本發(fā)明專利技術(shù)提出了一種基于模塊化多電平換流器的HVDC兼UPFC系統(tǒng)，包括換流裝置(1、2、11)、接地電路(3、12)和直流輸電線(13)；換流裝置(1)與換流裝置(2)構(gòu)成UPFC，換流裝置(1)與換流裝置(11)構(gòu)成HVDC。本發(fā)明專利技術(shù)的HVDC和UPFC共用一個(gè)換流裝置，節(jié)省了工程建設(shè)成本與投資，提高了設(shè)備的利用率，便于集中管理與控制。換流裝置使用模塊化多電平換流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，規(guī)避了器件串聯(lián)的技術(shù)難點(diǎn)，具有便于分相控制和模塊化設(shè)計(jì)，通過冗余技術(shù)可旁路故障單元，提高裝置運(yùn)行可靠性，且器件開關(guān)頻率較低，裝置運(yùn)行損耗較小。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及電力電子領(lǐng)域，具體涉及一種基于模塊化多電平換流器的HVDC兼UPFC系統(tǒng)。
技術(shù)介紹
在分布式發(fā)電、可再生能源、智能電網(wǎng)技術(shù)迅速發(fā)展的新形勢(shì)下，柔性直流輸電技術(shù)為彌補(bǔ)傳統(tǒng)高壓直流輸電技術(shù)的不足提供了新的途徑。傳統(tǒng)的采用半控器件晶閘管的高壓直流輸電，交流側(cè)需要無功補(bǔ)償裝置，逆變側(cè)需要非常強(qiáng)大的電源進(jìn)行有源逆變，否則會(huì)產(chǎn)生換相失敗。柔性直流輸電采用基于可關(guān)斷器件的電壓源換流器，具有關(guān)斷電流的能力，應(yīng)用PWM技術(shù)進(jìn)行無源逆變，對(duì)受端系統(tǒng)容量沒有要求，解決了傳統(tǒng)直流輸電向無源負(fù)荷點(diǎn)送電的難題；能夠獨(dú)立控制有功、無功等，具有良好的控制靈活性；潮流反轉(zhuǎn)時(shí)，直流電流方向反轉(zhuǎn)而直流電壓極性不變，方便構(gòu)成直流多端系統(tǒng)。柔性直流輸電裝置采用基于可關(guān)斷器件的電壓源換流器，具有關(guān)斷電流的能力，應(yīng)用PWM技術(shù)進(jìn)行無源逆變，對(duì)受端系統(tǒng)容量沒有要求，解決了傳統(tǒng)直流輸電向無源負(fù)荷點(diǎn)送電的難題；能夠獨(dú)立控制有功、無功等，具有良好的控制靈活性。其主電路拓?fù)洳捎脙蓚€(gè)電壓源換流器(VSC)直流側(cè)并聯(lián)的方式，其中一臺(tái)換流器交流側(cè)直接或通過變壓器與系統(tǒng)并聯(lián)，直流側(cè)連接輸電線，到達(dá)輸電目的地后，另一臺(tái)換流器交流側(cè)直接或通過變壓器與目的地的系統(tǒng)并聯(lián)。統(tǒng)一潮流控制器(UPFC)是迄今為止通用性最好的FACTS裝置，僅通過控制規(guī)律的改變，就能分別或同時(shí)實(shí)現(xiàn)并聯(lián)補(bǔ)償、串聯(lián)補(bǔ)償和移相等幾種不同的功能。UPFC裝置可以看作是一臺(tái)靜止同步補(bǔ)償器(STATC0M)裝置與一臺(tái)靜止同步串聯(lián)補(bǔ)償器(SSSC)裝置在直流側(cè)并聯(lián)構(gòu)成，它可以同時(shí)并快速、獨(dú)立控制輸電線路中的有功功率和無功功率，從而使得UPFC擁有STATCOM、SSSC裝置都不具備的四象限運(yùn)行功能。UPFC裝置主電路拓?fù)洳捎脙蓚€(gè)基于MMC結(jié)構(gòu)的電壓源換流器(VSC)直流側(cè)并聯(lián)的方式，其中一臺(tái)換流器交流側(cè)直接或通過變壓器與系統(tǒng)并聯(lián)，另一臺(tái)換流器交流側(cè)通過變壓器與系統(tǒng)串聯(lián)。由于采用了可關(guān)斷器件控制，使得并聯(lián)換流器和串連換流器的輸出電壓可單獨(dú)控制。每一個(gè)換流器在交流輸出端，都能獨(dú)立吸收或供給無功功率及有功功率。柔性直流輸電和UPFC中，電壓源換流器(VSC)通常采用二電平或三電平結(jié)構(gòu)。大容量柔性直流輸電和UPFC中，VSC需要采取可關(guān)斷電力電子器件(典型器件如絕緣柵雙極型晶體管IGBT)串聯(lián)的方式提高裝置的耐壓能力。