一種可實現(xiàn)功率反送的混合直流輸電系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種混合直流輸電系統(tǒng)，具體講涉及一種可實現(xiàn)功率反送的混合直流輸電系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]直流輸電技術(shù)分為常規(guī)直流與柔性直流兩種類型，每種類型的直流輸電系統(tǒng)均可功率反送，但功率反送的原理并不相同。由于晶閘管電流單向流通，所以常規(guī)直流功率反送只能通過改變直流電壓極性的方法來實現(xiàn)；而柔性直流由于換流閥可以雙向流動，所以直流電壓極性可以維持不變，僅通過改變直流電流方向就可以實現(xiàn)功率反送。
[0003]由電流源型換流器與電壓源型換流器共同組成的混合直流輸電系統(tǒng)，具有常規(guī)直流與柔性直流的技術(shù)特點與優(yōu)勢。電壓源型換流器主要包括兩電平、半橋子模塊換流器和全橋子模塊換流器，全橋子模塊換流器可以改變直流電壓極性，但是所需全控型電力電子器件是半橋子模塊換流器的2倍，造價太高，一般不單獨應(yīng)用于直流輸電。因此混合直流輸電系統(tǒng)的電壓源型換流器主要采用兩電平或者半橋子模塊換流器。
[0004]由于兩電平或者半橋子模塊換流器的電壓極性不能改變，混合直流輸電系統(tǒng)的電流源型換流器的直流電流方向也不能改變，因此這種混合直流輸電系統(tǒng)在需要功率反送時，會出現(xiàn)矛盾，一般不具備功率反送的能力，只適用于能源基地功率單向送出等工程。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明針對目前混合直流輸電系統(tǒng)無法實現(xiàn)功率反送的缺點與不足，提供一種可實現(xiàn)功率反送的混合直流輸電系統(tǒng)，通過在采用兩電平或者半橋子模塊換流器的混合直流輸電系統(tǒng)的直流母線上安裝功率反送轉(zhuǎn)換開關(guān)，使混合直流輸電系統(tǒng)具備功率反送的功會K。
[0006]本發(fā)明提供的技術(shù)方案是:一種可實現(xiàn)功率反送的混合直流輸電系統(tǒng)，所述混合直流輸電系統(tǒng)包括整流側(cè)的電流源型換流器和逆變側(cè)的電壓源型換流器，所述電流源型換流器和所述電壓源型換流器對應(yīng)的直流母線的正負(fù)極兩端分別串聯(lián)有極隔離開關(guān)L8、L9和極隔離開關(guān)Y8、Y9 ;所述極隔離開關(guān)L8和Y8、以及所述隔離開關(guān)L9和Y9分別通過直流輸電線路連接；其改進(jìn)之處在于:所述極隔離開關(guān)L8和L9之間交叉并聯(lián)有功率反送轉(zhuǎn)換開關(guān)LlO和LI I，使得所述極隔離開關(guān)L8的兩端分別與所述功率反送轉(zhuǎn)換開關(guān)LlO的一端和所述功率反送轉(zhuǎn)換開關(guān)LI I的一端連接、所述極隔離開關(guān)L9的兩端分別與所述功率反送轉(zhuǎn)換開關(guān)LlO的另一端和所述功率反送轉(zhuǎn)換開關(guān)Lll的另一端連接。
[0007]優(yōu)選的，所述電流源型換流器包括:
[0008]換流變壓器A:其一側(cè)繞組通過進(jìn)線開關(guān)與交流系統(tǒng)A連接，另一側(cè)繞組與晶閘管換流器相連，當(dāng)所述混合直流輸電系統(tǒng)功率正送時，用于將交流系統(tǒng)A提供的三相交流電進(jìn)行電壓等級變換；當(dāng)所述混合直流輸電系統(tǒng)功率反送時，用于將晶閘管換流器輸出的三相交流電進(jìn)行電壓等級變換；
