專(zhuān)利名稱(chēng)：一種基于三極式結(jié)構(gòu)的直流輸電系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電力電子系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于三極式結(jié)構(gòu)的直流輸電系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
我國(guó)電力規(guī)劃的總體方針是“西電東送、南北互供、全國(guó)聯(lián)網(wǎng)”。然而，隨著電網(wǎng)規(guī)模的日益擴(kuò)大和結(jié)構(gòu)的日趨復(fù)雜，加之涉及征地問(wèn)題的利益糾葛近年來(lái)也逐漸顯現(xiàn)出來(lái)，在原有的線(xiàn)路基礎(chǔ)上再開(kāi)辟出新的線(xiàn)路走廊就顯得更加困難。因此，利用原有的高壓交流站和線(xiàn)路網(wǎng)架，改造并轉(zhuǎn)換成直流輸電工程，成為解決這一問(wèn)題非常值得探討的思路。再者，對(duì)于超大規(guī)模的電網(wǎng)來(lái)說(shuō)，用直流工程將其分隔成數(shù)個(gè)異步子系統(tǒng)，可以有效減少交流同步聯(lián)網(wǎng)所帶來(lái)的一系列問(wèn)題，如短路電流超限、低頻振蕩加劇、故障大范圍傳遞等。在各種交流線(xiàn)路轉(zhuǎn)換成直流線(xiàn)路的方案中，三極直流輸電相比傳統(tǒng)的雙極和單極直流輸電，在技術(shù)應(yīng)用、經(jīng)濟(jì)成本和可靠性等方面都體現(xiàn)出一定的優(yōu)勢(shì)。L.0.Barthold等人在標(biāo)題為 Conversion of AC Transmission Lines to HVDC using Current Modulation(Inaugural IEEE PES2005Conference and Exposition.ll-15July, 2005.Durban, SouthAfrica: 26-32)的文獻(xiàn)中提出了一種三級(jí)直流結(jié)構(gòu)及與之匹配的直流電流調(diào)制策略。圖1即為上述三極直流輸電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，直流回路由雙極和單極線(xiàn)路并聯(lián)組成，與常規(guī)的雙極直流輸電不同的是，極I和極2的中性點(diǎn)電流不流入大地，而是通過(guò)具有雙向通道的極3進(jìn)行回流，接地極一般僅在故障等暫態(tài)情況下作為不平衡電流的回流路徑起作用。極I和極2的換流器是以晶閘管組成的三相六脈橋作為基本換流單元；極3根據(jù)直流電流調(diào)制策略的要求，其換流器需要擁有直流電壓和直流電流反向功能，故其基本換流單元為反并聯(lián)晶閘管組成的三相六脈橋或兩組反向并聯(lián)的三相六脈橋。在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行下，三極直流能夠傳輸?shù)墓β适请p極直流的1.366倍，能夠有效提升直流系統(tǒng)傳輸容量，有利于更大程度地支援電網(wǎng)的功率需求，促進(jìn)電網(wǎng)的發(fā)展和穩(wěn)定運(yùn)行。雖然，極1、2和極3的換流器存在較大區(qū)別，但是，基本換相器件都是不可關(guān)斷的晶閘管，與傳統(tǒng)直流輸電系統(tǒng)類(lèi)似，因此，該三極直流輸電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)存在如下缺陷:1.不能運(yùn)行于較弱的交流系統(tǒng)或無(wú)源網(wǎng)絡(luò)，因此不能向無(wú)源網(wǎng)絡(luò)或孤立負(fù)荷輸送電能；2.存在換相失敗風(fēng)險(xiǎn)，特別是在交流系統(tǒng)故障引起電壓下降情況下。