击，严重影响系统稳定安全运行；同时对于无源网络或弱交流系统，传统高压直流输电系统无法实现对其送电，从而制约了传统直流输电系统的发展和应用。针对传统直流输电系统固有缺陷，采用自关断器件的轻型高压直流输电系统得到迅速发展，其避免了逆变侧换相失败的现象且不必配置大容量无源滤波器，可以进行有功无功独立调节控制灵活，在新能源并网、系统互联、向弱系统或无源网络送电等场合具有很强的竞争优势。目前的轻型高压直流输电系统中，应用最广泛、最成熟的电压源型换流器主要是两电平换流器和二极管箝位型三电平换流器结构，桥臂通常由大量的半导体器件串并联而成。然而电力电子器件在伏安特性、开通时间、恢复电荷等方面的分散性，影响它们串并联时的电压和电流均衡，导致换流器可靠性下降；且通常采用脉宽调制技术导致器件开关频率很高，损耗较大，仍需配置一定容量的高通滤波器以滤除高频分量。
技术实现思路
本专利技术提供了一种混合型直流输电系统，混合采用晶闸管换流器和多电平换流器分别作为整流逆变侧的换流设备，并集合两者各自的优点，解决了现有技术直流输电系统所存在的上述技术缺陷，损耗低，可靠性高。一种混合型直流输电系统，包括整流换流变压器，用于将送端交流系统提供的三相交流电进行电压等级变换；晶闸管换流器，用于将电压等级变换后的三相交流电转换为直流电；无源滤波器，并联在送端交流系统的进站高压三相母线上，用于滤除晶闸管换流器所产生的谐波电流；平波电抗器，用于平抑所述的直流电中的纹波；多电平换流器，用于将平抑后的直流电转换为三相交流电；逆变换流变压器，用于将多电平换流器转换成的三相交流电进行电压等级变换， 以输送给受端交流系统。优选的技术方案中，所述的平波电抗器与所述的多电平换流器通过直流输电线路连接；可实现不同距离等级的直流电传输。优选的技术方案中，所述的晶闸管换流器为十二脉动桥式晶闸管换流器，所述的整流换流变压器为一台接线方式为Yc/Y/Δ的三绕组变压器或由两台接线方式分别为Ytl/ Δ和YcZY的两绕组变压器构成；这样整流换流变压器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，十二脉动桥式晶间管换流器可减少自身所产生的谐波电流。优选的技术方案中，所述的多电平换流器为模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter, MMC)；其输出的三相交流电具有很小的谐波含量，几乎不需任何滤波器，同时其结构特性大大降低了器件的开关频率，进而减少损耗，控制灵活。所述的模块化多电平换流器为三相六桥臂结构；其中，每个桥臂由一个电抗器和若干个两电平换流子模块(Submodule，SM)级联而成。所述的两电平换流子模块由两个IGBT(绝缘栅双极型晶体管)和一个电容构成； 其中，第一 IGBT的集电极与电容的一端相连，电容的另端与第二 IGBT的发射极相连并构成所述的两电平换流子模块的输出端，第二 IGBT的集电极与第一 IGBT的发射极相连并构成所述的两电平换流子模块的输入端，第一 IGBT的基极和第二 IGBT的基极分别接收外部设备提供的控制信号。本专利技术的基本工作原理为正常工作时整流侧晶闸管换流器通过控制晶闸管触发角来控制直流电流大小，通过整流将三相交流电变为直流电；直流电流从晶间管换流器的正极流出，经过平波电抗器的平抑作用使得直流电变得平滑，通过直流输电线路，注入模块化多电平换流器的正极，并从其负极流出，经过直流输电线路和平波电抗器，最终流回晶闸管换流器的负极；经过模块化多电平换流器的逆变作用，将直流电转化为三相交流电注入受端交流系统，从而实现从送端交流系统向受端交流系统输送功率。