一种多功能混合直流输电试验系统及其试验方法
【专利摘要】本发明涉及一种多功能混合直流输电试验系统及其试验方法，多功能混合直流输电试验系统，包括第一VSC单元，第二VSC单元，第一LCC单元，第二LCC单元和若干个直流切换开关；所述直流切换开关通过不同的开关状态使所述多功能混合直流输电试验系统形成单极LCC?VSC混合系统、单极VSC?LCC混合系统、LCC?VSC混合双极系统和LCC+VSC?VSC+LCC混合双极系统。通过拓扑中开关的灵活组合便可以形成三类混合系统，通过一个试验系统实现三类混合系统的试验，从而可以节约工程占地面积，还能节约成本。
【专利说明】
一种多功能混合直流输电试验系统及其试验方法
技术领域
[0001]本发明涉及柔性直流输电领域，特别是一种混合直流输电试验系统及其试验方法。
【背景技术】
[0002]20世纪50年代以来，传统高压直流输电系统(又称电网换相换流器高压直流输电系统，Line Commutated Converter Based High Voltage Direct Current，LCC_HVDC)以其远距离大容量输电、有功功率快速可控等特点在世界范围内得到了快速发展，目前已被广泛地应用于海底电缆送电、大容量远距离输电以及异步电网背靠背互联等场合。但LCC-HVDC由于采用无自关断能力的普通晶闸管作为换流元件，需要借助一定强度的交流系统实现换相，这使其存在着逆变站有换相失败风险、无法对弱交流系统供电、不能作为电网大停电的恢复电源，且运行中需要消耗大量无功功率等缺陷，一定程度上制约了它的发展。
[0003]近年来以全控型器件为基础的电压源换流器高压直流输电(Voltage SourceConverter Based High Voltage Direct Current，VSC_HVDC)因其可独立控制有功无功功率、不存在换相失败、可为无源孤岛供电等诸多优点得到学术界与工业界的青睐。然而，与LCC相比，现有常用的VSC拓扑普遍存在着制造成本高、损耗大，且无直流故障穿越能力等缺陷，而针对直流故障穿越能力提出的新型拓扑也很大程度上提高了制造成本和技术复杂度，这使得VSC-HVDC在长距离大容量输电场合的运行受到制约。
[0004]为了取长补短，结合LCC-HVDC技术成熟、成本低廉和VSC-HVDC技术调节性能优良的特点，混合直流输电技术成为新的研究热点。混合直流输电技术结合了传统LCC-HVDC技术成熟、成本低、容量高的特点以及VSC-HVDC无换相失败，控制灵活，拓展性能强的优点，在满足系统输电的同时，能够有效改善目前常规直流输电受端换相失败等问题，在柔性直流尚不具备与常规直流相当的输电容量的现状下，是一种具备较高技术经济性的优化配置方案。
[0005]目前，根据调研成果，混合直流输电系统根据LCC、VSC换流器的不同组合构成了多种拓扑形式，从而达到不同的应用目的，其主要包括三类拓扑结构，第一类为直流端混合系统，此拓扑为一端柔性直流输电系统和一端传统直流输电系统在直流侧连接得到的拓扑结构;第二类为交流端混合系统，此拓扑为由柔性直流输电系统与传统直流输电系统在交流侧连接得到;第三类为直流极混合系统，此拓扑是在一端换流器中同时含有LCC换流单元和VSC换流单元。根据拓扑结构的不同，三类混合系统应用场合各有侧重。总体而言，由于VSC可独立快速调节无功功率，实现交流电压支撑，改善交流系统强度，因此当VSC为送端换流器时，其可以为大规模可再生能源提供并网电压；当VSC为受端换流器时，其可以向弱交流系统甚至无源网络供电，并实现失电地区的黑启动；当VSC交流侧同时接入LCC换流器时，其可以为LCC提供无功支撑，改善LCC换相失败问题，提高系统可靠性。