可關(guān)斷器件IGBT串聯(lián)的技術(shù)難點(diǎn)主要表現(xiàn)在受技術(shù)壟斷的影響，具有自身限制短路電流特性的IGBT器件難以采購，IGBT串聯(lián)均壓的控制技術(shù)在理論上研究的不夠深入。為降低裝置輸出諧波，需要采用較高的開關(guān)頻率，因而裝置運(yùn)行損耗較大。這些限制了大容量柔性直流輸電和UPFC的應(yīng)用。模塊化多電平換流器(MMC)是采用多個(gè)子模塊串聯(lián)的一種新型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其各相橋臂分為上橋臂和下橋臂，上下橋臂分別由N個(gè)相同的子模塊和一個(gè)交流電抗器依次串聯(lián)構(gòu)成。每個(gè)子模塊由兩個(gè)絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)及其反并聯(lián)二極管組成的半橋結(jié)構(gòu)和并聯(lián)的電容構(gòu)成。每個(gè)子模塊都是一個(gè)兩端器件，它可以同時(shí)在兩種電流方向的情況下進(jìn)行全模塊電壓和零模塊電壓之間的切換。MMC避免了器件串聯(lián)的技術(shù)難點(diǎn)，輸出波形為多電平，有效降低了開關(guān)器件的物理開關(guān)頻率和開關(guān)損耗；MMC所特有的模塊化結(jié)構(gòu)使其設(shè)計(jì)靈活，利于批量生產(chǎn)；便于分相控制和模塊化設(shè)計(jì)，通過冗余技術(shù)可旁路故障單元，進(jìn)而提高裝置運(yùn)行可靠性；器件開關(guān)頻率較低，裝置運(yùn)行損耗較小。基于以上特點(diǎn)，模塊化多電平換流器十分適合在柔性直流輸電系統(tǒng)和統(tǒng)一潮流控制器(UPFC)中使用，在高壓大功率應(yīng)用中的優(yōu)勢(shì)尤為明顯，將是下一代多電平變換器的主流拓?fù)渲弧Ｍǔ５膶?shí)際工程中，柔性直流輸電裝置和UPFC往往是獨(dú)立建設(shè)與運(yùn)行的，這造成了重復(fù)投資建設(shè)、成本高、設(shè)備利用率低、管理與控制不集中等問題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本專利技術(shù)提供一種基于模塊化多電平換流器的柔性直流輸電HVDC兼統(tǒng)一潮流控制器UPFC系統(tǒng)，利用電壓源換流器直流電壓極性不變，方便構(gòu)成直流多端系統(tǒng)的特點(diǎn)，柔性直流輸電和UPFC共用一個(gè)換流裝置，節(jié)省了工程建設(shè)成本與投資，提高了設(shè)備的利用率，便于集中管理與控制。本專利技術(shù)提供的一種基于模塊化多電平換流器的HVDC兼UPFC系統(tǒng)，包括換流裝置1、換流裝置2、換流裝置11、接地電路3、接地電路12和直流輸電線13 ;所述換流裝置I包括變壓器7、啟動(dòng)電路5和換流器6 ;其改進(jìn)之處在于，所述變壓器7原邊并聯(lián)接入電網(wǎng)，所述變壓器7副邊依次與所述啟動(dòng)電路5和所述換流器6串聯(lián)；所述換流器6兩端并聯(lián)接地電路3后，分成至少兩條支路，支路一為接地電路3兩端連接所述換流裝置2后與所述電網(wǎng)連接，構(gòu)成一組統(tǒng)一潮流控制器UPFC ;支路二為接地電路3兩端通過所述直流輸電線13與所述換流裝置11連接后與電網(wǎng)連接，構(gòu)成一組柔性直流輸電HVDC ;所述直流輸電線13與所述換流裝置11之間并聯(lián)接地電路12。所述變壓器7原邊中性點(diǎn)接地。其中，所述換流裝置11包括啟動(dòng)電路14和換流器15 ;所述啟動(dòng)電路14串聯(lián)在電網(wǎng)和所述換流器15之間。優(yōu)選的，所述換流裝置11還可以包括變壓器16，設(shè)置在所述啟動(dòng)電路14和所述電網(wǎng)之間，用于系統(tǒng)電壓與換流器15電壓的匹配；所述變壓器16原邊與所述電網(wǎng)并聯(lián)，其副邊與所述啟動(dòng)電路14連接。所述變壓器16原邊中性點(diǎn)接地。其中，所述換流裝置2包括變壓器10、啟動(dòng)電路8和換流器9 ;所述變壓器10原邊串聯(lián)在所述電網(wǎng)和負(fù)載之間，所述變壓器10副邊依次與所述啟動(dòng)電路5和所述換流器6串聯(lián)。