一旦發(fā)生換相失敗，直流系統(tǒng)的功率傳輸能力被切斷，引起所連交流系統(tǒng)瞬時(shí)有功過(guò)?；虿蛔?，造成交直流響應(yīng)特性惡化，嚴(yán)重影響所連的交流系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行；3.存在無(wú)功補(bǔ)償和諧波問(wèn)題，需要安裝無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備和濾波設(shè)備，不僅增加了設(shè)備成本，而且在甩負(fù)荷時(shí)容易出現(xiàn)無(wú)功功率過(guò)剩，導(dǎo)致交流系統(tǒng)過(guò)電壓；4.在其特殊的電流調(diào)制策略下，轉(zhuǎn)換過(guò)渡階段常伴隨有無(wú)功功率變動(dòng)，由于無(wú)功設(shè)備調(diào)節(jié)速度較為緩慢，難以實(shí)現(xiàn)無(wú)功的及時(shí)補(bǔ)償，從而容易產(chǎn)生交流系統(tǒng)過(guò)電壓等現(xiàn)象；
5.在其特殊的電流調(diào)制策略下，極3在轉(zhuǎn)換過(guò)渡階段，其直流電流需要反向，存在從額定值減小至O再增大至反向額定值的過(guò)程。傳統(tǒng)直流輸電系統(tǒng)具有最小直流電流運(yùn)行的限制，一般為額定值的10%左右，極3在電流反向期間，有相當(dāng)一段時(shí)間會(huì)運(yùn)行在這個(gè)限制以下，容易誘發(fā)直流電流斷續(xù)，引起感性元件過(guò)電壓。另外，過(guò)渡階段極3需要進(jìn)行閉鎖和解鎖動(dòng)作，也容易誘發(fā)過(guò)電壓過(guò)電流問(wèn)題，不利于系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)所存在的上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種基于三極式結(jié)構(gòu)的直流輸電系統(tǒng)，能夠向無(wú)源負(fù)荷輸電，無(wú)換相失敗風(fēng)險(xiǎn)，有功無(wú)功解耦，電流調(diào)制過(guò)渡階段平緩、穩(wěn)定?！N基于三極式結(jié)構(gòu)的直流輸電系統(tǒng)，包括:與送端交流電網(wǎng)連接的整流換流站，用于將送端交流電網(wǎng)上的三相交流電轉(zhuǎn)換為直流電；與受端交流電網(wǎng)連接的逆變換流站，用于將所述的直流電轉(zhuǎn)換為三相交流電后輸送給受端交流電網(wǎng)。所述的整流換流站和逆變換流站均采用三極換流系統(tǒng)；所述的三極換流系統(tǒng)由三個(gè)換流單元Hl H3組成；換流單元Hl直流側(cè)正極端為三極換流系統(tǒng)的第一直流輸電端口，換流單元Hl直流側(cè)負(fù)極端與換流單元H2直流側(cè)正極端和換流單元H3直流側(cè)負(fù)極端相連并接地，換流單元H2直流側(cè)負(fù)極端為三極換流系統(tǒng)的第二直流輸電端口，換流單元H3直流側(cè)正極端為三極換流系統(tǒng)的第三直流輸電端口 ；整流換流站的三個(gè)直流輸電端口均通過(guò)直流輸電線(xiàn)路與逆變換流站的三個(gè)直流輸電端口對(duì)應(yīng)連接。優(yōu)選地，所述的換流單元Hl或換流單元H2采用三相六橋臂結(jié)構(gòu)，每個(gè)橋臂均由若干個(gè)CDSM (鉗位雙子模塊)和一電抗器串聯(lián)組成。CDSM具有直流故障隔離能力，使得由其級(jí)聯(lián)構(gòu)成的換流單元能夠很好地處理直流故障，適用于架空線(xiàn)直流輸電；同時(shí)電抗器能夠抑制橋臂換流，同時(shí)在直流故障時(shí)起到抑制故障電流上升，保護(hù)IGBT等器件。優(yōu)選地，所述的換流單元H3采用三相六橋臂結(jié)構(gòu)，每個(gè)橋臂均由若干個(gè)FBSM (全橋子模塊)和一電抗器串聯(lián)組成。