[发明专利]一种具有直流故障自清除能力的混合式直流输电拓扑结构

说明书

技术领域

本发明属于电力系统输电技术领域，具体涉及一种具有直流故障自清除能力的混合式直流输电拓扑结构。

背景技术

远距离大容量高压直流输电(high voltage direct current，HVDC)是我国电网发展的一个重要趋势。然而，基于电网换相换流器(line commutated converter，LCC)的传统直流输电技术受到受端电网多直流馈入问题的制约。受端交流系统短路故障引起多回直流线路同时换相失败，不但造成较大的功率不平衡和潮流转移，还会引起电压稳定问题，足以威胁整个系统安全稳定运行。解决换相失败问题的一个途径是采用基于电压源换流器(voltage source converter，VSC)的柔性直流输电技术，只要逆变器采用电压源换流器，比如采用模块化多电平换流器(modular multilevel converter，MMC)，那么就彻底消除了换相失败问题。

基于半桥子模块的常规MMC-HVDC拓扑应用于远距离架空线路输电时，当直流侧发生短路故障时，无法像传统直流输电那样通过换流器自身的控制来清除直流侧故障，其清除直流侧故障的方法是跳换流站交流侧断路器，故障处理和直流系统恢复的时间较长。另外，如果直流输电的整流站和逆变站都采用MMC换流器，工程成本加大大增加。上述两个原因制约了MMC-HVDC在远距离架空线路输电场合的应用。

为了能够综合LCC-HVDC和MMC-HVDC的优势，非常有必要研究一种具有直流故障自清除能力的混合式直流输电拓扑。

发明内容

鉴于上述，本发明提供了一种具有直流故障自清除能力的混合式直流输电拓扑结构，其综合了LCC-HVDC和MMC-HVDC的优势，具有直流故障自清除能力，并且降低了对二极管阀组绝缘的要求，能够大大降低工程造价，在工程中具有非常强的参考意义与使用价值。

一种具有直流故障自清除能力的混合式直流输电拓扑结构，包括整流站和逆变站，整流站与逆变站通过直流线路相连；其中：

所述整流站采用LCC构成，所述逆变站采用MMC和功率二极管阀组构成。

若所述混合式直流输电拓扑结构为单极系统，则整流站由一台LCC机组构成，该LCC机组的直流侧高压端与直流线路连接，直流侧低压端接地；

若所述混合式直流输电拓扑结构为双极系统，则整流站由两台LCC机组构成，其中第一LCC机组的直流侧高压端与正极直流线路连接，第一LCC机组的直流侧低压端与第二LCC机组的直流侧高压端相连并接地，第二LCC机组的直流侧低压端与负极直流线路连接。

所述LCC机组由多个LCC串联组成，所述LCC采用十二脉动桥式结构，其每个桥臂均由若干个晶闸管串联组成。

若所述混合式直流输电拓扑结构为单极系统，则逆变站由一台MMC机组和一个功率二极管阀组构成，其中MMC机组的直流侧高压端与直流线路连接，直流侧低压端与功率二极管阀组的阳极连接，功率二极管阀组的阴极接地；

若所述混合式直流输电拓扑结构为双极系统，则逆变站由两台MMC机组和两个功率二极管阀组构成，其中第一MMC机组的直流侧高压端与正极直流线路连接，第一MMC机组的直流侧低压端与第一功率二极管阀组的阳极连接，第一功率二极管阀组的阴极与第二功率二极管阀组的阳极相连并接地，第二功率二极管阀组的阴极与第二MMC机组的直流侧高压端连接，第二MMC机组的直流侧低压端与负极直流线路连接。

所述MMC机组由多个MMC通过串联和并联结合构成，所述MMC采用三相六桥臂结构，其每个桥臂均由若干个换流子模块级联组成。

所述功率二极管阀组由多个功率二极管通过串联和并联结合构成。

本发明具有以下有益技术效果：

(1)本发明混合式直流输电拓扑具有直流故障自清除能力，在发生直流故障时不需要跳开交流开关。

(2)本发明混合式直流输电拓扑的逆变侧不会发生换相失败，彻底解决了传统直流输电换相失败的问题。

(3)稳态时本发明混合式直流输电拓扑中的二极管阀组对地电位为零，可以显著降低二极管阀组对绝缘的要求。

(4)由于二极管阀组造价比换流器造价低非常多，因此本发明混合式直流输电拓扑能够大大降低工程成本，提高工程经济性。

附图说明

图1为本发明混合式直流输电拓扑的双极结构示意图。

图2为本发明混合式直流输电拓扑的单极结构示意图。

图3为MMC的拓扑结构示意图。

图4为整流侧LCC定直流电流的控制结构框图。