基于電力電子換流技術(shù)的柔性半波輸電系統(tǒng)及其調(diào)諧方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種輸電系統(tǒng)及其方法，具體講涉及一種基于電力電子換流技術(shù)的柔 性半波輸電系統(tǒng)及其調(diào)諧方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在全球能源互聯(lián)的大背景下，為有效解決全球能源資源分布和市場(chǎng)需求嚴(yán)重失衡 的問(wèn)題，北極風(fēng)能、赤道太陽(yáng)能的集中規(guī)模化開(kāi)發(fā)和跨洲、跨國(guó)遠(yuǎn)距離輸配成為必然的趨 勢(shì)。傳統(tǒng)交流輸電受制于輸送功率極限、無(wú)功電壓控制、系統(tǒng)安全穩(wěn)定等因素的制約，已經(jīng) 無(wú)法適應(yīng)于超遠(yuǎn)距離輸電。半波輸電技術(shù)作為一種點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、超遠(yuǎn)距離、大容量輸電技方案， 對(duì)于跨洲、跨國(guó)輸電以及偏遠(yuǎn)地區(qū)供電具有很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。
[0003] 半波輸電（HWACT，halfwavelengthACtransmission)是指輸電的電氣距離接近1 個(gè)工頻半波，即3000km(50Hz)或2600km(60Hz)的超遠(yuǎn)距離的三相交流輸電。無(wú)損情況下的 半波線(xiàn)路就像一臺(tái)變比為-1的理想變壓器，初級(jí)電壓和次級(jí)電壓大小相同、相位相反，具 有首末端電壓穩(wěn)定性好、輸送功率的理論極限無(wú)窮大等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，由于半波線(xiàn)路無(wú)需安裝 無(wú)功補(bǔ)償裝置，全線(xiàn)無(wú)需設(shè)置中間開(kāi)關(guān)站，輸電設(shè)備數(shù)量可大大減少，因而造價(jià)很低，經(jīng)濟(jì) 性甚至優(yōu)于直流輸電。巴西為把亞馬孫河流域的大水電送到負(fù)荷中心，把半波輸電技術(shù)作 為一種備選方案進(jìn)行詳細(xì)理論研宄和仿真計(jì)算，并制定了 500kV半波輸電"北電南送"的工 程方案。韓國(guó)也曾經(jīng)研宄過(guò)用半波輸電將西伯利亞的水電送到韓國(guó)。2006年以來(lái)，國(guó)內(nèi)開(kāi) 始研宄半波輸電，并以l〇〇〇kV特高壓半波輸電、±800kV直流輸電、± 1000kV直流輸電作為 西電東送的備選方案進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)性分析，結(jié)果表明l〇〇〇kV特高壓半波輸電的經(jīng)濟(jì)性更優(yōu)。
[0004] 半波輸電的關(guān)鍵技術(shù)主要涉及輸電線(xiàn)路調(diào)諧、潛供電流抑制、絕緣配合、沿線(xiàn)取 電、保護(hù)安控等。目前，現(xiàn)有的半波輸電方案基于無(wú)源型或T型網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行輸電線(xiàn)路調(diào)諧，一 定程度上限制了半波輸電技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。一方面，無(wú)源調(diào)諧網(wǎng)絡(luò)對(duì)系統(tǒng)頻率變化和雙 回線(xiàn)適應(yīng)性較差，容易因失諧而失去半波特性；另一方面，無(wú)源調(diào)諧網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部發(fā)生短路故障 時(shí)，易引發(fā)諧振，產(chǎn)生幅值很高的過(guò)電壓；其次，無(wú)源調(diào)諧僅適用于電氣距離小于半波長(zhǎng)的 線(xiàn)路。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種基于電力電子換流技術(shù)的柔性半波輸電系 統(tǒng)及其調(diào)諧方法，本發(fā)明采用電力電子換流技術(shù)對(duì)輸電線(xiàn)路進(jìn)行柔性化調(diào)諧。柔性調(diào)諧裝 置分為變頻式和同步補(bǔ)償式兩種類(lèi)型。變頻式柔性調(diào)諧裝置基于電力電子變頻原理，通過(guò) 調(diào)節(jié)輸電頻率來(lái)構(gòu)造變頻式半波輸電系統(tǒng)，解決偏遠(yuǎn)地區(qū)超遠(yuǎn)距離供電問(wèn)題。同步補(bǔ)償式 柔性調(diào)諧裝置基于電力電子換流器同步補(bǔ)償原理，通過(guò)調(diào)節(jié)輸電線(xiàn)路的等效電氣距離來(lái)構(gòu) 造同步補(bǔ)償式半波輸電系統(tǒng)，解決超遠(yuǎn)距離跨洲、跨國(guó)輸電問(wèn)題。半波輸電具有傳輸距離 遠(yuǎn)、首末端電壓穩(wěn)定性好、輸送功率理論極限為無(wú)窮大、無(wú)需安裝無(wú)功補(bǔ)償裝置、無(wú)需設(shè)置 中間開(kāi)關(guān)站等優(yōu)點(diǎn)，經(jīng)濟(jì)性甚至優(yōu)于直流輸電，特別適用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、大容量、超遠(yuǎn)距離電力 輸配，對(duì)于跨洲、跨國(guó)輸電以及偏遠(yuǎn)地區(qū)供電具有很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。