FBSM輸出電壓存在正、負(fù)和零三種電平，同時(shí)具有電流雙向運(yùn)行能力，由其級(jí)聯(lián)構(gòu)成的換流單元具有直流電壓和直流電流雙向運(yùn)行能力，十分適合于三極式直流輸電系統(tǒng)；同時(shí)電抗器能夠抑制橋臂換流，同時(shí)在直流故障時(shí)起到抑制故障電流上升，保護(hù)IGBT等器件。所述的⑶SM由兩個(gè)電容Cl C2、五個(gè)IGBT管Tl T5和兩個(gè)二極管組成；其中，IGBT管Tl的集電極與電容Cl的一端和二極管Dl的陰極相連，IGBT管Tl的發(fā)射極與IGBT管T2的集電極相連且為⑶SM的一端，IGBT管T2的發(fā)射極與電容Cl的另一端、IGBT管T5的發(fā)射極和二極管D2的陰極相連，二極管Dl的陽(yáng)極與IGBT管T5的集電極、電容C2的一端和IGBT管T3的集電極相連，IGBT管T3的發(fā)射極與IGBT管T4的集電極相連且為⑶SM的另一端，IGBT管T4的發(fā)射極與電容C2的另一端和二極管D2的陽(yáng)極相連；IGBT管Tl T5的門(mén)極均接收外部設(shè)備提供的控制信號(hào)。所述的FBSM由一電容C和四個(gè)IGBT管T6 T9組成；其中，IGBT管T6的集電極與IGBT管T7的集電極和電容C的一端相連，IGBT管T6的發(fā)射極與IGBT管T8的集電極相連且為FBSM的一端，IGBT管T8的發(fā)射極與IGBT管T9的發(fā)射極和電容C的另一端相連，IGBT管T7的發(fā)射極與IGBT管T9的集電極相連且為FBSM的另一端；IGBT管T6 T9的門(mén)極均接收外部設(shè)備提供的控制信號(hào)。優(yōu)選地，所述的直流輸電端口與直流輸電線(xiàn)路之間設(shè)有平波電抗器。能夠?qū)χ绷麟娭械募y波進(jìn)行平抑，防止直流輸電線(xiàn)路產(chǎn)生的陡波沖擊波進(jìn)入換流器導(dǎo)致器件遭受過(guò)電壓而損壞，同時(shí)避免電流斷續(xù)。所述的直流輸電線(xiàn)路采用架空線(xiàn)。優(yōu)選地，所述的三個(gè)換流單元Hl H3的交流側(cè)均通過(guò)接線(xiàn)方式為Λ/%的換流變壓器接入送端交流電網(wǎng)或受端交流電網(wǎng)。換流變壓器用于將交流系統(tǒng)提供的三相交流電進(jìn)行電壓等級(jí)變換；承受直流偏置電壓，并起到隔離直流偏置電壓進(jìn)入交流電網(wǎng)的作用；隔離零序分量。本發(fā)明的工作原理為:送端交流系統(tǒng)的三相交流電經(jīng)換流變壓器電壓等級(jí)變換，由每一極的模塊化多電平換流器實(shí)現(xiàn)交流/直流變換，然后被電抗器平抑紋波后，通過(guò)直流輸電線(xiàn)路輸送到受端換流站，再經(jīng)過(guò)電抗器平波，通過(guò)模塊化多電平換流器實(shí)現(xiàn)直流/交流變換，最終經(jīng)過(guò)換流變壓器電壓等 級(jí)變換將能量送到受端交流系統(tǒng)。極I和極2的直流電流差通過(guò)極3進(jìn)行回路傳輸，當(dāng)極I的電流大于極2的電流，極3的直流電壓為負(fù)，反之，極3的直流電壓為正。本發(fā)明的有益效果如下:(I)本發(fā)明采用的分別由CDSM和FBSM級(jí)聯(lián)構(gòu)成的換流器進(jìn)行交直流變換不需要交流電壓源的支撐，能夠?qū)崿F(xiàn)向無(wú)源負(fù)荷供電。(2)本發(fā)明采用的換流器基本元件為可關(guān)斷器件IGBT，不存在換相失敗問(wèn)題，所提出的三極直流不存在換相失敗風(fēng)險(xiǎn)，即使受端交流系統(tǒng)發(fā)生嚴(yán)重故障，只要換流站交流母線(xiàn)仍然有電壓，就能輸送一定的功率，相較于換相失敗后直流系統(tǒng)功率傳輸中斷，更有利于整個(gè)交流系統(tǒng)的穩(wěn)定和快速恢復(fù)。