CN102522764A - 一种混合型两端直流输电系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种混合型两端直流输电系统，包括电压源型换流器和电流源型换流器，所述电压源型换流器和电流源型换流器对应的直流母线通过直流输电线路联接在一起，其中，风电场联接在该电压源型换流器的交流母线上，所述电流源型换流器交流母线连接受端电网。本发明采用电压源型换流器联接风电场，不需要风电场附近存在交流电网，换流器占地面积小，由于受端电网采用电流源型换流器，受端电网换流器成本低廉。

Description

一种混合型两端直流输电系统
技术领域
本发明属于电力系统输配电技术领域，具体涉及一种风力发电经直流输电接入交流电网的混合型两端直流输电系统。
背景技术
按照国家风电发展规划，山东沿海、江苏沿海将分别建设两个千万千瓦级的海上风电基地。通常有交流并网和直流并网两种并网方式。采用交流并网方式，由于电缆的充电效应，当海上风电场距离陆上交流电网较远时，电缆的输电功率大大下降。为此，对于远离陆地的海上风电场，一般采用直流并网方式。
Lie Xu等人的“Grid Integration of Large DFIG-Based Wind Farms Using VSCTransmission”(IEEE Transactions on power systems，2007，22(3)，976～984)提及了一种利用两端轻型直流输电系统将海上风电场接入交流电网的方案。具体方案为：在海上和陆地分别建设一个电压源型换流器，两个电压源型换器对应的直流母线通过海底电缆联接在一起，构成一个电压源型两端直流输电系统。海上风电场的所有风电机组通过风电场内部的集电系统联接至海上电压源型换流器的交流母线上。
周宏林等人的“远距离大型DFIG风电场的混合型HVDC建模及控制”(电工技术学报，2010，25(12))提及了一种利用基于电流源型换流器的两端直流输电系统将海上风电场接入至陆地交流电网的方案。具体方案为：在海上风电场建设一个基于晶闸管的电流源型换流器和静止同步补偿器，在陆上交流电网建设一个基于全控器件的电流源型换变器，两个电流源型换器对应的直流母线通过海底电缆联接在一起，构成一个混合型直流输电系统。
Wulue Pan等人的“Hybrid Multi-terminal HVDC System for Large Scale WindPower”(Power Systems Conference and Exposition，2006)提及了一种利用混合型多端直流输电系统将多个风电场接入至交流电网的方案。具体方案为：在每个风电场端建设一个电压源型换流器，在受端电网建设一个更大功率的电流源型换流器，所有电压源型换流器的直流母线经直流线路联接在一起后通过一条公共直流输电线路与电流源型换流器的直流母线联接。
上述Lie Xu等人的方案要求在海上风电场和陆上交流电网上都建立电压源型换流器，而电压源型换流器相比于电流源型变流器，其成本高，损耗大，当陆上交流网架较强时，没有必要在陆上电网建设电压源型变流器。
周宏林等人的方案中由于海上风电场采用电流源型换流器，其占地面积大，需要建设巨大的海上平台以承载电流源型换流器，海上平台建设成本高。
Wulue Pan等人的方案是一种多端直流输电系统，所有电压源型换流器的直流母线联接在一起，当风电场间的直流输电线路或公共直流输电线路发生故障时，所有电压源型换流器都会中断供电，所有风电场的电能输送受阻，为此该方案的供电可靠性较差。同时，当该方案应用到海上风电并网时，由于多个海上风电场一般距离较远，将它们各自的换流器通过海底电缆联接在一起，在海底电缆敷设方面会大幅增加成本。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种混合型两端直流输电系统，该系统是一个两端直流输电系统，采用高供电可靠性，低成本的直流输电技术将海上风电场接入至网架较强的陆上交流电网。
本发明解决其技术问题采用以下的技术方案：
在风电场附近建设一个基于全控器件的电压源型换流器，将风电场联接至电压源型换流器的交流母线上，在陆上交流电网建设一个基于晶闸管的电流源型换流器，电流源型换流器的交流母线联接至陆上交流电网，将电压源型换流器和电流源型换流器对应的直流母线通过直流输电线路联接在一起，构成一个混合型直流输电系统。