[0009]晶閘管換流器:當(dāng)所述混合直流輸電系統(tǒng)功率正送時，用于將電壓等級變換后的三相交流電轉(zhuǎn)化為直流電；當(dāng)所述混合直流輸電系統(tǒng)功率反送時，晶閘管換流器轉(zhuǎn)為逆變狀態(tài)運行，用于將直流母線側(cè)的直流電轉(zhuǎn)化為三相交流電；
[0010]平波電抗器:分別串聯(lián)在所述電流源型換流器對應(yīng)的直流母線的正負(fù)極兩端，用于平抑直流電中的波紋；
[0011]直流濾波器:并聯(lián)在所述電流源型換流器對應(yīng)的直流母線的正負(fù)極之間，用于濾除直流電流的12k低次諧波，其中k = 1，2，3…N，N為整數(shù)；
[0012]交流濾波器:并聯(lián)在交流系統(tǒng)A的進(jìn)站高壓三相母線上，用于濾除交流電流的12k±l低次諧波，其中k = 1，2，3…N，N為整數(shù)。
[0013]優(yōu)選的，所述電壓源型換流器包括:
[0014]換流變壓器B:其一側(cè)繞組通過進(jìn)線開關(guān)與交流系統(tǒng)B連接，另一側(cè)繞組通過換相電抗器與多電平換流器連接；當(dāng)所述混合直流輸電系統(tǒng)功率正送時，用于將所述多電平換流器輸出的三相交流電進(jìn)行電壓等級變換，當(dāng)所述混合直流輸電系統(tǒng)功率正送時，用于將交流系統(tǒng)B提供的三相交流電進(jìn)行電壓等級變換；
[0015]換相電抗器:接于多電平換流器與換流變壓器B之間，是多電平換流器與換流變壓器B之間的功率傳輸紐帶，其兩端的相角差決定了傳輸有功功率的多少，此外還用于抑制故障電流的上升速率；
[0016]多電平換流器:當(dāng)所述混合直流輸電系統(tǒng)功率正送時，用于將所述電流源型換流器輸出的直流電轉(zhuǎn)換為三相交流電；當(dāng)所述混合直流輸電系統(tǒng)功率反送時，多電平換流器轉(zhuǎn)為整流狀態(tài)運行，用于將交流系統(tǒng)B提供的三相交流電轉(zhuǎn)化為直流電；
[0017]高頻交流濾波器:接于換相電抗器和換流變壓器B之間，用于濾除交流電流中的高低次諧波，諧波次數(shù)與開關(guān)頻率或者換流器電平數(shù)有關(guān)；
[0018]直流電容:接于電壓源型換流器對應(yīng)的直流母線的正負(fù)極之間，用于維持直流電壓的穩(wěn)定。
[0019]進(jìn)一步，所述晶閘管換流器為十二脈動橋式晶閘管換流器，不能改變直流電流方向。
[0020]進(jìn)一步，所述多電平換流器為兩電平電壓源型換流器或半橋子模塊結(jié)構(gòu)電壓源型換流器，不能改變電壓極性。
[0021]優(yōu)選的，所述混合直流輸電系統(tǒng)通過如下步驟實現(xiàn)功率反送:
[0022]SI，閉鎖晶閘管換流器，使直流傳輸有功功率降為零，拉開電流源型換流器側(cè)進(jìn)線開關(guān)，此時多電平換流器仍繼續(xù)運行，運行于定直流電壓方式，即直流電容電壓維持不變；
[0023]S2，閉鎖電壓源型換流器，拉開電壓源型換流器側(cè)進(jìn)線開關(guān)；檢測直流電容電壓，等待其降為零；
[0024]S3，斷開極隔尚開關(guān)L8和L9 ；
[0025]S4，閉合功率反送轉(zhuǎn)換開關(guān)LlO和Lll ;
[0026]S5，合上電壓源型換流器側(cè)進(jìn)線開關(guān)，解鎖多電平換流器，使其運行于定直流電壓方式，直到直流電容電壓達(dá)到額定值；
[0027]S6，合上電流源型換流器側(cè)進(jìn)線開關(guān)，解鎖晶閘管換流器，逐步使有功功率達(dá)到給定值。
