CN107104457A - 一种基于lcc‑aac型的混合直流输电系统 - Google Patents

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赵剑
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Abstract

本发明公开了属于高压直流输电技术领域的一种基于LCC‑AAC型的混合直流输电系统。混合直流输电系统的整流侧由一个电网换相换流器LCC构成，逆变侧由一个桥臂交替导通换流器AAC构成；该系统结合了LCC技术的成熟技术、成本低廉和AAC不存在换相失败问题、具备有功和无功功率独立解耦控制、直流故障穿越能力。本发明作为一种新型的混合直流输电系统，结合了LCC和AAC的技术优势，对LCC和AAC各自的缺陷进行了完善；减小换流器的体积和重量，尤其适用于海上钻井平台等对空间要求较高的场合。

Description

一种基于LCC-AAC型的混合直流输电系统
技术领域
本发明涉及高压直流输电技术领域，具体涉及一种基于LCC-AAC型的混合直流输电系统。
背景技术
基于电网换相换流器型高压直流输电(Line Commutated Converter HighVoltage Direct Current,LCC-HVDC)具有输电容量大、输送功率快速可控、输电距离远等特点，已被应用于世界上的许多工程项目，技术成熟，运行经验丰富。但是由于传统高压直流输电系统采用无自关断能力的半控型器件，在其运行过程中存在发生换相失败风险，也不能作为电网大停电的恢复电源，并且需要消耗大量无功功率，在一定程度上制约了它的发展。
近年来，随着电力电子技术的进步(参考如下三个参考文献)，基于桥臂交替导通换流器的直流输电技术(Alternate Arm Converter based High Voltage DirectCurrent,AAC-HVDC)技术快速发展，该技术采用全控型器件，所需子模块数量较少，大大减小换流器的体积和重量，可以限制和清除直流侧故障带来的故障电流。同时利用AAC的有功无功独立调节能力来调节交流电压，从而增大LCC的最大传输有功功率能力并减小其换相失败的可能。但是相对传统直流而言，存在工程造价高等缺点。为了发挥两者的优点，同时规避各自的缺点，将两种输电技术结合起来组成的LCC-AAC混合直流输电系统成为目前新的研究方向。
参考文献
[1]薛英林,徐政.稳态运行和直流故障下桥臂交替导通多电平换流器的控制策略[J].高电压技术,2012.38(6):1521-1528。
[2]徐莹，赵鹏豪，赵成勇.桥臂交替导通换流器的模块最优冗余配置方法[J].电力系统自动化。
[3]冯亚东，汪楠楠.基于换流角的桥臂交替导通多电平换流器电容电压控制[J].电力系统自动化。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于LCC-AAC型的混合直流输电系统，其特征在于，
该混合直流输电系统包括送端换流站和受端换流站；送端换流站为由送端交流系统和LCC换流装置构成的LCC系统，受端换流站为受端交流系统和AAC换流器构成的AAC系统；LCC系统的直流侧通过架空线对应连接AAC系统的直流侧；即所述LCC系统与AAC系统的架空线上均串接平波电抗器；然后再各并联一个两个直流滤波器DCF两端由架空线连接；其中，LCC换流装置由晶闸管换流器组成；AAC换流器由整形电路和导通开关构成；
所述送端交流系统由等效受端交流系统S1、受端交流系统阻抗ZS1组成；并通过送端换流变压器TS1与LCC换流装置相联结。
所述受端交流系统由等效受端交流系统S2和受端交流系统阻抗ZS2组成，并通过受端换流变压器TS2与AAC换流器相联结。
所述LCC系统由换流变压器、LCC换流装置、交流开关、交流滤波器、无功补偿器、平波电抗、控制保护装置和架空线构成；其为混合直流输电系统的整流侧；LCC系统的交流端与地之间串接有无功补偿装置和交流滤波器ACF，起补偿无功和滤除谐波的作用；LCC换流装置由晶闸管换流器组成，两端串联平波电抗器L后再并联送端直流滤波器DCF1；主要用于平抑纹波；送端直流滤波器DCF1两端通过架空线与AAC系统直流侧的受端直流滤波器DCF2相联结。
所述LCC换流装置为六脉动桥式电路，或者十二脉动桥式电路，或者双十二脉动桥式电路。
所述AAC系统由受端交流系统、AAC换流器、直流电容C、受端交流滤波器ACF2、换流变压器和控制保护装置构成；其为混合直流输电系统的逆变侧；其中AAC换流器由全桥子模块串联组成的整形电路和由绝缘双极晶体管串联组成的导通开关两部分构成，多个全桥子模块FBSM(full bridge sub-module,FBSM)串联形成整形电路WSC；AAC换流器具体由三个对称的相单元组成，每个相单元包含上下两个桥臂，每个桥臂由整形电路和导通开关构成。
本发明的有益效果是与现有技术相比，具有如下特点，：
1.本发明作为一种新型的混合直流输电系统，解决现有的LCC直流输电系统和AAC直流输电系统均存在缺陷；并且所需子模块数量降低，大大减小换流器的体积和重量，尤其适用于如海上钻井平台等对空间要求较高的场合。
2.本发明可以限制和清除直流侧故障带来的故障电流，提高了VSC-HVDC的可用率。
3.本发明利用AAC的有功无功独立调节能力来调节交流电压，从而增大LCC的最大传输有功功率能力并减小其换相失败的可能。
4.本发明由于AAC系统导通开关的作用，任一时刻每相只有一个桥臂导通，可以消除相间环流；导通开关每半个周期动作一次以决定桥臂的开关状态，因此开关频率很低；换流器中整形电路需要产生的最大电压为直流电压的一半，相比于全桥MMC，整形电路中的子模块数目约减少一半，从而减少了投资。
附图说明
图1为基于LCC-AAC型的混合直流输电系统拓扑图。
图2为AAC系统中的AAC拓扑图。
具体实施方式
本发明提供一种基于LCC-AAC型的混合直流输电系统；下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
如图1所示的混合直流输电系统包括送端换流站和受端换流站；送端换流站为由送端交流系统和LCC换流装置构成的LCC系统，受端换流站为受端交流系统和AAC换流器构成的AAC系统；LCC系统的直流侧通过直流输电线路对应连接AAC系统的直流侧。
所述LCC系统由送端交流系统、送端换流变压器TS1、LCC换流装置、交流开关、送端交流滤波器ACF1、无功补偿器、平波电抗器L、控制保护装置和直流线路构成；其为混合直流输电系统的整流侧；LCC系统的交流端与地之间串接有无功补偿装置和送端交流滤波器ACF1，无功补偿装置与送端交流滤波器ACF1并联，起补偿无功和滤除谐波的作用，主要用于滤除换流装置运行所产生的谐波电流，提供其所需的无功功率。LCC换流装置由晶闸管换流器组成，两端串联平波电抗器L后再并联送端直流滤波器DCF1；主要用于平抑纹波；送端直流滤波器DCF1两端通过架空线与AAC系统直流侧的受端直流滤波器DCF2相联结。送端交流系统由等效受端交流系统S1、受端交流系统阻抗ZS1组成；并通过送端换流变压器TS1与LCC换流装置相联结。LCC换流装置为六脉动桥式电路，或者十二脉动桥式电路，或者双十二脉动桥式电路。
所述AAC系统由受端交流系统、AAC换流器、直流电容C、受端交流滤波器ACF2换流变压器和控制保护装置构成；其为混合直流输电系统的逆变侧；其中AAC换流器由多个全桥子模块FBSM(full bridge sub-module,FBSM)串联组成的整形电路WSC和由绝缘双极晶体管串联组成的导通开关DS两部分构成；受端交流系统由等效受端交流系统S2和受端交流系统阻抗ZS2组成，并通过受端换流变压器TS2与AAC换流器相联结；AAC换流器两端串联平波电抗器L后再并联受端直流滤波器DCF2；受端直流滤波器DCF2、送端直流滤波器DCF1两端通过架空线相联结。
如图2所示，AAC系统由三个对称的相单元组成，每个相单元包含上下两个桥臂，每个桥臂由整形电路WSC和导通开关DS构成。其中，整形电路WSC的子单元SMX为全桥子模块FBSM(full bridge sub-module,FBSM)，多个全桥子模块串联形成整形电路，导通开关DS的子单元BX为由IGBT和二极管反并联而成的模块，多个模块串联形成导通开关。当AAC系统直流侧发生故障时，闭锁导通开通中的IGBT，将桥臂子模块负投入，使得串联二极管阳极电势低于阴极电势，利用其反向阻断能力达到限制并清除直流故障电流的目的。
通过该LCC换流装置的控制，可以将送端电网的交流电转换为直流电，并经直流输电线路传给受端换流站。通过AAC控制，可以将直流输电线路上的直流电转换为受端交流系统的交流电，从而实现送受端系统能量传输。
本发明结合了LCC-HVDC技术的成熟技术、成本低廉和AAC-HVDC具有的直流闭锁能力，所需的子模块较少的优点，并且相互对各自的缺陷进行了完善，利用AAC的有功无功独立调节能力来调节交流电压，从而增大LCC的最大传输有功功率能力并减小其换相失败的可能。

