CN105846454A - 一种三端混合直流输电动模试验系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种三端混合直流输电动模试验系统，该系统包括两个背靠背连接的LCC换流站、一个VSG换流站、运行模式切换隔离开关及模拟电网阻抗特性的RT‑LAB功放，各LCC换流站及VSG换流站通过对应的运行模式切换隔离开关接入直流母线，各LCC换流站及VSG换流站分别通过对应的RT‑LAB功放连接于电网。本发明的动模试验系统能够为混合直流输电的研究提供一个真实的物理模型，利用该动模试验系统对混合直流输电的运行模式、控制方式、故障及保护进行研究，对混合直流输电系统在新能源并网应用进行研究，研究结果更为接近工程实际，为混合直流输电系统的工程化应用打下基础。

Description

一种三端混合直流输电动模试验系统
技术领域
本发明属于高压直流输电技术领域，具体涉及一种三端混合直流输电动模试验系统。
背景技术
20世纪50年代以来，传统高压直流输电系统(又称电网换相换流器高压直流输电系统，LCC-HVDC)以其远距离大容量输电、有功功率快速可控等特点在世界范围内得到了快速发展，目前已被广泛地应用于大容量远距离输电以及异步电网背靠背互联等场合。但LCC-HVDC由于采用无自关断能力的普通晶闸管作为换流元件，需要借助一定强度的交流系统实现换相，这使其存在着逆变站有换相失败风险、无法对弱交流系统供电、不能作为电网大停电的恢复电源，且运行中需要消耗大量无功功率等缺陷，一定程度上制约了它的发展。
近年来以全控型器件为基础的电压源换流器高压直流输电(VSC-HVDC)因其可独立控制有功无功功率、不存在换相失败、可为无源孤岛供电等诸多优点得到学术界与工业界的青睐。然而，与LCC相比，现有常用的VSC拓扑普遍存在着制造成本高、损耗大，且无直流故障穿越能力等缺陷，这使得VSC-HVDC在长距离大容量输电场合的运行受到制约。
为了取长补短，结合LCC-HVDC技术成熟、成本低廉和VSC-HVDC技术调节性能优良的特点，混合直流输电技术成为新的研究热点。混合直流输电技术结合了传统LCC-HVDC技术成熟、成本低、容量高的特点以及VSC-HVDC无换相失败，控制灵活，拓展性能强的优点，在满足系统输电的同时，能够有效改善目前常规直流输电受端换相失败等问题，在柔性直流尚不具备与常规直流相当的输电容量的现状下，是一种具备较高技术经济性的优化配置方案，如申请号为201110166943.8的《一种混合型直流输电系统》、申请号为201410692708.8的《一种LCC-VSC型混合直流输电系统拓扑结构及启动方法》等。
现有技术中为了研究混合型直流输电系统大都采用软件仿真的方式，如文献《交直流混合输电系统的实例仿真分析》(作者：刘建斌等，期刊：宁夏工程技术，2009年3月)，缺乏一种更接近实际工程应用的混合型直流输电系统物理模型。
发明内容
本发明提供了一种三端混合直流输电动模试验系统，以解决现有的混合型直流输电系统数字仿真方法的仿真结果不能真实的反应实际的混合型直流输电系统运行工况的问题。
为解决上述技术问题，本发明的三端混合直流输电动模试验系统包括：两个背靠背连接的LCC换流站、一个VSG换流站、运行模式切换隔离开关及模拟电网阻抗特性的RT-LAB功放，各LCC换流站及VSG换流站通过对应的运行模式切换隔离开关接入直流母线，各LCC换流站及VSG换流站分别通过对应的RT-LAB功放连接于电网。
所述三端混合直流输电动模试验系统中，采用电阻-电感-电容(R-L-C)网络模拟直流线路。
所述LCC换流站由两个6脉动晶闸管换流器构成12脉冲换流器，12脉冲换流器中性点接地。
所述VSG换流站由两个三相全桥MMC换流器串联构成，VSG换流站中性点接地，构成双极型VSC换流站。
两个6脉动晶闸管换流器均经过对应的变压器和断路器连接于交流母线，一个变压器的阀侧为三角形接线，另一个变压器的阀侧为星形接线，相位相差30度。
VSG换流站的两个三相全桥MMC换流器均经过对应的变压器和断路器连接于交流母线。
所述运行模式切换隔离开关为断路器。
本发明的有益效果是：采用本发明所述的动模试验系统，能够为混合直流输电的研究提供一个真实的物理模型，利用该动模试验系统对混合直流输电的运行模式、控制方式、故障及保护进行研究，对混合直流输电系统在新能源并网应用进行研究。与数字仿真研究相比，在物理模型上进行研究，结果更为接近工程实际，为混合直流输电系统的工程化应用打下基础。
附图说明
图1为三端混合直流输电动模试验系统主回路拓朴图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的技术方案作进一步详细介绍。
如附图1所示，三端混合直流输电动模试验系统包括两个背靠背连接的LCC换流站、一个VSG换流站、运行模式切换隔离开关及模拟电网阻抗特性的RT-LAB功放，各LCC换流站及VSG换流站通过对应的运行模式切换隔离开关接入直流母线，各LCC换流站及VSG换流站分别通过对应的RT-LAB功放连接于电网。
下面对试验系统的各个组成部分作详细说明：