本专利技术的混合型直流输电系统，通过在送端整流侧采用基于晶闸管的十二脉动桥式换流器，受端逆变侧采用基于IGBT的模块化多电平换流器，从根本上消除了传统直流输电系统换相失败的现象，适用于向多直流落点区域、无源网络或弱交流系统供电等场合；与轻型高压直流输电系统相比大大减少了造价不菲的全控器件数量，减少了成本，降低了损耗，可靠性高，控制灵活；且不需要大量无功补偿装置，同时还可以作为受端交流系统的黑起动电源，具有很好的工程应用价值；可促进大规模风力发电等可再生能源的并网，解决城市市中心供电及海岛、海上钻井平台等孤远负荷供电问题、解决多直流落点问题的可行方案，具有广阔的应用前景。附图说明图1为本专利技术混合型直流输电系统的结构示意图。图2为十二脉动桥式晶闸管换流器的电路结构示意图。图3为模块化多电平换流器的电路结构示意图。图4(a)为本专利技术混合型直流输电系统逆变侧发生短时交流单相故障后逆变侧直流电压的波形示意图。图4(b)为本专利技术混合型直流输电系统逆变侧发生短时交流单相故障后整流侧直流电流的波形示意图。图4(c)为本专利技术混合型直流输电系统逆变侧发生短时交流单相故障后逆变侧有功功率的波形示意图。图4(d)为本专利技术混合型直流输电系统逆变侧发生短时交流单相故障后逆变侧无功功率的波形示意图。图5(a)为本专利技术混合型直流输电系统启动及稳态运行时逆变侧直流电压的波形示意图。图5(b)为本专利技术混合型直流输电系统启动及稳态运行时整流侧直流电流的波形示意图。图5(c)为本专利技术混合型直流输电系统启动及稳态运行时逆变侧有功功率的波形示意图。图5 (d)为本专利技术混合型直流输电系统启动及稳态运行时逆变侧无功功率的波形示意图。图5(e)为本专利技术混合型直流输电系统启动及稳态运行时模块化多电平换流器A 相上桥臂电压的波形示意图。图5 (f)为本专利技术混合型直流输电系统启动及稳态运行时逆变侧公共接入点处三相交流电压的波形示意图。具体实施例方式为了更为具体地描述本专利技术，下面结合附图及具体实施方式对本专利技术的技术方案及其相关原理进行详细说明。如图1所示，一种混合型直流输电系统，包括无源滤波器1、整流换流变压器2、 十二脉动桥式晶间管换流器3、平波电抗器4、直流输电线路5、模块化多电平换流器6和逆变换流变压器7。无源滤波器1并联在送端交流系统的进站高压三相母线上，具体类型、容量、组数和调谐点等根据具体系统工程条件来确定，一般可采用双调谐滤波器和并联电容器相配合，以滤除十二脉动桥式晶间管换流器3所产生的特征次谐波电流，必要时可配置C型滤波器以滤除低次谐波。整流换流变压器2由两台接线方式分别为Ytl/Δ和YcZY的两绕组变压器构成，其对送端交流系统提供的三相交流电进行电压等级变换，并为十二脉动桥式晶间管换流器3 的上下两个六脉动换流桥提供相角差为30°的三相交流电；其原边与送端交流系统进站高压母线相连，副边与十二脉动桥式晶闸管换流器3相连。十二脉动桥式晶闸管换流器3采用如图2所示的12脉动桥式换流电路的拓扑结构，其将电压等级变换后的三相交流电转换为直流电；其每个桥臂串联多个晶闸管，该拓扑结构可有效减少自身所产生的谐波电流。平波本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种混合型直流输电系统，其特征在于：包括：整流换流变压器，用于将送端交流系统提供的三相交流电进行电压等级变换；晶闸管换流器，用于将电压等级变换后的三相交流电转换为直流电；无源滤波器，并联在送端交流系统的进站高压三相母线上，用于滤除晶闸管换流器所产生的谐波电流；平波电抗器，用于平抑所述的直流电中的纹波；多电平换流器，用于将平抑后的直流电转换为三相交流电；逆变换流变压器，用于将多电平换流器转换成的三相交流电进行电压等级变换，以输送给受端交流系统。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：徐政，薛英林，管敏渊，屠卿瑞，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：86