混合型直流输电系统中的输电线路可以采用架空输电线或电力电缆。
类似传统基于电流源型换流器的两端直流输电系统，混合型直流输电系统可以采用双极性接线和单极性接线两种接线方式。
本发明中的电压源型换流器是基于全控型开关器件的，其具体拓扑可以是三相两电平型换流器，钳位型多电平电压源换流器，级联型多电平换流器，模块化多电平电压源换流器以及多脉波电压源换流器等。
与现有技术相比，本发明的新颖性和创造性体现在：
与海上风电场相联接的换流器采用电压源型换流器，充分利用电压源换流器自换相特性和占地面积小的优点，与陆上交流电网相联接的换流器采用电流源型换流器，当陆上交流电网较强时技术可行且成本低廉。
1)与两端轻型直流输电相比，陆上交流电网端的换流器采用电流源型换流器，当陆上交流电网网架较强时，该方案是技术可行的且可大大节约成本
2)与基于电流源型两端直流输电相比，该混合型直流输电系统可以联接至诸如风电场的无源送端电网，增强了送端换流器的可控性；
3)与混合多端直流输电相比，本发明每回直流输电线路上只联接一个风电场，单回直流线路故障只影响与其联接的风电场，对其他风电场功率送出无任何影响，本发明的供电可靠性更高。
本发明的有益效果主要是：
相比于两端轻型直流输电，陆上交流电网端的换流器采用电流源型换流器，其成本更低，运行损耗更小；与基于电流源型换流器的两端直流输电相比，本发明不需要在海上风电场建设面积巨大的平台以安放电流源型换流器配套的无功补偿和滤波装置，平台建设成本更低。相比于混合型多端直流输电系统，当直流输电线路发生故障时，只单个风电场的功率外送受阻，其供电可靠性更高。本发明可作为一种用于将海上风电场并入交流电网的典型方案。
附图说明
图1是采用双极性接线的混合直流输电系统拓扑；
图2是采用单极性负极接地的混合直流输电系统拓扑；
图3是采用单极性正极接地的混合直流输电系统拓扑。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
见图1，一种混合型两端直流输电系统由一个电压源型换流器，一个电流源型换流器和相应的直流输电线路构成。在风电场附近建立一个基于全控器件的电压源型换流器，将风电场联接至电压源型换流器的交流母线上，在受端电网建设一个基于晶闸管的电流源型换流器，电流源型换流器的交流母线联接至受端电网，将电压源型换流器和电流源型换流器的直流母线通过直流输电线路联接在一起，构成一个混合型直流输电系统。
当风电场为海上风电场且距离受端电网较远时，输电线路采用电力电缆。当风电场浅海风电场，潮间带风电场或陆上风电场时，输电线路可以采用架空线路或电力电缆。
与传统两端直流输电系统类似，混合型直流输电系统可以采用双极性接线和单极性接线两种接线方式。
所述电压源型换流器是基于全控型开关器件的，其具体拓扑可以是三相两电平型换流器，钳位型多电平电压源换流器，级联型多电平换流器，模块化多电平电压源换流器以及多脉波电压源换流器等。
以上列举的仅是本发明的若干个具体实施实例，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形，本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种混合型两端直流输电系统，其特征在于，包括电压源型换流器和电流源型换流器，其中，所述电压源型换流器和电流源型换流器对应的直流母线通过直流输电线路联接在一起，风电场联接在该电压源型换流器的交流母线上，所述电流源型换流器交流母线连接受端电网。
2.根据权利要求1所述的一种混合型两端直流输电系统，其特征在于，所述电压源型换流器为基于全控开关器件的电压源型换流器，其具体拓扑可以是三相两电平型换流器、钳位型多电平电压源换流器、级联型多电平换流器、模块化多电平电压源换流器或者多脉波电压源换流器。
3.根据权利要求1或2所述的一种混合型两端直流输电系统，其特征在于，所述电流源型换流器为基于晶闸管的电流源型换流器。
4.根据权利要求1-3之一所述的一种混合型两端直流输电系统，其特征在于，所述直流输电线路可以是架空线路，也可以是电力电缆。
5.根据权利要求1-4之一所述的一种混合型两端直流输电系统，其特征在于，该输电系统可以采用双极性接线，也可以采用单极性接线。
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