[0006]现有技术中，在工程应用之前，需要对各种类型的换流系统进行系统性的试验。通常，对于特定的类型，需要搭建对于的试验系统进行试验。如果为了对三类换流系统都进行试验，则必须搭建三个试验系统，那么就需要大量的占地面积，而且成本也很高。
【发明内容】
[0007]本发明的目的是提供一种新型的混合直流输电试验系统，主要是其拓扑结构，用以解决搭建多个现有试验系统占地面积大、成本高的问题。
[0008]为实现上述目的，本发明的方案包括:
[0009]—种多功能混合直流输电试验系统，包括第一 VSC单元，第二 VSC单元，第一 LCC单元，第二 LCC单元和若干个直流切换开关;所述直流切换开关通过不同的开关状态使所述多功能混合直流输电试验系统形成单极LCC-VSC混合系统、单极VSC-LCC混合系统、LCC-VSC混合双极系统和LCC+VSC-VSC+LCC混合双极系统。
[0010]所述直流切换开关包括:第一LCC单元与第一 VSC单元连接形成单极运行的第一直流切换开关(QKl);第二LCC单元与第二VSC单元连接形成单极运行的第二直流切换开关(QK2);第二LCC单元与第二VSC单元反向连接形成单极运行的第三直流切换开关(QK3);用于第二VSC单元接地的第四直流切换开关(QK4);用于第二LCC单元接地的第五直流切换开关(QK5);用于第一VSC单元与第二VSC单元正端连接的第六直流切换开关(QK6);用于第一VSC单元与第二VSC单元负端连接的第七直流切换开关(QK7);用于第一LCC单元与第二LCC单元串联的第八直流切换开关(QK8)。
[0011]本发明还提供了一种多功能混合直流输电试验系统的试验方法，包括步骤:
[0012]I)实现单极LCC-VSC混合系统的步骤:第一 LCC单元、第一 VSC单元电源进线开关闭合，第一直流切换开关(QKl)闭合，其余开关均退出运行，第一 LCC单元，第一 VSC单元组成单极LCC-VSC混合系统；
[0013]第二LCC单元、第二 VSC单元电源进线开关闭合，第二直流切换开关(QK2)闭合，第五直流切换开关(QK5)闭合，其余开关均退出运行，第一LCC单元、第一VSC单元组成单极LCC-VSC混合系统；
[0014]2)实现单极VSC-LCC混合系统的步骤:第二 LCC单元、第二 VSC单元电源进线开关闭合，第三直流切换开关QK3闭合，第五直流切换开关(QK5)闭合，其余开关均退出运行时，第二 LCC单元、第二 VSC单元组成单极LCC-VSC混合系统；
[0015]3)实现LCC-VSC混合双极系统的步骤:第一 LCC单元、第一 VSC单元、第二 LCC单元、第二VSC单元电源进线开关闭合;第四、第五、第六、第七直流切换开关(QK4、QK5、QK6、QK7、QK8)闭合，其余开关均断开;正极送端第一LCC单元，正极受端是第二LCC单元，负极送端是第二 VSC单元，负极受端是第一 VSC单元；
[0016]4)实现LCC+VSC-VSC+LCC混合双极系统:第一LCC单元、第一VSC单元、第二LCC单元、第二 VSC单元电源进线开关闭合;第一、第三、第四直流切换开关(QK1、QK3、QK4)闭合，其它开关断开;送端正极是第一 LCC单元，送端负极是第二 VSC单元;受端正极是第一 VSC单元，受端负极是第二 LCC单元。
[0017]本发明提供了一种新型多功能混合直流输电试验系统拓扑结构，仅通过拓扑中开关的灵活组合便可以形成三类混合系统，通过一个试验系统实现三类混合系统的试验，从而可以节约工程占地面积，还能节约成本。
【附图说明】
[0018]图1是本发明实施例的试验系统拓扑。
【具体实施方式】
[0019]下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