(3)本發(fā)明提出的三極直流具有較好的諧波特性(諧波水平低)，同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)有功無(wú)功解耦控制，不需要額外添加無(wú)功補(bǔ)償和濾波設(shè)備，在出現(xiàn)甩負(fù)荷情形時(shí)，亦無(wú)過(guò)電壓現(xiàn)象。(4)本發(fā)明提出的三極直流具有直流電流閉鎖能力，任何一極或多極直流線(xiàn)路發(fā)生接地短路故障無(wú)需交流斷路器動(dòng)作可快速實(shí)現(xiàn)直流故障的自清除，十分適合于架空線(xiàn)路場(chǎng)合。(5)本發(fā)明提出的三極直流無(wú)最小直流功率傳輸要求，在電流調(diào)制策略下，由于有功無(wú)功功率可解耦控制，因此，在調(diào)節(jié)過(guò)程中，可維持送端和受端無(wú)功功率穩(wěn)定，基本不會(huì)出現(xiàn)波動(dòng)，從而有利于交流系統(tǒng)電壓穩(wěn)定。在電流調(diào)節(jié)階段，調(diào)制極(極3)可通過(guò)控制器的調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)直流電壓直流電流的正反向切換，不需要頻繁的閉鎖和解鎖動(dòng)作，增強(qiáng)了設(shè)備的
可靠性。


圖1為現(xiàn)有傳統(tǒng)三極式直流輸電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明直流輸電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為基于⑶SM換流單元的電路結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為基于FBSM換流單元的電路結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為本發(fā)明三極直流的電壓和電流調(diào)節(jié)特性。圖6(a)為本發(fā)明系統(tǒng)極I和極2的直流電壓響應(yīng)曲線(xiàn)示意圖。圖6(b)為本發(fā)明系統(tǒng)極3的直流電壓響應(yīng)曲線(xiàn)示意圖。圖6(c)為本發(fā)明系統(tǒng)極I和極2的直流電流響應(yīng)曲線(xiàn)示意圖。圖6(d)為本發(fā)明系統(tǒng)極3的直流電流響應(yīng)曲線(xiàn)示意圖。圖6(e)為本發(fā)明系統(tǒng)接地極電流的響應(yīng)曲線(xiàn)示意圖。圖7為本發(fā)明系統(tǒng)三極直流功率階躍響應(yīng)特性曲線(xiàn)示意圖。圖8(a)為本發(fā)明系統(tǒng)交流功率的響應(yīng)曲線(xiàn)示意圖。圖8(b)為本發(fā)明系統(tǒng)直流電壓的響應(yīng)曲線(xiàn)示意圖。
具體實(shí)施例方式為了更為具體地描述本發(fā)明，下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案及其相關(guān)原理進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。如圖2所示，一種基于三極式結(jié)構(gòu)的直流輸電系統(tǒng)，包括:整流換流站和逆變換流站；其中:整流換流站用于將送端交流電網(wǎng)上的三相交流電轉(zhuǎn)換為直流電，逆變換流站用于將所述的直流電轉(zhuǎn)換為三 相交流電后輸送給受端交流電網(wǎng)。整流換流站和逆變換流站均采用三極換流系統(tǒng)；三極換流系統(tǒng)由三個(gè)換流單元Hl H3組成；換流單元Hl直流側(cè)正極端為三極換流系統(tǒng)的第一直流輸電端口，換流單元Hl直流側(cè)負(fù)極端與換流單元H2直流側(cè)正極端和換流單元H3直流側(cè)負(fù)極端相連并接地，換流單元H2直流側(cè)負(fù)極端為三極換流系統(tǒng)的第二直流輸電端口，換流單元H3直流側(cè)正極端為三極換流系統(tǒng)的第三直流輸電端口 ；整流換流站的三個(gè)直流輸電端口均通過(guò)架空線(xiàn)與逆變換流站的三個(gè)直流輸電端口對(duì)應(yīng)連接；直流輸電端口與直流輸電線(xiàn)路之間設(shè)有平波電抗器。