[发明专利]一种电压源换流器单元拓扑结构及控制方法

说明书

本发明公开了一种电压源换流器单元拓扑结构，包括：相互串联的第一单元隔离刀闸(D1)、单元隔离开关(S1)、电压源换流器、第二单元隔离刀闸(D2)和连接导线，该串联回路的始端和末端分别作为该电压源换流器单元的第一直流端点(X1)和第二直流端点(X2)；单元旁路刀闸(D3)，其跨接于第一直流端点(X1)和第二直流端点(X2)之间；单元旁路开关(S2)，其跨接于第一单元隔离刀闸(D1)的近电压源换流器端(Y1)和第二单元隔离刀闸(D2)的近电压源换流器端(Y2)之间。本发明还公开了所述拓扑结构对应的控制方法。本发明实现了直流输电系统两个或两个以上换流器串联运行时单个电压源换流器的在线投入和退出。

技术领域

本发明属于直流输电技术领域，具体涉及一种电压源换流器单元拓扑结构及控制方法。

背景技术

高压直流输电系统可分为两种类型：基于晶闸管换流器的常规直流输电系统(LCC-HVDC)和基于全控型电压源换流器的柔性直流输电系统(VSC-HVDC)。常规直流输电系统成本低、损耗小、运行技术成熟，目前世界上正在运行的直流输电系统绝大部分都是LCC-HVDC系统，但常规直流输电系统存在逆变侧易发生换相失败、对交流系统的依赖性强、需吸收大量无功功率、换流站占地面积大等缺点；而新一代的柔性直流输电系统则具有能够实现有功功率及无功功率解耦控制、可以向无源网络供电、结构紧凑占地面积小、不存在换相失败问题等优点，但也存在成本较高的缺陷。因此，综合常规直流输电和柔性直流输电两者优点，一端换流站采用晶闸管换流器、另一端换流站采用电压源换流器的混合直流输电技术具有良好的工程应用前景。远期来看，随着电压源换流器所用全控器件价格的降低，两端换流站均采用电压源换流器的柔性直流输电技术也将会得到越来越广泛的应用。

为了满足远距离大容量的输电需求，常规直流输电工程采用两个或多个晶闸管换流器串联的技术以提升直流输电系统的直流电压等级和输送容量，目前国内已有多个晶闸管换流器串联型直流输电工程建成投运。对于一端换流站采用晶闸管换流器串联、另一端换流站采用电压源换流器串联的串联型混合直流输电技术以及两端均采用电压源换流器串联的串联型柔性直流输电技术目前尚处在研究阶段。

常见的双极直流输电系统由正、负两个直流极构成，如图3所示，每个直流极是包含送端站换流阀、受端站换流阀、直流输电线路及接地极的一个完整直流输电回路。

对于采用换流器串联技术的直流输电系统，对主回路拓扑结构和控制系统的要求是能够实现直流极运行过程中换流器的在线投入和在线退出，以满足直流极两个或两个以上换流器串联运行时的如下需求：1)单个换流器可以手动正常退出进行检修，检修完毕后可以投入继续运行；2)单个换流器发生故障时可以自动故障退出；3)单个换流器的在线投退不影响其他换流器的正常运行，上述需求可以保证串联型直流输电系统运行的灵活性和可靠性。目前晶闸管换流器串联型直流输电系统的拓扑结构及晶闸管换流器的投退方法均已成熟。

对于串联型混合直流输电系统以及串联型柔性直流输电系统，如仍采用晶闸管换流器串联型直流输电系统的拓扑结构进行电压源换流器的在线投退，由于电压源换流器存在电容储能元件，会引起电压源换流器出现类似直流侧正极、负极短路的严重故障，导致换流器投退失败，目前尚未见到可实现串联型直流输电系统中电压源换流器在线投退的拓扑结构和控制方法被提出，因此有必要结合电压源换流器的特点提供一种可实现电压源换流器在线投退的拓扑结构及控制方法，以满足串联型混合直流输电系统或串联型柔性直流输电系统的运行和维护需要。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术不足，提供一种电压源换流器单元拓扑结构控制方法，用于实现直流输电系统直流极两个或两个以上电压源换流器串联运行时单个电压源换流器的在线投入和在线退出，可以满足串联型混合直流输电系统或串联型柔性直流输电系统的运行和维护需要。