CN104578186A - 一种网间联络器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种网间联络器，包括第一换流器和第二换流器，第一换流器的正极与第二直流电网的正极相连接，第一换流器的负极与第一直流电网的正极相连接，第二换流器正极与第一直流电网的负极相连接，第二换流器的负极与第二直流电网的负极相连接，第一换流器和第二换流器的交流端通过交流变压器与交流电网相连接。本发明还公开另一种网间联络器，包括一个换流器，其正极与第二直流电网的正极相连接，负极与第一直流电网的正极相连接，换流器的交流端通过交流变压器与交流电网相连接。本发明的联络器可以实现两直流电网与一交流电网的互联传输，相对于传统互联，减少了换流器数量、降低了换流器容量，显著降低系统投资以及互连系统的运行损耗。

Description

一种网间联络器

技术领域

本发明属于电力系统柔性输配电技术领域，具体涉及一种网间联络器，用于互连两个直流电网和一个交流电网。

背景技术

随着模块化多电平换流器的发展，利用模块化多电平换流器构成直流电网是电力工业界近年来备受关注的一个热点。互连各个区域直流电网和现有系统已经大量运行的交流电网是一个亟待解决的问题。

现有常规技术一般使用交流-直流换流器互连交流电网和直流电网，为了互连两个直流电网，则通常需要直流-交流-直流变换器。以互连一个交流电网和两个直流电网为例，为了实现交流电网分别与两个直流电网互连，需要分别建设两个交流/直流换流器，为了实现两个直流电网间的互连，则需要一个直流-交流-直流变换器。

图1给出了采用常规技术互联第一直流电网8，第二直流电网9和交流电网14所采用的接线方式。该常规技术总共需要建设21，22，23，24共四个换流器，其中换流器21和22的直流侧分别与第一直流电网8和第二直流电网9的直流侧相连接，换流器21和22的交流侧连接在一起从而构成一个直流-交流-直流变换器互联第一直流电网8和第二直流电网9，换流器23通过交流/直流变换，在直流侧与第一直流电网8连接，在交流侧与交流电网14相连接从而互连了交流电网14和第一直流电网8；类似地，换流器24通过交流/直流变换，在直流侧与第二直流电网9连接，在交流侧与交流电网14相连接从而互连了交流电网14和第二直流电网9。

因此，采用常规技术互连一个交流电网和两个直流电网至少需要4个换流器，所需总的换流器投资成本高，运行损耗大。

上述传统互连技术的一个显著特点是两个直流电网之间没有直接的电气互连，互连系统没有充分利用两个直流电网之间已经存在的电压差。

发明内容

为了改进上述传统互连技术存在的缺点，降低互连系统所使用的总的换流器容量从而降低成本，降低运行损耗，本发明提供了一种网间联络器，其充分利用第一直流电网已经存在的直流电压，在直流侧对第一直流电网和第二直流电网进行一定程度的直接电气互联，使得只需要建设换流器以弥补第一直流电网和第二直流电网之间的电压差值，无需建设2个与第一直流电网直流电压相等的换流器以及2个与第二直流电网额定直流电压相等的换流器，从而减少了换流器数量、降低了换流器容量，显著降低系统投资以及互连系统的运行损耗。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供一种网间联络器，用于实现两个额定直流电压不同的直流电网和一个交流电网之间的互联传输，其特征在于，该网间联络器包括第一换流器和第二换流器，其中，所述第一换流器的正极与第二直流电网的正极相连接，所述第一换流器的负极与第一直流电网的正极相连接，第二换流器正极与第一直流电网的负极相连接，第二换流器的负极与第二直流电网的负极相连接，所述第一换流器和第二换流器的交流端通过交流变压器与交流电网相连接。

作为本发明的改进，所述第一直流电网和第二直流电网都为双极性直流系统。

作为本发明的改进，所述第一换流器和第二换流器的额定直流电压为第二直流电网和第一直流电网额定直流电压差值的一半。

作为本发明的改进，所述第一换流器和第二换流器的额定电流为流入/流出第二直流电网的额定直流电流。

作为本发明的改进，所述第一直流电网为单极性直流系统，相应地，所述两换流器中与该单极性直流系统的接地端连接的换流器的高电压端接地。

作为本发明的改进，所述与该单极性直流系统的接地端连接的换流器的额定直流电压为所述另一直流电网额定直流电压的一半，另一换流器的额定直流电压为与其连接的直流电网额定直流电压与另一直流电网额定直流电压一半的差值。