[0020]混合直流输电技术结合了传统LCC-HVDC技术成熟、成本低、容量高的特点以及VSC-HVDC无换相失败，控制灵活，拓展性能强的优点，在满足系统输电的同时，能够有效改善目前常规直流输电受端换相失败等问题，在柔性直流尚不具备与常规直流相当的输电容量的现状下，是一种具备较高技术经济性的优化配置方案。
[0021 ]如图1的一种多功能混合直流输电试验系统，包括第一VSC单元，第二VSC单元，第一 LCC单元，第二 LCC单元和若干个直流切换开关;所述直流切换开关通过不同的开关状态使所述多功能混合直流输电试验系统形成单极LCC-VSC混合系统、单极VSC-LCC混合系统、LCC-VSC混合双极系统和LCC+VSC-VSC+LCC混合双极系统。
[0022]具体的，所述直流切换开关包括:第一LCC单元与第一VSC单元连接形成单极运行的第一直流切换开关(QKl);第二LCC单元与第二VSC单元连接形成单极运行的第二直流切换开关(QK2);第二LCC单元与第二VSC单元反向连接形成单极运行的第三直流切换开关(QK3);用于第二VSC单元接地的第四直流切换开关(QK4);用于第二LCC单元接地的第五直流切换开关(QK5);用于第一VSC单元与第二VSC单元正端连接的第六直流切换开关(QK6);用于第一VSC单元与第二VSC单元负端连接的第七直流切换开关(QK7);用于第一LCC单元与第二LCC单元串联的第八直流切换开关(QK8)。
[0023]本文所述的第一 VSC单元、第二 VSC单元为VSC-HVDC柔性直流输电换流器单元;第一LCC单元、第二LCC单元为LCC-HVDC晶闸管直流输电换流器单元。结合图1，第一VSC单元、第二 VSC单元、第一 LCC单元、第二 LCC单元分别写做IVSC、2VSC、ILCC、2LCC。
[0024]关于试验方法实施例，各类混合直流试验系统拓扑实现方式如下:
[0025]一，单极LCC-VSC混合试验系统实现方式:
[0026]I)图1中IQSl，1QS2闭合，QKl闭合；其余开关均退出运行时，1LCC，IVSC组成单极LCC-VSC混合系统；
[0027]2)图1中2QS1，2QS2电源进线开关闭合，QK2闭合，QK5闭合，其余开关均退出运行时，2LCC，2VSC组成单极LCC-VSC混合系统。
[0028]该模式下监控装置必须对上述转换开关的辅助触点进行监视，如果任意一个开关状态错误，监控装置必须拒绝解锁。
[0029]二，单极VSC-LCC混合试验系统实现方式:图1中2QS1，2QS2闭合，QK3闭合;QK5闭合;其余开关均退出运行时，2LCC，2VSC组成单极LCC-VSC混合系统。
[0030]该模式下监控装置必须对上述转换开关的辅助触点进行监视，如果任意一个开关状态错误，监控装置必须拒绝解锁。
[0031]三儿(:(^^(:混合双极试验系统实现方式:图1中1031、1032、2031、2032闭合;开关QK4、QK5、QK6、QK7、QK8闭合;其余开关均断开时，此模式组成LCC-VSC混合双极系统。此模式下，正极送端ILCC单元，正极受端是2LCC单元，负极送端是2VSC单元，负极受端是IVSC单元。
[0032]该模式下监控装置必须对上述转换开关的辅助触点进行监视，如果任意一个开关状态错误，监控装置必须拒绝解锁。
[0033]四，LCC+VSC-VSC+LCC混合双极试验系统实现方式:
[0034]图1中IQSl、1QS2、2QS1、2QS2闭合;直流切换开关QKl、QK4、QK3闭合，其它开关断开时，可实现LCC+VSC-VSC+LCC混合双极系统。
[0035]该模式送端的正极是1LCC，负极是2VSC;受端的正极是1VSC，负极是2LCC。
[0036]该模式下监控装置不允许受端的2LCC处于整流状态，否则拒绝解锁；
[0037]监控装置必须对上述转换开关的辅助触点进行监视，如果任意一个开关状态错误，监控装置必须拒绝解锁；
