一种具备直流故障穿越能力的高压直流输电系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种具备直流故障穿越能力的高压直流输电系统，所述高压直流输电系统包括整流站、输电线路和逆变站，所述整流站和逆变站包括换流器，整流侧的所述换流器和逆变侧的所述换流器通过所述输电线路连接；整流侧的换流器包括电网换相换流器LCC；所述逆变侧的换流器包括串联的电压源换流器VSC和电网换相换流器LCC，所述电压源换流器VSC的正极与所述电网换相换流器LCC的负极相连。该系统不仅可切断直流故障和实现故障恢复，更具有直流故障穿越能力；运用在高压大容量远距离架空线路输电方法解决了架空线路直流故障问题，节省了采用电缆或全桥模块化多电平换流器FBMMC的投资成本，提高了逆变站LCC抵御换相失败的能力。
【专利说明】一种具备直流故障穿越能力的高压直流输电系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种输配电【技术领域】的装置，具体讲涉及一种具备直流故障穿越能力的高压直流输电系统。
【背景技术】
[0002]由于能源分布的禀赋特性，需要将大量的电能从能源储量丰富的西北地区输送到负荷较重的东部沿海地区，因而需要架设高电压、大容量线路进行远距离输电，实现西电东送的战略目标。
[0003]目前，电网换相换流器高压直流输电(line commutated converter based highvoltage direct current, LCC-HVDC)已成熟应用于大容量、远距离的输电工程。但是，由于LCC-HVDC采用晶闸管作为换流器件，存在需要具有一定强度的交流系统为其提供换相支撑，最大传输有功功率和电压稳定性受交流系统短路比限制等问题。
[0004]20世纪90年代以后，以全控型器件为基础的电压源换流器高压直流输电(voltage source converter based high voltage direct current, VSC-HVDC)得到 了 快速发展。目前VSC的结构有两电平结构、二极管箝位结构、模块化多电平换流器(modularmultilevel converter, MMC)结构等。MMC独特的优点使其成为目前工程应用中最有前景的拓扑结构。MMC 又包括全桥型 MMC (Fu 11-Bridge MMC, FBMMC)、半桥型 MMC (Ha If-BridgeMMC, FBMMC)、箝位双子模块MMC(clamping double sub-module MMC, CDMMC)等。VSC-HVDC 的系统特性，决定了其可以在一定程度上弥补LCC-HVDC的缺点。为了充分发挥LCC-HVDC与VSC-HVDC的优势，抵御LCC可能发生的换相失败问题，可采用结合LCC和VSC技术特点的混合直流输电拓扑结构。
[0005]目前，采用混合直流输电系统进行远距离大容量输电已成为研究和工程应用的热点问题。而高电压大容量远距离输电时，混合直流系统需采用架空线路，这就不可避免地带来了直流故障问题，而除了 FBMMC和CDMMC型的VSC换流器拓扑结构外，其它结构的VSC换流器均不能有效阻断直流故障电流。
[0006]现有可行的技术手段是采用直流电缆(降低直流故障发生概率)、采用全桥模块化多电平换流器(Full-BridgeModularMultilevel Converter,FBMMC,该拓扑结构具有直流故障穿越能力，但是成本将增加很多)、采用直流断路器(目前投资很高，且没有任何工程实用经验)。虽然利用FBMMC子模块可输出三种电平的特性，提高混合直流输电拓扑的故障穿越能力。但是FBMMC所需要的半导体器件较半桥MMC增多一倍，投资成本明显增加，因此严重制约了 FBMMC的工程应用，所以目前工程中VSC多采用HBMMC结构。
[0007]因此，提供一种经济有效、可提高LCC换相失败抵御能力、且具有直流故障穿越能力的高压大容量远距离架空输电系统尤为重要。
【发明内容】
[0008]为克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种具备直流故障穿越能力的高压直流输电系统。
[0009]实现上述目的所采用的解决方案为:
[0010]一种具备直流故障穿越能力的高压直流输电系统，所述高压直流输电系统包括整流站、输电线路和逆变站，所述整流站和逆变站包括换流器，整流侧的所述换流器和逆变侧的所述换流器通过所述输电线路连接；其改进之处在于:所述整流侧的换流器包括电网换相换流器LCC ;所述逆变侧的换流器包括串联的电压源换流器VSC和电网换相换流器LCC，所述电压源换流器VSC的正极与所述电网换相换流器LCC的负极相连。
[0011]进一步的，所述高压架空输电线路为用于输电线路的具有直流故障穿越能力的线路。
[0012]进一步的，发生直流故障时，所述逆变侧的电网换相换流器LCC等效为串联的晶闸管Dra和直流电压可变的可控电压源，电压为Utk ra ;所述逆变侧的电压源换流器VSC等效为电压源，电压为Udc vsc ；
[0013]所述逆变侧的电压源换流器VSC和电网换相换流器LCC组成混合串联拓扑结构阻断直流故障电流。
[0014]进一步的，直流故障发生时，所述电压源换流器VSC通过定直流电压控制方式使电压Udc vsc至额定值的90%至110%之间，所述逆变侧的电网换相换流器LCC的电压Udc wc变为负值，当所述逆变侧的电网换相换流器LCC的延迟触发角a OTd满足下式时，使所述逆变侧的电网换相换流器LCC的电压Udcarc的绝对值小于所述逆变侧的电压源换流器VSC的电压Udc vsc,实现逆变侧故障电流的快速阻断；
【权利要求】
1.一种具备直流故障穿越能力的高压直流输电系统，所述高压直流输电系统包括整流站、输电线路和逆变站，所述整流站和逆变站包括换流器，整流侧的所述换流器和逆变侧的所述换流器通过所述输电线路连接；其特征在于:所述整流侧的换流器包括电网换相换流器LCC ;所述逆变侧的换流器包括串联的电压源换流器VSC和电网换相换流器LCC，所述电压源换流器VSC的正极与所述电网换相换流器LCC的负极相连。
2.如权利要求1所述的高压直流输电系统，其特征在于:所述高压架空输电线路为用于输电线路的具有直流故障穿越能力的线路。
3.如权利要求1所述的高压直流输电系统，其特征在于:发生直流故障时，所述逆变侧的电网换相换流器LCC等效为串联的晶闸管1)砠和直流电压可变的可控电压源，电压为Ud。LCC ;所述逆变侧的电压源换流器VSC等效为电压源，电压为Udc vsc ； 所述逆变侧的电压源换流器VSC和电网换相换流器LCC组成混合串联拓扑结构阻断直流故障电流。
4.如权利要求1所述的高压直流输电系统，其特征在于:直流故障发生时，所述电压源换流器VSC通过定直流电压控制方式使电压Udc vsc至额定值的90 %至110 %之间，所述逆变侧的电网换相换流器LCC的电压Udc—LCC变为负值，当所述逆变侧的电网换相换流器LCC的延迟触发角a ord满足下式时，使所述逆变侧的电网换相换流器LCC的电压Utk ra的绝对值小于所述逆变侧的电压源换流器VSC的电压Udcasc，实现逆变侧故障电流的快速阻断；
5.如权利要求1所述的高压直流输电系统，其特征在于:所述直流故障发生时，所述电压源换流器VSC通过定直流电压控制方式使电压Udc vsc至额定值，所述电压源换流器VSC始终处于“热备用”状态，故障消除后无需重新为所述电压源换流器VSC充电，提高故障恢复的速度； 通过控制系统控制所述逆变侧的电网换相换流器LCC的直流电压和所述整流侧的电网换相换流器LCC的直流电流升至额定值，实现所述高压直流输电系统的快速恢复。
6.如权利要求1所述的高压直流输电系统，其特征在于:所述输电线路为高压大容量远距离输电的高压直流输电线路。
7.如权利要求1所述的高压直流输电系统，其特征在于:所述电压源换流器VSC可采用两电平结构、HB丽C、FB丽C或⑶丽C结构。
8.如权利要求1所述的高压直流输电系统，其特征在于:所述整流站采用LCC结构或双极LCC共同接地结构； 若采用双极LCC结构，则一极采用单极LCC-HVDC结构；另一极的整流站采用LCC结构，逆变站采用LCC和VSC串联结构。
【文档编号】H02J3/36GK103997033SQ201410222344
【公开日】2014年8月20日 申请日期:2014年5月23日 优先权日:2014年5月23日
【发明者】郭春义, 赵成勇, 彭茂兰, 刘羽超, 许建中 申请人:华北电力大学