作为本发明的改进，所述第一换流器和第二换流器的交流端分别通过两绕组变压器与交流电网相连接。

作为本发明的改进，所述两绕组变压器采用三角/星型、星型/三角或三角/三角的接线方式，以消除第一换流器或第二换流器的不平衡直流中性点。

作为本发明的改进，所述第一换流器和第二换流器通过一个三绕组变压器连接至所述交流电网。

作为本发明的改进，所述三绕组变压器包括与第一换流器交流端连接的第二绕组、与第二换流器交流端连接的第三绕组以及与交流电网连接的第一绕组，其中，所述第一绕组采用星型接线方式，第二绕组和第三绕组采用三角接线方式，用以分别消除第一换流器和第二换流器的直流侧不平衡中性点；或者，所述三绕组变压器的第一绕组采用三角接线方式，第二绕组和第三绕组采用星型接线方式，用以消除第一换流器和第二换流器的直流侧不平衡中性点。

作为本发明的改进，所述的第一换流器和第二换流器根据功率传输方向的要求，可以采用电压源型换流器，相控换流器和/或三相不控整流桥。

按照本发明的另一方面，提供一种网间联络器，用于实现两个额定直流电压不同的直流电网和一个交流电网之间的互联传输，其中该两个直流电网的负极接地，其特征在于，该网间联络器包括一个换流器，该换流器的正极与第二直流电网的正极相连接，换流器的负极与第一直流电网的正极相连接，所述换流器的交流端通过交流变压器与交流电网相连接。

本发明的网间联络器，可以实现两个直流电网和一个交流电网之间的功率互送，该联络器包括一个或两个换流器，换流器直流侧与低压直流电网串联后以达到与高压直流电网近似的额定直流电压，换流器交流侧与交流电网相连接。

本发明中，所互连的第一直流电网和第二直流电网可以都为单极性直流电网，所述的网间联络器只包含一个换流器，换流器的正极通过直流线路与第二直流电网的正极相连接，换流器的负极与第一直流电网的正极相连接，换流器的交流侧通过星形/三角接线或三角/星形接线的变压器与交流电网相连接。

本发明中，所互连的第一直流电网为单极性直流电网，第二直流电网为双极性直流电网，所述网间联络器包括第一换流器和第二换流器共2个换流器，所述第一换流器的正极通过直流线路与第二直流电网的正极相连接，所述第一换流器的负极通过直流线路与第一直流电网的正极相连接，所述第二换流器的正极经直流线路与地相连接，所述第二换流器的负极经直流线路与第二直流电网的负极相连接，所述第一换流器和第二换流器的交流端各通过一个星形/三角接线或三角/星形接线的变压器与交流电网相连接。

本发明中，所互连的第一直流电网为单极性直流电网，第二直流电网为双极性直流电网，所述网间联络器包括第一换流器和第二换流器共2个换流器，所述第一换流器的正极通过直流线路与第二直流电网的正极相连接，所述第一换流器的负极通过直流线路与第一直流电网的正极相连接，所述第二换流器的正极经直流线路与地相连接，所述第二换流器的负极经直流线路与第二直流电网的负极相连接，所述第一换流器和第二换流器的交流端通过一个三绕组变压器与交流电网相连接，所述三绕组变压器的第一绕组与交流电网相连接，所述三绕组变压器的第二绕组和第三绕组分别与第一换流器和第二换流器的交流侧相连接，为了消除第一换流器和第二换流器的直流侧中性点不平衡问题，所述三绕组变压器的第一绕组，第二绕组，第三绕组分别采用星形，三角，三角接线或三角，星形，星形的接线方式。

本发明中，当所互连的第一直流电网和第二直流电网都为双极性直流系统时，第一换流器和第二换流器的额定直流电压为第二换流器与第一换流器额定直流电压差值的一半，第一换流器和第二换流器的额定直流电流为所互连第二直流电网额定的输入/输出直流电流。