端1是LCC换流站，整流运行，端1的LCC换流站由2个6脉动晶闸管换流器V11和V12串联构成12脉动换流器，12脉动换流器中性点接地，构成正负双极系统。6脉动晶闸管换流器V11经过变压器T11和断路器QF11连接于交流母线，6脉动晶闸管换流器V12经过变压器T12和断路器QF12连接于交流母线，变压器T11的阀侧为三角形接线，变压器T12的阀侧为星形接线，相位相差30度。交流母线上并联连接滤波器Z1，滤波器的作用是滤除换流器运行时产生的谐波，同时补偿换流器运行时吸收的无功功率。端1LCC换流站通过RT-LAB功放Zs1连接于电网或新能源发电系统，RT-LAB功放用于模拟电网阻抗，模拟LCC换流站接入不同强度的电网。
端2是LCC换流站，逆变运行，端2的LCC换流站由2个6脉动晶闸管换流器V21和V22串联构成12脉动换流器，12脉动换流器中性点接地，构成正负双极系统。6脉动晶闸管换流器V21经过变压器T21和断路器QF21连接于交流母线，6脉动晶闸管换流器V22经过变压器T22和断路器QF22连接于交流母线，变压器T11的阀侧为三角形接线，变压器T12的阀侧为星形接线，相位相差30度。交流母线上并联连接滤波器Z2，滤波器的作用是滤除换流器运行时产生的谐波，同时补偿换流器运行时吸收的无功功率。端2LCC换流站通过RT-LAB功放Zs2连接于电网或新能源发电系统。
端3时VSC换流站，端3的VSC换流站由2个三相全桥MMC换流器V31和V32串联构成VSC中性点接地，构成双极型VSC。换流器V31经过变压器T31和断路器QF31连接于交流母线，换流器V32经过变压器T32和断路器QF32连接于交流母线。端3VSC换流站通过RT-LAB功放Zs3连接于电网或新能源发电系统。
端1LCC换流站的直流正极母线经平波电抗器L11和隔离开关QS11接入直流正极母线，端1LCC换流站的直流负极母线经平波电抗器L12和隔离开关QS12接入直流负极母线。
端2LCC换流站的直流正极母线经平波电抗器L21和隔离开关QS21接入直流正极母线，端2LCC换流站的直流负极母线经平波电抗器L22和隔离开关QS22接入直流负极母线。
端3VSC换流站的直流正极母线经隔离开关QS31接入直流正极母线，端3VSC换流站的直流负极母线经隔离开关QS32接入直流负极母线。
隔离开关QS11、QS12、QS21、QS22、QS31、QS32组成运行模式切换隔离开关组。
通过控制隔离开关QS11、QS12、QS21、QS22、QS31、QS32的闭合和关断可以使端混合直流输电动模试验系统运行于不同的模式。
对长距离的直流输电线路，采用电阻-电感-电容(R-L-C)网络模拟直流线路。
双极运行时，三端混合直流输电动模试验系统运行于以下模式时的隔离开关组状态：
1)运行于LCC输电模式，一端LCC工作于整流，另一端LCC工作于逆变，VSC工作于STATCOM模式，此时QS11、QS12、QS21、QS22、QS31、QS32均合上，VSC控制工作于STATCOM模式。
2)运行于LCC-VSC混合直流输电模式，一端LCC工作于整流，VSC工作于逆变，另一端LCC停运，此时QS11、QS12、QS31、QS32合上，QS21和QS22断开。
3)运行于VSC-LCC混合直流输电模式，VSC工作于整流，一端LCC工作于逆变，另一端LCC停运，此时QS21、QS22、QS31、QS32合上，QS11和QS12断开。
4)运行于三端混合直流输电模式，一端LCC工作于整流，另一端LCC工作于逆变，VSC根据功率流的设定方向确定工作于整流或逆变，此时QS11、QS12、QS21、QS22、QS31、QS32均合上。
单极运行时，将退出运行的极所连接的隔离开关断开即可。
以上给出了具体的实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。本发明的基本思路在于上述基本方案，对本领域普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出各种变形的模型、公式、参数并不需要花费创造性劳动。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种三端混合直流输电动模试验系统，其特征在于，该系统包括两个背靠背连接的LCC换流站、一个VSG换流站、运行模式切换隔离开关及模拟电网阻抗特性的RT-LAB功放，各LCC换流站及VSG换流站通过对应的运行模式切换隔离开关接入直流母线，各LCC换流站及VSG换流站分别通过对应的RT-LAB功放连接于电网。
2.根据权利要求1所述三端混合直流输电动模试验系统，其特征在于，所述LCC换流站由两个6脉动晶闸管换流器构成12脉冲换流器，12脉冲换流器中性点接地。
3.根据权利要求1所述三端混合直流输电动模试验系统，其特征在于，所述VSG换流站由两个三相全桥MMC换流器串联构成，VSG换流站中性点接地，构成双极型VSC换流站。
4.根据权利要求2所述三端混合直流输电动模试验系统，其特征在于，两个6脉动晶闸管换流器均经过对应的变压器和断路器连接于交流母线，一个变压器的阀侧为三角形接线，另一个变压器的阀侧为星形接线，相位相差30度。
5.根据权利要求2所述三端混合直流输电动模试验系统，其特征在于，VSG换流站的两个三相全桥MMC换流器均经过对应的变压器和断路器连接于交流母线。
6.根据权利要求1所述三端混合直流输电动模试验系统，其特征在于，采用电阻-电感-电容网络模拟直流线路。
7.根据权利要求1-6任一所述三端混合直流输电动模试验系统，其特征在于，所述运行模式切换隔离开关为断路器。
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