換流單元Hl H3的交流側(cè)均通過(guò)接線(xiàn)方式為Λ /Y0的換流變壓器接入送端交流電網(wǎng)或受端交流電網(wǎng)。如圖3所示，換流單元Hl和換流單元Η2采用三相六橋臂結(jié)構(gòu)，每個(gè)橋臂均由若干個(gè)⑶SM串聯(lián)組成并通過(guò)一電抗器與換流變壓器對(duì)應(yīng)的相端口連接KDSM由兩個(gè)電容Cl C2、五個(gè)IGBT管Tl Τ5和兩個(gè)二極管組成；其中，IGBT管Tl的集電極與電容Cl的一端和二極管Dl的陰極相連，IGBT管Tl的發(fā)射極與IGBT管Τ2的集電極相連且為⑶SM的一端，IGBT管Τ2的發(fā)射極與電容Cl的另一端、IGBT管Τ5的發(fā)射極和二極管D2的陰極相連，二極管Dl的陽(yáng)極與IGBT管Τ5的集電極、電容C2的一端和IGBT管Τ3的集電極相連，IGBT管Τ3的發(fā)射極與IGBT管Τ4的集電極相連且為⑶SM的另一端，IGBT管Τ4的發(fā)射極與電容C2的另一端和二極管D2的陽(yáng)極相連；IGBT管Tl T5的門(mén)極均接收外部設(shè)備提供的控制信號(hào)。如圖4所示，換流單元H3采用三相六橋臂結(jié)構(gòu)，每個(gè)橋臂均由若干個(gè)FBSM串聯(lián)組成并通過(guò)一電抗器與換流變壓器對(duì)應(yīng)的相端口連接；FBSM由一電容C和四個(gè)IGBT管T6 T9組成；其中，IGBT管T6的集電極與IGBT管T7的集電極和電容C的一端相連，IGBT管T6的發(fā)射極與IGBT管Τ8的集電極相連且為FBSM的一端，IGBT管Τ8的發(fā)射極與IGBT管T9的發(fā)射極和電容C的另一端相連，IGBT管Τ7的發(fā)射極與IGBT管T9的集電極相連且為FBSM的另一端；IGBT管T6 T9的門(mén)極均接收外部設(shè)備提供的控制信號(hào)。本實(shí)施方式中，整流換流站中的換流單元Hl H3均采用定直流電流和定無(wú)功功率控制，逆變換流站中的換流單元Hl H3均采用定直流電壓和定無(wú)功功率控制；換流單元Hl H3的投切策略采用載波移向調(diào)制和電容電壓均衡策略。本實(shí)施方式正常工作時(shí)，功率輸送方向是由送端三相交流電網(wǎng)到受端三相交流電網(wǎng)的。送端交流系統(tǒng)的三相交流電經(jīng)換流變壓器電壓等級(jí)變換，由整流換流站實(shí)現(xiàn)交流/直流變換，然后被電抗器平抑紋波后，通過(guò)直流輸電線(xiàn)路輸送到受端，再經(jīng)過(guò)電抗器平波，通過(guò)逆變換流站實(shí)現(xiàn)直流/交流變換，最終經(jīng)過(guò)換流變壓器電壓等級(jí)變換將能量送到受端交流系統(tǒng)。極I和極2的直流電流差通過(guò)極3進(jìn)行回路傳輸，當(dāng)極I的電流大于極2的電流，極3的直流電壓為負(fù)，反之，極3的直流電壓為正。如圖5所示，正常運(yùn)行時(shí)，三極直流輸電各極的電流不是恒定的，而是在兩個(gè)階躍值間不斷轉(zhuǎn)換。極I和極2電流的絕對(duì)值在最大值Imax和最小值Imin之間跳變，極3流過(guò)的電流是極I與極2電流的差值。極I和極2的電壓極性保持不變。由于極3的電流方向要發(fā)生周期性的變化，極3的電壓也必須呈現(xiàn)周期性的反轉(zhuǎn)以保證功率的傳輸方向不變。為維持轉(zhuǎn)換期間傳輸功率的恒定，在一段極短的時(shí)間T內(nèi)，維持流過(guò)極3的電流為0，極3的電壓在此期間完成反轉(zhuǎn)。與電流轉(zhuǎn)換的周期相比，T十分小，因此幾乎不會(huì)對(duì)系統(tǒng)的熱負(fù)荷產(chǎn)生影響。