本发明中，当所互连的第一直流电网为单极性直流系统，第二直流电网为双极性直流系统时，第一换流器的额定直流电压为第二直流电网额定直流电压的一半与第一直流电网的差值，第二换流器的额定直流电压为第二直流电网额定直流电压的一半。

本发明中，当所互连的第一直流电网和第二直流电网都为单极性直流系统时，所述网间联络器只需要一个换流器，所述换流器的额定直流电压为第二直流电压额定直流电压与第一直流电网额定直流电压的差值，

本发明中，所述换流器的额定直流电流为第二直流电网额定输入/输出直流电流。

总体而言，本发明的变换器相对于现有技术，具有如下技术效果：

(1)为了互连两个直流电网和1个交流电网，本发明最多只需要2个环流器，而常规技术为了实现3个电网的互连至少需要4个换流器，本发明所需要的换流器数量少于常规技术从而降低了系统投资。

(2)本发明互连第一直流电网和第二直流电网时，充分利用了第一直流电网已经存在的直流电压，而常规技术为了互连第一直流电网和第二直流电网，需要建设额定直流电压分别与第一直流电网和第二直流电网额定直流电压等的共计两个换流器，本发明可以通过更少的换流器容量互连两个直流电网从而降低系统投资。

(3)由于本发明能够降低互连系统所需要的换流器容量，为此本发明能够降低互连系统的运行损耗。

(4)由于本发明能够降低互连系统所需要的换流器容量，本发明所需要的交流链路容量也低于常规技术。

附图说明

图1是采用常规技术互联一个交流电网和两个直流电网所采用的连接方式；

图2是互连两个双极性直流电网和一个交流电网的网间联络器；

图3是利用三绕组变压器互连交流电网和两个换流器交流侧的网间联络器；

图4是第一换流器和第二换流器采用相控整流器的网间联络器；

图5是通过三绕组变压器互连交流电网和两个相控整流器交流端的网间联络器；

图6是第一换流器和第二换流器采用相控逆变器的网间联络器；

图7是第一换流器和第二换流器采用不控整流桥的网间联络器；

图8是互连两个单极性直流电网的网间联络器；

图9是互连两个单极性直流电网，直流电网负端经接地回线连接在一起的网间联络器；

图10是互连单极性第一直流电网和双极性第二直流电网的网间联络器；

图11是利用三绕组变压器互连单极性第一直流电网和双极性第二直流电网的网间联络器；

图12是互连双极性第一直流电网和单极性第二直流电网和一个交流电网的网间联络器。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本发明实施例提供的网间联络器用于互联两个额定直流电压不同的直流电网和一个交流电网，能够解决现有的交直流电网互连技术存在的交流电网只能与一个直流电网互连，无法同时与两个直流电网互联所带来的换流器成本高，损耗大的缺点。

如图2所示，按照本发明一个实施例所构建的网间联络器主要包括第一换流器1，第二换流器2，其中第一换流器1的正极与第二直流电网9的正极相连接，第一换流器1的负极与第一直流电网8的正极相连接，第二换流器2的正极与第一直流电网8的负极相连接，第二换流器2的负极经直流线路6与第二直流电网9的负极相连接，第一换流器1和第二换流器2的交流端经交流变压器4以及交流线路15与交流电网14相连接。为了消除第一换流器1和第二换流器2的直流中性点不平衡问题，交流变压器4的的交流端采用星形/三角接线或三角/星形接线的接线方式。

本方案中通过利用第一直流电网已经存在的直流电压，在直流侧对第一直流电网8和第二直流电网9进行一定程度的直接电气互联，使得只需要建设换流器以弥补第一直流电网和第二直流电网之间的电压差值，无需像常规技术方案中那样建设两个与第一直流电网直流电压相等的换流器以及两个与第二直流电网额定直流电压相等的换流器。本实施例的技术方案减少了互连系统所需要的换流器的数量以及换流器容量，从而降低系统投资以及互连系统的运行损耗，本发明中，记第一直流电网8的额定直流电压低于第二直流电网9的额定直流电压。