[0006] 本發(fā)明的目的是采用下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0007] 本發(fā)明提供一種基于電力電子換流技術(shù)的柔性半波輸電系統(tǒng)，其改進(jìn)之處在于， 所述系統(tǒng)包括調(diào)諧輸電線(xiàn)路和柔性調(diào)諧裝置；所述柔性調(diào)諧裝置包括通過(guò)變頻式柔性調(diào)諧 裝置和同步補(bǔ)償式柔性調(diào)諧裝置；所述變頻式柔性調(diào)諧裝置和同步補(bǔ)償式柔性調(diào)諧裝置均 配置于調(diào)諧輸電線(xiàn)路兩端；通過(guò)變頻式柔性調(diào)諧裝置或同步補(bǔ)償式柔性調(diào)諧裝置實(shí)現(xiàn)半波 長(zhǎng)調(diào)諧。
[0008] 進(jìn)一步地，所述變頻式柔性調(diào)諧裝置包括對(duì)稱(chēng)配置于調(diào)諧輸電線(xiàn)路兩端的送端變 頻式柔性調(diào)諧裝置和受端變頻式柔性調(diào)諧裝置，所述送端變頻式柔性調(diào)諧裝置接入送端交 流系統(tǒng)，所述受端變頻式柔性調(diào)諧裝置接入受端交流系統(tǒng)。
[0009] 進(jìn)一步地，所述送端變頻式柔性調(diào)諧裝置和受端變頻式柔性調(diào)諧裝置均包括矩陣 式交交變頻器和濾波電容；所述矩陣式交交變頻器串聯(lián)在調(diào)諧輸電線(xiàn)路上；所述濾波電容 一端接地，另一端通過(guò)母線(xiàn)并聯(lián)接入調(diào)諧輸電線(xiàn)路上；
[0010] 所述矩陣式交交變頻器由9個(gè)具備雙向電壓阻斷能力和自關(guān)斷能力的半導(dǎo)體開(kāi) 關(guān)器件組成矩陣結(jié)構(gòu)，通過(guò)對(duì)9個(gè)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件的邏輯控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)頻率的變換。
[0011] 進(jìn)一步地，所述同步補(bǔ)償式柔性調(diào)諧裝置包括配置于調(diào)諧輸電線(xiàn)路兩端的送端同 步補(bǔ)償式柔性調(diào)諧裝置和受端同步補(bǔ)償式柔性調(diào)諧裝置，所述送端同步補(bǔ)償式柔性調(diào)諧裝 置串聯(lián)接入送端交流系統(tǒng)，所述受端同步補(bǔ)償式柔性調(diào)諧裝置串聯(lián)接入受端交流系統(tǒng)。
[0012] 進(jìn)一步地，所述送端同步補(bǔ)償式柔性調(diào)諧裝置和受端同步補(bǔ)償式柔性調(diào)諧裝置均 采用n型結(jié)構(gòu)；所述n型結(jié)構(gòu)包括靜止串聯(lián)同步補(bǔ)償器SSSC以及設(shè)置于其兩端的靜止無(wú) 功補(bǔ)償器STATCOM;所述靜止串聯(lián)同步補(bǔ)償器SSSC串聯(lián)在調(diào)諧輸電線(xiàn)路上；設(shè)置于靜止串 聯(lián)同步補(bǔ)償器SSSC兩端的靜止無(wú)功補(bǔ)償器STATCOM并聯(lián)在調(diào)諧輸電線(xiàn)路上。
[0013] 本發(fā)明還提供一種基于電力電子換流技術(shù)的柔性半波輸電系統(tǒng)的調(diào)諧方法，其改 進(jìn)之處在于，所述方法通過(guò)調(diào)諧變頻式柔性調(diào)諧裝置的矩陣式交交變頻器或同步補(bǔ)償式柔 性調(diào)諧裝置的靜止串聯(lián)同步補(bǔ)償器SSSC和靜止無(wú)功補(bǔ)償器STATCOM實(shí)現(xiàn)半波長(zhǎng)調(diào)諧。
[0014] 進(jìn)一步地，所述調(diào)諧變頻式柔性調(diào)諧裝置的矩陣式交交變頻器包括：所述矩陣式 交交變頻器升高調(diào)諧輸電線(xiàn)路上傳播的電磁波頻率實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)減小，將調(diào)諧輸電線(xiàn)路電氣長(zhǎng) 度小于半波長(zhǎng)的線(xiàn)路補(bǔ)償至半波長(zhǎng)f;通過(guò)降低調(diào)諧輸電線(xiàn)路上傳播的電磁波頻率實(shí)現(xiàn)波 長(zhǎng)增大，將電氣長(zhǎng)度大于半波長(zhǎng)的線(xiàn)路減少至半波長(zhǎng)f;
[0015] 電磁波波長(zhǎng)由頻率表示為：
[0016] 入=v/f (1)；
[0017] 式中，v為電磁波的傳播速度，為3*108m/s，f為系統(tǒng)頻率。
[0018] 進(jìn)一步地，所述變頻式柔性調(diào)諧裝置能夠?qū)崿F(xiàn)頻率閉環(huán)控制，以系統(tǒng)頻率和輸電 線(xiàn)路