[0028]進(jìn)一步，所述極隔離開關(guān)L8和L9與所述功率反送轉(zhuǎn)換開關(guān)LlO和Lll連鎖運行，以防止所述極隔離開關(guān)L8和L9與所述功率反送轉(zhuǎn)換開關(guān)LlO和Lll同時處于合位。
[0029]進(jìn)一步，當(dāng)所述混合直流輸電系統(tǒng)正常工作時，所述電流源型換流器將交流系統(tǒng)A提供的交流電轉(zhuǎn)換為直流電，并通過所述電壓源型換流器將直流電轉(zhuǎn)換為交流電后輸送給交流系統(tǒng)B ;
[0030]當(dāng)所述混合直流輸電系統(tǒng)實現(xiàn)功率反送時，所述電壓源型換流器將交流系統(tǒng)B提供的交流電轉(zhuǎn)換為直流電，并通過所述電流源型換流器將直流電轉(zhuǎn)化為交流電后輸送給交流系統(tǒng)A。
[0031]進(jìn)一步，所述兩電平電壓源型換流器包括三相六橋臂，每個橋臂包括絕緣柵雙極型晶體管IGBT以及并聯(lián)在所述絕緣柵雙極型晶體管IGBT的發(fā)射極和集電極之間的二極管和壓敏電阻，所述絕緣柵雙極型晶體管IGBT的柵極接收外部設(shè)備提供的控制信號。
[0032]進(jìn)一步，所述半橋子模塊結(jié)構(gòu)電壓源型換流器包括三相六橋臂，每個橋臂包括依次串聯(lián)的半橋子模塊，所述半橋子模塊包含兩個串聯(lián)的絕緣柵雙極型晶體管IGBT、與所述兩個串聯(lián)的絕緣柵雙極型晶體管IGBT并聯(lián)的直流電容、以及分別并聯(lián)在所述絕緣柵雙極型晶體管IGBT的發(fā)射極和集電極之間的二極管，所述絕緣柵雙極型晶體管IGBT的柵極接收外部設(shè)備提供的控制信號。
[0033]與最接近的技術(shù)方案相比，本發(fā)明具有如下顯著進(jìn)步:
[0034]I)本發(fā)明提供的混合直流輸電系統(tǒng)采用兩電平或半橋子模塊換流器結(jié)構(gòu)的電壓源型換流器，與采用價格高昂的全橋子模塊換流器相比，降低了混合直流輸電系統(tǒng)的建造成本。
[0035]2)本發(fā)明提供的混合直流輸電系統(tǒng)操作控制簡單，只需要將系統(tǒng)停運后斷開極隔離開關(guān)，并閉合功率反送轉(zhuǎn)換開關(guān)即可實現(xiàn)混合直流輸電系統(tǒng)的功率反送，不需要改變系統(tǒng)絕緣配合水平，極大地擴(kuò)展了混合直流輸電系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域，提供了系統(tǒng)運行方式的靈活性。
【附圖說明】
[0036]圖1為采用兩電平電壓源型換流器的混合直流輸電系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0037]圖2為十二脈動橋式晶閘管換流器的電路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0038]圖3為半橋子模塊結(jié)構(gòu)電壓源型換流器的電路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0039]圖4為混合直流輸電系統(tǒng)正常運行時功率正送啟動過程的仿真結(jié)果圖；
[0040]圖5為混合直流輸電系統(tǒng)功率反送時的仿真結(jié)果圖；
[0041]其中:L1:交流系統(tǒng)A ;L2:進(jìn)線開關(guān)A ;L3:交流濾波器；L4:換流變壓器A ;L5:晶閘管換流器；L6:平波電抗器；L7:直流濾波器；L8:極隔離開關(guān)A ;L9:極