为了节省所使用的交流变压器容量，图3的实施例给出了应用三绕组变压器互联交流电网、第一换流器1交流端和第二换流器2交流端的网间联络器的技术方案。其中所述三绕组变压器16的第一绕组16a与交流电网14相连接，第二绕组16b和第三绕组16c分别和第一换流器1和第二换流器2的交流端相连接，为了消除第一换流器1和第二换流器2的直流中性点不平衡问题，第一绕组16a采用星形接线方式，第二绕组16b和第三绕组16c采用三角接线的方式；类似地，也可以第一绕组16a采用三角接线方式，第二绕组16b和第三绕组16c采用星形接线方式。

图4的实施例给出了第一换流器1和第二换流器2采用相控整流器的网间联络器的方案，该网间联络器用于将交流电网14和第一直流电网8的功率单向地传输到第二直流电网9。

图5的实施例给出了采用三绕组变压器16互连交流电网14和第一换流器1及第二换流器2交流端的单向整流型网间联络器的技术方案。

图6为单向逆变型网间联络器的实施例，第一换流器1和第二换流器2为采用相控换流器的逆变器，该单向逆变型网间联络器用于单向地将第二直流电网9的功率传输到交流电网14和第一直流电网8。

图7为采用三相不控整流桥的网间联络器的实施例，图7所示网间联络器与图3所示网间联络器拓扑基本相同，区别在于图3所示的第一换流器1和第二换流器2由三相不控整流桥实现。

图8为连接单极性第一直流电网8，单极性第二直流电网9和交流电网14的网间联络器的实施例，该网间联络器共包含一个换流器1，换流器1的正极与第二直流电网9的正极相连接，换流器1的负极与第一直流电网8的正极相连接，第一直流电网8和第二直流电网9的负极均接地，换流器1的交流侧经交流变压器4以及交流输电线路15与交流电网14相连接。

图9实施例与图8实施例类似，区别在于第一直流电网8和第二直流电网9的负极经过接地回线16连接在一起。

图10为互连单极性第一直流电网8和双极性第二直流电网9以及交流电网14的网间联络器的实施例，共包含第一换流器1和第二换流器2两个换流器，第一换流器1的正极与第二直流电网9的正极相连接，第1换流器1的负极与第一直流电网8的正极相连接，第二换流器2的正极与第一直流电网1的地相连接，第二换流器2的负极与第二直流电网9的负极相连接，第一换流器1和第二换流器2的交流侧分别通过交流变压器21和22连接至交流电网14。

图11实施例与图10实施例类似，区别在于采用了一个三绕组变压器16互连交流电网14以及第一换流器1和第二换流器2的交流端。

图12为互连双极性第一直流电网8和单极性第二直流电网9以及交流电网14的网间联络器的实施例。

本发明中第一换流器1，第二换流器2和第三换流器3优选采用电压源型换流器以实现功率的双向流动，电压源型换流器是本领域的公知器件，可以有两电平换流器，三电平换流器，模块化多电平换流器等多种拓扑结构。

本发明的用于连接两个不同额定直流电压的直流电网和一个交流电网的网间联络器，相比与常规的采用直流-直流变换器连接两个直流电网以及采用两个交流/直流换流器将一个交流电网和两个直流电网互联的方案，其优势在于：

(1)本发明所需要的换流器总个数为1个或2个，常规技术总共至少需要4个换流器，为此本发明换流器的成本小于常规技术。

(2)本发明所建设的换流器用于和第一直流电网串联后达到与第二直流电网相同的额定直流电网，换流器的额定直流电压低，而常规技术需要建设两个与第二直流电网额定直流电压相等的换流器，成本高。

(3)由于本发明所采用的总的换流器容量少于传统技术所采用换流器容量，本发明也能节省所采用的交流变压器，相电抗等的容量。

(4)本发明第一直流电网和第二直流电网之间传输的部分功率可以通过第一直流电网和第二直流电网之间的直接电气联接进行传输，仅需要少部分所互联的功率进行交流/直流变换，因此本发明相比与常规技术运行损耗小。

以上所述仅为本领域的技术人员容易理解的本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (16)

