[发明专利]一种基于三电平电压源换流器的HVDC兼UPFC系统

说明书

技术领域

本发明涉及电力电子领域，具体涉及一种基于三电平电压源换流器的HVDC兼UPFC系统。

背景技术

在分布式发电、可再生能源、智能电网技术迅速发展的新形势下，柔性直流输电技术为弥补传统高压直流输电技术的不足提供了新的途径。传统的采用半控器件晶闸管的高压直流输电，交流侧需要无功补偿装置，逆变侧需要非常强大的电源进行有源逆变，否则会产生换相失败。柔性直流输电采用基于可关断器件的电压源换流器，具有关断电流的能力，应用PWM技术进行无源逆变，对受端系统容量没有要求，解决了传统直流输电向无源负荷点送电的难题；能够独立控制有功、无功等，具有良好的控制灵活性；潮流反转时，直流电流方向反转而直流电压极性不变，方便构成直流多端系统。

柔性直流输电装置采用基于可关断器件的电压源换流器，具有关断电流的能力，应用PWM技术进行无源逆变，对受端系统容量没有要求，解决了传统直流输电向无源负荷点送电的难题；能够独立控制有功、无功等，具有良好的控制灵活性。其主电路拓扑采用两个电压源换流器(VSC)直流侧并联的方式，其中一台换流器交流侧直接或通过变压器与系统并联，直流侧连接输电线，到达输电目的地后，另一台换流器交流侧直接或通过变压器与目的地的系统并联。

统一潮流控制器(UPFC)是迄今为止通用性最好的FACTS装置，仅通过控制规律的改变，就能分别或同时实现并联补偿、串联补偿和移相等几种不同的功能。UPFC装置可以看作是一台静止同步补偿器(STATCOM)装置与一台静止同步串联补偿器(SSSC)装置在直流侧并联构成，它可以同时并快速、独立控制输电线路中的有功功率和无功功率，从而使得UPFC拥有STATCOM、SSSC装置都不具备的四象限运行功能。

UPFC装置主电路拓扑采用两个电压源换流器(VSC)直流侧并联的方式，其中一台换流器交流侧直接或通过变压器与系统并联，另一台换流器交流侧通过变压器与系统串联。由于采用了可关断器件控制，使得并联换流器和串连换流器的输出电压可单独控制。每一个换流器在交流输出端，都能独立吸收或供给无功功率及有功功率。

柔性直流输电和UPFC使用的电压源换流器通常采用二电平和三电平两种拓扑结构。二电平拓扑结构的不足之处在于，当其应用于高压场合时，需要用高反压的功率开关管或将多个功率开关管串联使用。此外，由于VSC交流侧输出电压总在二电平上切换，当开关频率不高时，将导致谐波含量相对较大。三电平VSC拓扑结构中以多个功率开关串联使用，并采用二极管钳位以获得交流输出电压的三电平调制。三电平VSC在提高耐压等级的同时有效地降低了交流谐波电压、电流，从而改善了其网侧波形品质。

通常的实际工程中，柔性直流输电装置和UPFC往往是独立建设与运行的，这造成了重复投资建设、成本高、设备利用率低、管理与控制不集中等问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种基于三电平电压源换流器的HVDC兼UPFC系统，利用电压源换流器直流电压极性不变，方便构成直流多端系统的特点，柔性直流输电HVDC和统一潮流控制器UPFC共用一个换流装置，节省了工程建设成本与投资，提高了设备利用率，便于集中管理与控制，并且可改善其网侧波形品质。

本发明提供的一种基于三电平电压源换流器的HVDC兼UPFC系统，包括换流装置1、换流装置2、换流装置11、接地电路3、接地电路12、开关4和直流输电线13；所述换流装置1包括变压器7和换流器6；其改进之处在于，

所述变压器7原边并联接入电网且接地，所述变压器7副边与所述换流器6串联；所述换流器6两端并联接地电路3后，分成至少两条支路，支路一为接地电路3两端连接所述换流装置2后与所述电网连接，构成一组统一潮流控制器UPFC；支路二为接地电路3两端通过所述直流输电线13与所述换流装置11连接后与电网连接，构成一组柔性直流输电HVDC；所述直流输电线13与所述换流装置11之间并联接地电容12；所述开关4与所述换流装置(2)并联。

其中，所述换流装置1包括启动电路5；所述启动电路5串联在所述变压器7副边和所述换流器6之间。

其中，所述换流装置11包括换流器15；所述换流器15串联在电网和所述接地电路12之间。优选的，所述换流装置11还可以包括启动电路14，串联在所述电网和所述换流器15之间。优选的，所述换流装置11还可以包括变压器16，设置在所述启动电路14和所述电网之间，用于系统电压与换流器15电压的匹配；所述变压器16原边与所述电网并联且接地，其副边与所述启动电路14连接。