整個(gè)過(guò)渡過(guò)程持續(xù)的時(shí)間Tm最好在4s以上，以防止傳輸功率的閃變和交流側(cè)的暫態(tài)過(guò)電壓。為了進(jìn)一步驗(yàn)證本實(shí)施方式的有效性和可行性，在電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)仿真軟件PSCAD/EMTDC中搭建相應(yīng)的模型，具體仿真模型參數(shù):兩端交流系統(tǒng)電壓有效值為IlOkV,系統(tǒng)阻抗為4.71 Ω。換流 變壓器額定電壓比為110kV/220kV (網(wǎng)側(cè)/閥側(cè))。極I和極2換流器每個(gè)橋臂使用10個(gè)子模塊串聯(lián)而成，極3換流器每個(gè)橋臂使用20個(gè)子模塊串聯(lián)而成，每個(gè)子模塊儲(chǔ)能電容額定電壓為20kV，每極直流電壓絕對(duì)值為400kV，極I和極2穩(wěn)態(tài)運(yùn)行下的電流Imax=1.366，Imin=0.366，極3的直流電流為lkA。子模塊電容值為3000 μ F，換流電抗電感值為0.04Η。兩端換流站通過(guò)300km的架空線(xiàn)連接。各參數(shù)標(biāo)么化的基準(zhǔn)值為:交流側(cè)功率基準(zhǔn)值分別為400MW，網(wǎng)側(cè)交流電壓和電流(瞬時(shí)值)的基準(zhǔn)值分別為89.8kV和
2.97kA，閥側(cè)交流電壓和電流(瞬時(shí)值)的基準(zhǔn)值分別為179.6kV和1.49kA ;直流側(cè)功率基準(zhǔn)值為400麗，直流電壓和電流的基準(zhǔn)值分別為400kV和lkA，子模塊電容電壓的基準(zhǔn)值為20kV。仿真情景1:穩(wěn)態(tài)運(yùn)行模式及功率響應(yīng)特性。此仿真情景主要從兩方面來(lái)說(shuō)明本實(shí)施方式穩(wěn)態(tài)運(yùn)行能力:1、電流調(diào)節(jié)過(guò)渡階段；2、有功無(wú)功階躍響應(yīng)及解耦控制。圖6給出了電流調(diào)節(jié)詳細(xì)過(guò)程，其中，圖6(a)為極I和極2的直流電壓響應(yīng)曲線(xiàn)示意圖；圖6(b)為極3的直流電壓響應(yīng)曲線(xiàn)示意圖；圖6((:)為極I和極2的直流電流響應(yīng)曲線(xiàn)示意圖；圖6(d)為極3的直流電流響應(yīng)曲線(xiàn)示意圖；圖6(e)為接地極電流的響應(yīng)曲線(xiàn)示意圖。從圖6可以看出，整個(gè)三極直流能夠較好地完成電流調(diào)節(jié)過(guò)程，同時(shí)不引起過(guò)多的電流從接地極流過(guò)。當(dāng)tf0.6s時(shí),整個(gè)三極直流已經(jīng)處于穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài),I1=Imin, I2=Imax ；^后，極I的電流從Imin逐漸增大至Imax，極3的電流相應(yīng)地等量減小，待極3的直流電流降低至零，t2=l.6s后，極3的直流電壓開(kāi)始下降并向負(fù)值反向，此過(guò)程由于極3的電流為O，因此不產(chǎn)生有功功率變化，從圖6(e)可以看出，此過(guò)程接地電流存在微小的變化，但幾乎可以忽略。極3電壓反向完成，t3=2.6s后，極2的電流從Iniax逐漸減小至Iniin,極3的電流相應(yīng)等量減小，t4=3.4s后，整個(gè)電流調(diào)節(jié)過(guò)程完畢。為清除地表述電流調(diào)節(jié)過(guò)程，圖6中，將原本應(yīng)為幾分鐘的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行過(guò)程縮短至t4 t5時(shí)間段，t5=5.1s后，系統(tǒng)再次進(jìn)入電流調(diào)節(jié)階段，與^ t4相對(duì)應(yīng)，不再贅述。整個(gè)調(diào)節(jié)過(guò)程不會(huì)出現(xiàn)過(guò)電壓和過(guò)電流現(xiàn)象，能夠保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。