1.一种网间联络器，用于实现两个额定直流电压不同的直流电网和一个交流电网之间的互联传输，其特征在于，该网间联络器包括第一换流器(1)和第二换流器(2)，其中，

所述第一换流器(1)的正极与第二直流电网(9)的正极相连接，所述第一换流器(1)的负极与第一直流电网(8)的正极相连接，所述第二换流器(2)正极与第一直流电网(8)的负极相连接，第二换流器(2)的负极与第二直流电网(9)的负极相连接，所述第一换流器(1)和第二换流器(2)的交流端通过交流变压器与交流电网(14)相连接，所述第二直流电网(9)的额定直流电压高于所述第一直流电网(8)的额定直流电压。

2.根据权利要求1所述的一种网间联络器，其中，所述第一直流电网(8)和第二直流电网(9)都为双极性直流系统。

3.根据权利要求2所述的一种网间联络器，其中，所述第一换流器(1)和第二换流器(2)的额定直流电压为第二直流电网(9)和第一直流电网(8)额定直流电压差值的一半。

4.根据权利要求2或3所述的一种网间联络器，其中，所述第一换流器(1)和第二换流器(2)的额定电流为流入/流出第二直流电网(9)的额定直流电流。

5.根据权利要求1-3中任一项所述的一种网间联络器，其中，所述第一直流电网为单极性直流系统，相应地，所述两换流器中与该单极性直流系统的接地端连接的换流器的高电压端接地。

6.根据权利要求5所述的一种网间联络器，其中，所述与该单极性直流系统的接地端连接的换流器的额定直流电压为所述第二直流电网额定直流电压的一半，另一换流器的额定直流电压为所述第二直流电网额定电压的一半与所述第一直流电网额定直流电压的差值。

7.根据权利要求1-6中任一项所述第一换流器(1)和第二换流器(2)的交流端分别通过两绕组变压器(4)与交流电网(14)相连接。

8.根据权利要求7所述的一种网间联络器，其中，所述两绕组变压器采用三角/星型、星型/三角或三角/三角的接线方式，以消除第一换流器(1)或第二换流器(2)的不平衡直流中性点。

9.根据权利要求1-6中任一项所述的一种网间联络器，其中，所述第一换流器(1)和第二换流器(2)通过一个三绕组变压器(16)连接至所述交流电网(14)。

10.根据权利要求9所述的一种网间联络器，其中，所述三绕组变压器(16)包括与第一换流器(1)交流端连接的第二绕组(16a)、与第二换流器(2)交流端连接的第三绕组(16b)以及与交流电网(10)连接的第一绕组(16a)，其中，

所述第一绕组(16a)采用星型接线方式，第二绕组(16b)和第三绕组(16c)采用三角接线方式，用以分别消除第一换流器(1)和第二换流器(2)的直流侧不平衡中性点；

或者，所述三绕组变压器(16)的第一绕组(16a)采用三角接线方式，第二绕组(16b)和第三绕组(16c)采用星型接线方式，用以消除第一换流器(1)和第二换流器(2)的直流侧不平衡中性点。

11.根据权利要求1-10中任一项所述的一种网间联络器，其中，所述的第一换流器(1)和第二换流器(2)根据功率传输方向的要求，可以采用电压源型换流器、相控换流器或三相不控整流桥。

12.一种网间联络器，用于实现两个额定直流电压不同的直流电网和一个交流电网之间的互联传输，其中该两个直流电网均为单极性直流电网，其特征在于，该网间联络器包括一个换流器(1)，该换流器(1)的正极与第二直流电网(9)的正极相连接，换流器(1)的负极与第一直流电网(8)的正极相连接，所述换流器(1)的交流端通过交流变压器(4)与交流电网(14)相连接。

13.根据权利要求12所述的一种网间联络器，其中，所述换流器(1)的额定直流电压为第二直流电网(8)与第一直流电网(9)额定电压之差。

14.根据权利要求12或13所述的一种网间联络器，其中，所述换流器(1)的额定电流为流入/流出第二直流电网(9)的额定电流。

15.根据权利要求12-14中任一项所述的一种网间联络器，其中，所述交流变压器(4)采用三角/星形或星形/三角接线方式以消除换流器(1)的直流中性点不平衡。

16.根据权利要求12-15中任一项所述的一种网间联络器，其中，所述换流器(1)可以采用电压源型换流器、相控换流器或三相不控整流桥。