[0038]监控装置必须判断，在可能出现把2LCC设置成整流模式时，必须拒绝解锁。
[0039]以上给出了本发明涉及的【具体实施方式】，但本发明不局限于所描述的实施方式。在本发明给出的思路下，采用对本领域技术人员而言容易想到的方式对上述实施例中的技术手段进行变换、替换、修改，并且起到的作用与本发明中的相应技术手段基本相同、实现的发明目的也基本相同，这样形成的技术方案是对上述实施例进行微调形成的，这种技术方案仍落入本发明的保护范围内。
【主权项】
1.一种多功能混合直流输电试验系统，其特征在于，包括第一 VSC单元，第二 VSC单元，第一 LCC单元，第二 LCC单元和若干个直流切换开关； 所述直流切换开关通过不同的开关状态使所述多功能混合直流输电试验系统形成单极LCC-VSC混合系统、单极VSC-LCC混合系统、LCC-VSC混合双极系统和LCC+VSC-VSC+LCC混合双极系统。2.根据权利要求1所述的一种多功能混合直流输电试验系统，其特征在于，所述直流切换开关包括:第一LCC单元与第一VSC单元连接形成单极运行的第一直流切换开关(QKl); 第二 LCC单元与第二 VSC单元连接形成单极运行的第二直流切换开关(QK2); 第二 LCC单元与第二 VSC单元反向连接形成单极运行的第三直流切换开关(QK3); 用于第二VSC单元接地的第四直流切换开关(QK4); 用于第二LCC单元接地的第五直流切换开关(QK5); 用于第一 VSC单元与第二 VSC单元正端连接的第六直流切换开关(QK6); 用于第一 VSC单元与第二 VSC单元负端连接的第七直流切换开关(QK7); 用于第一 LCC单元与第二 LCC单元串联的第八直流切换开关(QK8)。3.如权利要求1所述的一种多功能混合直流输电试验系统的试验方法，其特征在于，包括步骤: 1)实现单极LCC-VSC混合系统的步骤:第一LCC单元、第一 VSC单元电源进线开关闭合，第一直流切换开关(QKl)闭合，其余开关均退出运行，第一 LCC单元，第一 VSC单元组成单极LCC-VSC混合系统； 第二 LCC单元、第二 VSC单元电源进线开关闭合，第二直流切换开关(QK2)闭合，第五直流切换开关(QK5)闭合，其余开关均退出运行，第一 LCC单元、第一 VSC单元组成单极LCC-VSC混合系统； 2)实现单极VSC-LCC混合系统的步骤:第二LCC单元、第二 VSC单元电源进线开关闭合，第三直流切换开关QK3闭合，第五直流切换开关(QK5)闭合，其余开关均退出运行时，第二LCC单元、第二 VSC单元组成单极LCC-VSC混合系统； 3)实现LCC-VSC混合双极系统的步骤:第一LCC单元、第一 VSC单元、第二 LCC单元、第二VSC单元电源进线开关闭合;第四、第五、第六、第七直流切换开关(QK4、QK5、QK6、QK7、QK8)闭合，其余开关均断开;正极送端第一LCC单元，正极受端是第二LCC单元，负极送端是第二VSC单元，负极受端是第一 VSC单元； 4)实现LCC+VSC-VSC+LCC混合双极系统:第一LCC单元、第一 VSC单元、第二 LCC单元、第二 VSC单元电源进线开关闭合;第一、第三、第四直流切换开关(QK1、QK3、QK4)闭合，其它开关断开;送端正极是第一 LCC单元，送端负极是第二 VSC单元;受端正极是第一 VSC单元，受端负极是第二 LCC单元。
【文档编号】G01R31/00GK105891630SQ201610202783
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年4月1日
【发明人】范彩云, 何青连, 付艳花, 洪波
【申请人】许继集团有限公司, 国家电网公司, 国网安徽省电力公司, 许继电气股份有限公司