圖7給出了穩(wěn)態(tài)運(yùn)行條件下，有功功率和無(wú)功功率的階躍響應(yīng)特性，從圖中可以看出，有功功率和無(wú)功功率具有較好的階躍響應(yīng)特性，有功功率(無(wú)功功率)調(diào)節(jié)時(shí)，無(wú)功功率(有功功率)變化很小，能夠很好地實(shí)現(xiàn)解耦控制。
仿真情景2:直流側(cè)故障清除與故障極重啟動(dòng)。
直流線(xiàn)路接地故障是架空線(xiàn)輸電最容易發(fā)生的故障類(lèi)型，傳統(tǒng)直流輸電系統(tǒng)通過(guò)強(qiáng)迫移相使整流器進(jìn)入逆變方式，令弧道電壓和弧道電流迅速降低到零實(shí)現(xiàn)直流側(cè)故障快速消除。本實(shí)施方式不同于傳統(tǒng)直流，但能夠充分利用基于CDSM或FBSM的MMC的直流閉鎖能力，有效處理直流側(cè)故障，并可以快速實(shí)現(xiàn)故障極的重啟動(dòng)。當(dāng)極I 極3任何一極的直流線(xiàn)路發(fā)生接地短路故障時(shí)，閉鎖CDSM或FBSM所有IGBT的觸發(fā)信號(hào)，可實(shí)現(xiàn)故障阻斷。假設(shè)極3發(fā)生直流線(xiàn)路接地故障，圖8給出了其具體的響應(yīng)特性。圖8 (a)為交流功率的響應(yīng)曲線(xiàn)示意圖，圖8(b)為直流電壓的響應(yīng)曲線(xiàn)示意圖。當(dāng)t=2.5時(shí)，極3發(fā)生直流側(cè)短路故障，極3的直流電壓快速下降至0，2ms后閉鎖所有FBSM的IGBT，有功功率和無(wú)功功率也均下降至零，設(shè)定線(xiàn)路去游離時(shí)間為300ms，而后重啟動(dòng)。從整個(gè)仿真過(guò)程可以看出，本實(shí)施方式具有直流故障清除和重啟動(dòng)能力，能 夠很好地用于架空線(xiàn)路。
從上述具體分析及詳細(xì)的仿真驗(yàn)證中可以看出，本實(shí)施方式與現(xiàn)有技術(shù)相比，優(yōu)勢(shì)突出，解決了目前傳統(tǒng)換流器類(lèi)直流輸電系統(tǒng)所面臨的多種問(wèn)題，具有廣闊的應(yīng)用前景。
權(quán)利要求
1.一種基于三極式結(jié)構(gòu)的直流輸電系統(tǒng)，包括: 與送端交流電網(wǎng)連接的整流換流站，用于將送端交流電網(wǎng)上的三相交流電轉(zhuǎn)換為直流 電； 與受端交流電網(wǎng)連接的逆變換流站，用于將所述的直流電轉(zhuǎn)換為三相交流電后輸送給受端交流電網(wǎng)； 其特征在于: 所述的整流換流站和逆變換流站均采用三極換流系統(tǒng)；所述的三極換流系統(tǒng)由三個(gè)換流單元Hl H3組成；換流單元Hl直流側(cè)正極端為三極換流系統(tǒng)的第一直流輸電端口，換流單元Hl直流側(cè)負(fù)極端與換流單元H2直流側(cè)正極端和換流單元H3直流側(cè)負(fù)極端相連并接地，換流單元H2直流側(cè)負(fù)極端為三極換流系統(tǒng)的第二直流輸電端口，換流單元H3直流側(cè)正極端為三極換流系統(tǒng)的第三直流輸電端口 ；整流換流站的三個(gè)直流輸電端口均通過(guò)直流輸電線(xiàn)路與逆變換流站的三個(gè)直流輸電端口對(duì)應(yīng)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流輸電系統(tǒng)，其特征在于:所述的三個(gè)換流單元Hl H3的交流側(cè)均通過(guò)接線(xiàn)方式為△/%的換流變壓器接入送端交流電網(wǎng)或受端交流電網(wǎng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流輸電系統(tǒng)，其特征在于:所述的換流單元Hl或換流單元H2米用三相六橋臂結(jié)構(gòu),每個(gè)橋臂均由若干個(gè)CDSM和一電抗器串聯(lián)組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流輸電系統(tǒng)，其特征在于:所述的換流單元H3采用三相六橋臂結(jié)構(gòu)，每個(gè)橋臂均由若干個(gè)FBSM和一電抗器串聯(lián)組成。