其中，所述接地電路3和12均為接地電容或接地電阻，用于防止電位懸浮，固定系統(tǒng)電位；所述接地電容的中性點(diǎn)接地；所述接地電阻的中性點(diǎn)接地。其中，當(dāng)所述接地電路3和12均為所述接地電容時(shí)，所述換流器6由3相六個(gè)橋臂構(gòu)成，每個(gè)橋臂包括I個(gè)電抗器和Q個(gè)結(jié)構(gòu)相同的子模塊；每個(gè)橋臂的子模塊級(jí)聯(lián)后一端通過電抗器與所述啟動(dòng)電路5連接；另一端與另兩個(gè)橋臂的級(jí)聯(lián)的子模塊一端連接。其中，當(dāng)所述接地電路3和12均為所述接地電容時(shí)，所述換流器9由3相六個(gè)橋臂構(gòu)成，每個(gè)橋臂包括I個(gè)電抗器和W個(gè)結(jié)構(gòu)相同的子模塊；每個(gè)橋臂的子模塊級(jí)聯(lián)后一端通過電抗器與所述啟動(dòng)電路8連接；另一端與另兩個(gè)橋臂的級(jí)聯(lián)的子模塊一端連接。其中，當(dāng)所述接地電路3和12均為所述接地電容時(shí)，所述換流器15由3相六個(gè)橋臂構(gòu)成，每個(gè)橋臂包括I個(gè)電抗器和R個(gè)結(jié)構(gòu)相同的子模塊；每個(gè)橋臂的子模塊級(jí)聯(lián)后一端通過電抗器與所述啟動(dòng)電路14連接；另一端與另兩個(gè)橋臂的級(jí)聯(lián)的子模塊一端連接。其中，當(dāng)所述接地電路3和12均為所述接地電阻時(shí)，所述換流器6由3相六個(gè)橋臂構(gòu)成，每個(gè)橋臂包括I個(gè)電抗器和N個(gè)結(jié)構(gòu)相同的子模塊；每個(gè)橋臂的子模塊級(jí)聯(lián)后一端與所述啟動(dòng)電路5連接，另一端串聯(lián)電抗器后與另兩個(gè)橋臂的電抗器連接。其中，當(dāng)所述接地電路3和12均為所述接地電阻時(shí)，所述換流器9由3相六個(gè)橋臂構(gòu)成，每個(gè)橋臂包括I個(gè)電抗器和M個(gè)結(jié)構(gòu)相同的子模塊；每個(gè)橋臂的子模塊級(jí)聯(lián)后一端與所述啟動(dòng)電路8連接，另一端串聯(lián)電抗器后與另兩個(gè)橋臂的電抗器連接。其中，當(dāng)所述接地電路3和12均為所述接地電阻時(shí)，所述換流器15由3相六個(gè)橋臂構(gòu)成，每個(gè)橋臂包括I個(gè)電抗器和P個(gè)結(jié)構(gòu)相同的子模塊；每個(gè)橋臂的子模塊級(jí)聯(lián)后一端與所述啟動(dòng)電路14連接，另一端串聯(lián)電抗器后與另兩個(gè)本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種基于模塊化多電平換流器的HVDC兼UPFC系統(tǒng)，包括換流裝置(1、2、11)、接地電路(3、12)和直流輸電線(13)；所述換流裝置(1)包括變壓器(7)、啟動(dòng)電路(5)和換流器(6)；其特征在于，所述變壓器(7)原邊并聯(lián)接入電網(wǎng)，所述變壓器(7)副邊依次與所述啟動(dòng)電路(5)和所述換流器(6)串聯(lián)；所述換流器(6)兩端并聯(lián)接地電路(3)后，分成至少兩條支路，支路一為接地電路(3)兩端連接所述換流裝置(2)后與所述電網(wǎng)連接，構(gòu)成一組統(tǒng)一潮流控制器UPFC；支路二為接地電路(3)兩端通過所述直流輸電線(13)與所述換流裝置(11)連接后與電網(wǎng)連接，構(gòu)成一組柔性直流輸電HVDC；所述直流輸電線(13)與所述換流裝置(11)之間并聯(lián)接地電路(12)。
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：王軒，趙剛，劉慧文，閆殳裔，宋曉通，劉雋，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：中電普瑞科技有限公司，上海市電力公司，國(guó)家電網(wǎng)公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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