[发明专利]变频柔性调谐装置、半波长交流输电系统及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及半波长交流输电技术领域，具体涉及一种变频柔性调谐装置、半波长交流输电系统及其控制方法。

背景技术

光伏和风电等技术的发展促进了资源条件即使不是最好地区的集约式大规模开发，从而使得超远距离、大功率电能的输送及其实施具有广泛的意义和实用价值。

半波长交流输电(Half Wavelength AC Transmission，HWACT)是指输电的电气距离接近1个工频半波长，即3000km(50Hz)或2600km(60Hz)的超远距离的三相交流输电。无损情况下的半波长交流线路就像一台变比为-1.0的理想变压器，首端电压和末端电压大小相同、相位相反。随着超远距离、大功率传输需求的不断增加，半波长交流输电技术尤其是特高压半波长交流输电再次受到众多关注和研究。半波长交流输电技术的优点之一是半波长交流输电线路的功率因数相对较高，且在输电距离等于或稍大于半波长的情况下，其结构比现有的超远距离交、直流输电系统都更为简单；再者，对于发展中国家而言，交流输电设备的制造比换流装置的引进、运行和维护更为简单、经济。

中国的西部能源基地(如新疆煤电)与东部负荷中心(如珠三角)之间距离有些可达3000km，且输电容量巨大。未来还可能开发与中国毗邻的俄罗斯、蒙古等国的电力能源，并向中国、朝鲜等国输送，输电距离也在3000km以上。这种特殊需要的超远距离送电，使得特高压半波长交流输电技术有望成为中国未来可能的输电方式之一。目前，巴西、加拿大等幅员辽阔的国家也在推进半波长交流输电技术的研究，以应对日渐迫切的超远距离、大容量输电需求。因此，半波长交流输电的应用前景非常广阔。

半波长交流输电受客观条件的限制，实际线路的自然长度难以正好是半个波长。当线路长度不足或过长时，需要使用调谐电路或补偿电路对输电线路的电气长度进行人工补偿，以达到人造半波长交流输电线路的目的。目前，现有的半波长交流输电补偿方案是基于无源型网络进行输电线路调谐的，如附图1所示的π型调谐电路/装置，附图2所示的T型调谐电路/装置。这两种调谐方案在一定程度上影响了半波长交流输电技术的发展和应用。这是因为：

(1)无源调谐电路对系统结构、运行方式或参数变化的适应性相对较差，容易失去半波长特性；

(2)无源调谐电路功能较为单一，只解决调谐问题，无法适应电网灵活化、智能化的发展要求；

(3)无源调谐电路或半波长交流输电线路发生短路故障时，易引发谐振，产生幅值很高的过电压，这要求线路和设备提高相应的绝缘要求，或者要求安装相应的过电压限制措施来抑制线路的过电压。

发明内容

为了满足现有技术的需要，本发明提供了一种变频柔性调谐装置、半波长交流输电系统及其控制方法。

第一方面，本发明中一种变频柔性调谐装置的技术方案是：

所述变频柔性调谐装置包括第一MMC模块和第二MMC模块；所述第一MMC模块和第二MMC模块的直流侧相连，交流侧为所述变频柔性调谐装置的输入/输出端；

所述第一MMC模块和第二MMC模块均包括三个并联的相单元；所述相单元包括两个串联的桥臂，每个桥臂均包括串联的电抗器和功率模块单元；所述各相单元中桥臂的串联连接点为所述交流侧的交流端子，所述各相单元的并联连接点为所述直流侧的直流端子；

所述功率模块单元包括多个串联的功率子模块，所述功率子模块为包括全控型电力电子器件的半桥结构功率子模块或全桥结构功率子模块。

第二方面，本发明中一种半波长交流输电系统的技术方案是：

所述半波长交流输电系统包括依次连接的送端交流系统、半波长交流输电线路和受端交流系统，所述半波长交流输电系统包括两个上述的变频柔性调谐装置；一个所述变频柔性调谐装置安装在所述送端交流系统与半波长交流输电线路之间，另一个所述变频柔性调谐装置安装在所述受端交流系统与半波长交流输电线路之间。

第三方面，本发明中一种上述的半波长交流输电系统的控制方法的技术方案是：

所述控制方法包括通过调节所述变频柔性调谐装置的运行方式，对所述半波长交流输电系统进行柔性调谐和柔性并网，调整所述半波长交流输电系统的系统参数；抑制半波长交流输电线路的过电压和潜供电流并实现故障隔离；所述系统参数包括送端交流系统的功率因数和母线电压、受端交流系统的功率因数和母线电压，。

与最接近的现有技术相比，本发明的有益效果是：