[发明专利]一种由混合电压源型换流站构成的无直流耦合型直流电网拓扑

说明书

技术领域

本发明是一种由混合电压源型换流站构成的无直流耦合型直流电网拓扑，属于应用于直流电网及柔性直流输电领域的一种拓扑，可应用于新建直流电网的拓扑结构设计。

背景技术

我国能源资源与负荷中心分布极不均衡，大规模能源的开发和全国范围内的资源优化配置决定了我国需要建设远距离的输电通道，以实现大规模能源资源的集约化开发和全国范围内的资源优化配置。另一方面，随着化石能源的日益枯竭和改善环境压力的日益增加，中国乃至世界均面临着能源结构的战略性调整，大规模开发和利用新能源势在必行。近年来，随着分布式电源的快速发展，直流负荷的日益增加，储能技术的不断发展，以及直流电网自身所具备的传输容量大、线损低、可靠性高等优势，直流电网重新受到了人们的关注，是未来电网的重要发展方向。

基于电力电子技术的柔性直流系统由于其功率的独立控制、无换向失败等优点，成为了直流电网发展的主流趋势。MMC作为一种新型的输电技术，换流站桥臂的拓扑结构采用了子模块级联，具有对开关器件一直触发的动态均压要求大幅降低、电压等级容易拓展、输出电压电流谐波含量低波形品质高、开关频率和运行损耗低、可向无源网络供电等诸多优点，在城市配电网增容、大规模风电场并网、电力交易、电网互联、提高电能质量等方面都有着巨大的市场应用价值。

直流电网有诸多优点，但该领域是全新的研究领域，没有相关工程经验，其发展面临很多问题，其中最亟待解决的问题是直流电网如何处理直流故障。相较于传统的交流系统，由于直流系统的阻尼相对较小，响应时间常数比交流电网小得多，系统故障传播速度更快，系统控制响应时间要求更短，继电保护方法设计难度更大。针对直流侧的瞬时性故障可以采用反向并联的双晶闸管结构，但是对于永久性故障仍然需要依靠交流侧的断路器来进行隔离，但是该方法动作速度慢，系统恢复时间长，这在一定程度上限制了MMC向多端直流输电系统以及直流电网领域的发展和应用；而且现在直流电网为了保证电网的稳定运行，需要许多核心设备，如直流断路器（DCCB）、DC/DC变换器、潮流控制器（DC-PFC）等，这些设备的成本很高，大大增加了直流电网的造价，制约了直流电网的发展，因此，基于上述几点，可以看出，目前直流电网的发展依然面临很多问题。

本发明所提出的由混合电压源型换流站构成的无直流耦合型直流电网拓扑是一种能够实现无需闭锁穿越直流故障的拓扑结构，具有抑制直流故障的特点，并且可实现直流断路器（DCCB）、DC/DC变换器和潮流控制器(DC-PFC)的功能，具有很好的工程应用前景。

发明内容

本发明是一种由混合电压源型换流站构成的无直流耦合型直流电网拓扑，为一种可实现直流电网无闭锁穿越直流故障的新型拓扑。

本发明的目的在于克服现有直流电网中的直流侧短路故障而提供一种无直流耦合型直流电网拓扑。

本发明的技术方案是：本发明提出的由混合电压源型换流站构成的无直流耦合型直流电网拓扑结构包括包含有n个交流系统AC1、AC2至ACn，n个多绕组变压器T1、T2至Tn，其中n个交流系统与n个多绕组变压器的原边相连，多绕组变压器的副边侧连接混合电压源型换流站，整个系统中包含混合电压源型换流站若干个，在每条线路的两侧分别是2个混合电压源型换流站，其中混合电压源型换流站的命名原则为x_y，表示连接Tx和Ty并且位于Tx侧的换流站。

其中为了考虑到后期直流电网潮流反转，潮流重新规划等原因，本发明中的部分交流系统通过交流系统相连，如图1中的虚线表示的线路所示，具体不同交流系统之间是否需要交流线路相连和不同变压器副边侧是否需要通过换流站和直流系统相连取决于直流电网规划设计。