基于双mmc换流器的电网输电增容改造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及输电系统领域，具体涉及一种基于双MMC换流器的电网输电增容改造 方法。
【背景技术】
[0002] 近年，城镇化发展速度进一步加快，城市用电负荷不断增长，客观上要求电网规模 与传输容量保持持续发展，然而目前城市电网普遍存在以下问题。
[0003] 城市用电负荷增加，交流线路输送能力不足，线路走廊匮乏。对于重载的交流线 路，无法通过加装FACTS装置大幅提高输送能力，而新建线路遇到的阻力越来越大，特别是 进城的线路工程，在征地、环保方面难以得到支持。城市电网结构日益紧密，短路电流问题 突出。
[0004] 城市电网发展速度较快，电网线路相互交织，紧密程度较高，等效阻抗较小，导致 电网的短路电流水平较高。如采用新建交流线路来解决城市电网供电能力不足的问题， 将会造成电网进一步紧密，等效阻抗进一步减小，从而导致短路电流增大，影响电网安全运 行。
[0005] 城市电网无功电压调节日趋困难，电压稳定性问题不容忽视。城市电网中电缆线 路日益增多，市区变电站受用地限制，感性无功配置普遍不足，无功电压调节日趋困难，尤 其是电网低谷负荷时段，电压偏高情况严重。此外，城市电网中空调负荷、电动机负荷比重 较大，由于快速的动态无功调整能力不足，电网高峰负荷时段动态电压稳定问题逐渐突出。
[0006] 鉴于上述问题，有必要研究新的技术手段，既要充分发挥现有线路走廊输的输电 潜力，又要防止出现短路电流超标和动态无功支撑不足等问题。
[0007] 从输电线路方面来看，制约交流线路传输容量的主要因素是绝缘耐受能力。目前， 交流系统的绝缘按照电压峰值设计，但是传输容量是由电压有效值决定，仅为峰值的71 %。 研究表明，交流线路在直流方式下运行，由于绝缘层内的电场分布、发热情况等方面的差 异，交流线路的直流绝缘强度几乎是交流电压的2~3倍或更大。另外，对于电缆线路，由 于其电容要比架空线路大得多，如果采用交流输电方式并且当电缆长度超过一定数值（如 40~60km)时，就会出现电容电流占用电缆芯线全部有效负载能力的情况，而采用直流输 电方式，其稳态电容电流仅是由纹波电压引起，数值很小，故电缆的送电长度几乎不受电容 电流的限制。但是，交流电缆线路在直流工况下下空间电荷积累严重，长时间加压后绝缘中 电场强度可增至初始值的7~9倍。而实际运行的交流电缆在研制时没有考虑空间电荷问 题，所以将交流电缆线路转为直流运行后，空间电荷将导致电场畸变，严重时可引起电缆绝 缘的击穿。因此，针对电缆线路，需要提供一种电网输电增容改造方法，以大幅提高交流电 缆线路的输送能力。
【发明内容】
[0008] 为了满足现有技术的需要，本发明提供了一种基于双MMC换流器的电网输电增容 改造方法。
[0009] 本发明的技术方案是：
[0010] 所述方法包括：
[0011] 构建电压源换流器和电压电流调节器；所述电压源换流器包括送端电压源换流器 和受端电压源换流器，所述电压电流调节器包括送端电压电流调节器和受端电压电流调节 器；
[0012] 将所述送端电压源换流器接入送端交流系统和所述送端电压电流调节器之间，以 及将所述受端电压源换流器接入受端交流系统和所述受端电压电流调节器之间；
[0013] 将所述送端电压电流调节器和受端电压电流调节器通过交流电缆连接。
[0014] 优选的，所述送端电压源换流器和受端电压源换流器均为模块化多电平电压源换 流器；
[0015] 所述模块化多电平电压源换流器的上桥臂和下桥臂均包括N个串联的功率子模 块，N至少为2 ;所述上桥臂和下桥臂通过电抗器连接；
[0016] 优选的，通过调节所述模块化多电平电压源换流器中每相桥臂的导通和关断，周 期性改变电网中交流输电线路输出的电压极性和电流方向；
[0017] 优选的，所述送端电压电流调节器和受端电压电流调节器均为模块化多电平调节 器；
[0018] 所述模块化多电平电压源调节器的上桥臂和下桥臂均包括N个串联的功率子模 块，N至少为2 ;所述上桥臂和下桥臂通过导线连接；
[0019] 优选的，送端电压电流调节器的上桥臂与送端电压源换流器的正极输出端连接， 送端电压电流调节器的下桥臂与送端电压源换流器的负极输出端连接；
[0020] 受端电压电流调节器的上桥臂与受端电压源换流器的正极输出端连接，受端电压 电流调节器的下桥臂与受端电压源换流器的负极输出端连接；
[0021] 优选的，所述送端电压电流调节器中每相的上桥臂和下桥臂的连接点，以及所述 受端电压电流调节器中每相的上桥臂和下桥臂的连接点，通过交流电缆连接；
[0022] 所述交流电缆包括第一极交流电缆、第二极交流电缆和第三极交流电缆；
[0023] 优选的，所述功率子模块包括第一 IGBT单元、第二IGBT单元和直流电容器；所述 第一 IGBT单元和第二IGBT单元串联形成串联支路，该串联支路与所述直流电热器并联；
[0024] 优选的，所述第一 IGBT单元和第二IGBT单元均包括反向并联在IGBT两端的二极 管；
[0025] 优选的，所述送端电压源换流器的输入端均接入所述送端交流系统的同一个母线 中，或者所述输入端分别接入送端交流系统的不同母线中；
[0026] 所述受端电压源换流器的输出端均接入所述受端交流系统的同一个母线中，或者 所述输出端分别接入受端交流系统的不同母线中。
[0027] 与最接近的现有技术相比，本发明的优异效果是：
[0028] 1、本发明提供的一种基于双MMC换流器的电网输电增容改造方法，利用了模块化 多电平电压源换流良好的控制性能，配合模块化多电平的电压电流调节器，能够很好的解 决三相交流电缆输电线路的增容改造问题，最大化原有交流电流线路的传输功率；
[0029] 2、本发明提供的一种基于双MMC换流器的电网输电增容改造方法，针对交流电缆 线路的增容改造技术，大大削弱了电缆线路中空间电荷积累的问题，保证了改造后电缆线 路的绝缘性能；
[0030] 3、本发明提供的一种基于双MMC换流器的电网输电增容改造方法，能够充分、均 衡利用三相交流电缆线路的通流能力，而且三相电流之和在任意时刻为零，不会产生流经 大地的零序环流；
[0031] 4、本发明提供的一种基于双MMC换流器的电网输电增容改造方法，可大幅提高原 有交流线路的输送能力，其电压源换流器与电压电流调节器采用MMC技术，该技术成熟度 高，可扩展性强，推广应用前景良好；
[0032] 5、本发明提供的输电系统，应用于三相交流电缆线路输电系统改造，在不增加电 网短路水平的同时，显著提升系统运行的灵活性和可靠性；
[0033] 6、本发明提供的一种基于双MMC换流器的电网输电增容改造方法，采用电压源换 流器，具备动态无功补偿、谐波治理等功能，为解决负荷日益增长与新建线路日趋困难的矛 盾具有重要意义；
[0034] 7、本发明提供的一种基于双MMC换流器的电网输电增容改造方法，采用半桥模块 化级联的多电平串联技术，无需配置大容量无功补偿和滤波设备，在不增加输电系统短路 水平的同时，还能为输电系统提供动态电压支撑和有源滤波功能，显著提高输电系统的运