[发明专利]LCC-MMC混合型直流融冰装置拓扑结构的设计

说明书

本发明涉及一种LCC‑MMC混合型直流融冰装置拓扑结构的设计，属于直流融冰技术领域。首先提出了一种由电网换相换流器和模块化多电平换流器共同组成的混合型直流融冰装置，其中MMC换流器采用全桥和半桥子模块混合结构；其次，依据不同线路长度和覆冰工况需求，设计了直流融冰装置工作模式的切换方案与协调控制策略，同时设计了提高装置利用率的复用功能模式。本发明对混合型融冰技术的拓扑结构进行改进，以解决LCC融冰装置运行过程中最低功率限制、提供小电流时电流断续及谐波占比相对较大的问题，同时利用MMC工作状态的切换完成对LCC融冰时的谐波滤除以及无功支撑，该融冰装置具有无功补偿、谐波抑制、融冰电流高等优点。

技术领域

本发明涉及柔性直流输电技术领域，特别涉及一种直流融冰装置结构，尤指一种LCC-MMC混合型直流融冰装置拓扑结构的设计。

背景技术

随着我国现代化的进程加速，社会各界对电能的依赖程度逐渐升高，电力系统的安全稳定运行也有了更高的要求，输电线路覆冰是威胁电网安全稳定运行的重要自然灾害之一。2005年12月，美国四个州遭受冰暴侵袭，多个地区倒杆断线以至大面积供电中断，约68.3万用户受到影响；2008年1月，中国南方先后出现4次大范围雨雪天气，部分省份供电中断甚至电网瘫痪，受灾人口超过1亿；2020年11月，吉林省遭遇雨雪冰冻灾害，长春地区325条供电线路电压不稳、频繁跳闸，造成33.5万用户停电。随着电力系统电力电子化进程不断加速，冰雪灾害造成的影响也愈加严峻，为了抵御冰雪危害，世界各国从防冰、除冰、融冰方面开展研究。其中，直流融冰装置电源容量小、融冰速度快、融冰效果好，广泛应用于输电线路覆冰过重的场合，成为易覆冰地区的标准配置。

LCC(Line Commuted Converter电网换相换流器)型直流融冰装置具有直流侧调节范围广、可靠性高、经济性好等优点，缺点是融冰消耗大量无功功率，交流侧产生大量谐波，影响系统的电能质量；且该技术存在最低运行功率限制，当直流侧电流小于某一数值时会出现电流断续现象，这种电流断续会在换流变压器、平波电抗器上产生很大的过电压；LCC型直流融冰装置所需配置的无功补偿及滤波装置会增加融冰装置的整体占地面积。MMC(Modular Multilevel Converter模块化多电平换流器)型直流融冰装置交流侧多电平输出不存在谐波问题，具有占地小、重量轻、运行效率高、零起升压/升流等优点，缺点是该种融冰技术相对复杂、装置成本高、融冰能力受IGBT器件的影响有一定的限制。因此，设计可控性强、经济高效的融冰装置，依然是需要解决的关键技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种LCC-MMC混合型直流融冰装置拓扑结构，解决了现有直流融冰技术存在的上述问题。本发明设计了一种由电网换相换流器和模块化多电平换流器共同组成的混合型直流融冰装置，其中LCC换流器采用十二脉动晶闸管组成的整流结构，MMC换流器采用全桥子模块和半桥子模块1:1混合结构。依据不同线路长度和覆冰工况需求，设计了直流融冰装置工作模式的切换方案与协调控制策略；同时，设计了提高装置利用率的复用功能模式。最终形成了一套完整的LCC-MMC混合型直流融冰装置拓扑结构及控制方案，此结构可应用电力系统覆冰导线除冰过程中。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

LCC-MMC混合型直流融冰装置拓扑结构的设计，首先，采用电网换相换流器和模块化多电平换流器组成LCC-MMC混合型直流融冰装置拓扑结构；其次，根据线路不同工作状态需求改变装置的控制方式，对覆冰线路进行有效除冰；最后，针对于LCC在融冰过程中的谐波问题，设计MMC谐波电流控制策略，抵消馈入电网中的谐波成分。包括以下步骤：

步骤(1)LCC-MMC混合型直流融冰装置拓扑结构；

步骤(2)LCC-MMC混合型直流融冰装置工作状态需求分析；

步骤(3)LCC融冰谐波特性分析及谐波抑制；

步骤(4)确定LCC-MMC融冰状态下工作模式及其控制方式。