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的直流輸電系統(tǒng)，其特征在于:所述的CDSM由兩個(gè)電容Cl C2、五個(gè)IGBT管Tl T5和兩個(gè)二極管組成；其中，IGBT管Tl的集電極與電容Cl的一端和二極管Dl的陰極相連，IGBT管Tl的發(fā)射極與IGBT管T2的集電極相連且為⑶SM的一端，IGBT管T2的發(fā)射極與電容Cl的另一端、IGBT管T5的發(fā)射極和二極管D2的陰極相連，二極管Dl的陽(yáng)極與IGBT管T5的集電極、電容C2的一端和IGBT管T3的集電極相連，IGBT管T3的發(fā)射極與IGBT管T4的集電極相連且為⑶SM的另一端，IGBT管T4的發(fā)射極與電容C2的另一端和二極管D2的陽(yáng)極相連；IGBT管Tl T5的門(mén)極均接收外部設(shè)備提供的控制信號(hào)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的直流輸電系統(tǒng),其特征在于:所述的FBSM由一電容C和四個(gè)IGBT管T6 T9組成；其中，IGBT管T6的集電極與IGBT管T7的集電極和電容C的一端相連，IGBT管T6的發(fā)射極與IGBT管T8的集電極相連且為FBSM的一端，IGBT管T8的發(fā)射極與IGBT管T9的發(fā)射極和電容C的另一端相連，IGBT管T7的發(fā)射極與IGBT管T9的集電極相連且為FBSM的另一端；IGBT管T6 T9的門(mén)極均接收外部設(shè)備提供的控制信號(hào)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流輸電系統(tǒng)，其特征在于:所述的直流輸電端口與直流輸電線(xiàn)路之間設(shè)有平波電抗器。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或7所述的直流輸電系統(tǒng)，其特征在于:所述的直流輸電線(xiàn)路采用架空線(xiàn)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于三極式結(jié)構(gòu)的直流輸電系統(tǒng)，包括整流換流站和逆變換流站；整流換流站和逆變換流站均采用三極換流系統(tǒng)；三極換流系統(tǒng)由三個(gè)換流單元H1～H3組成；換流單元H1和換流單元H2采用基于CDSM的模塊化多電平換流器，換流單元H3采用基于FBSM的模塊化多電平換流器。本發(fā)明采用的CDSM和FBSM進(jìn)行交直流變換不需要交流電壓源的支撐，能夠?qū)崿F(xiàn)向無(wú)源負(fù)荷供電。本發(fā)明的三極直流具有較好的諧波特性且具有直流電流閉鎖能力，同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)有功無(wú)功解耦控制，不需要額外添加無(wú)功補(bǔ)償和濾波設(shè)備，在出現(xiàn)甩負(fù)荷情形時(shí)，亦無(wú)過(guò)電壓現(xiàn)象。
文檔編號(hào)H02J3/36GK103219738SQ201310107980
公開(kāi)日2013年7月24日 申請(qǐng)日期2013年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月29日
發(fā)明者徐政, 許烽, 唐庚, 薛英林 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)