Claims (6)

1.一种基于LCC-AAC型的混合直流输电系统，其特征在于，该混合直流输电系统包括送端换流站和受端换流站；送端换流站为由送端交流系统和LCC换流装置构成的LCC系统，受端换流站为受端交流系统和AAC换流器构成的AAC系统；LCC系统的直流侧通过架空线对应连接AAC系统的直流侧；即所述LCC系统与AAC系统的架空线上均串接平波电抗器；然后再各并联一个两个直流滤波器DCF两端由架空线连接；其中，LCC换流装置由晶闸管换流器组成；AAC换流器由整形电路和导通开关构成。
2.根据权利要求1所述的一种基于LCC-AAC型的混合直流输电系统，其特征在于，所述送端交流系统由等效受端交流系统S1、受端交流系统阻抗ZS1组成；并通过送端换流变压器TS1与LCC换流装置相联结。
3.根据权利要求1所述的一种基于LCC-AAC型的混合直流输电系统，其特征在于，所述受端交流系统由等效受端交流系统S2和受端交流系统阻抗ZS2组成，并通过受端换流变压器TS2与AAC换流器相联结。
4.根据权利要求1所述的一种基于LCC-AAC型的混合直流输电系统，其特征在于，所述LCC系统由换流变压器、LCC换流装置、交流开关、交流滤波器、无功补偿器、平波电抗、控制保护装置和架空线构成；其为混合直流输电系统的整流侧；LCC系统的交流端与地之间串接有无功补偿装置和交流滤波器ACF，起补偿无功和滤除谐波的作用；LCC换流装置由晶闸管换流器组成，两端串联平波电抗器L后再并联送端直流滤波器DCF1；主要用于平抑纹波；送端直流滤波器DCF1两端通过架空线与AAC系统直流侧的受端直流滤波器DCF2相联结。
5.根据权利要求1所述的一种基于LCC-AAC型的混合直流输电系统，其特征在于，所述LCC换流装置为六脉动桥式电路，或者十二脉动桥式电路，或者双十二脉动桥式电路。
6.根据权利要求1所述的一种基于LCC-AAC型的混合直流输电系统，其特征在于，所述AAC系统由受端交流系统、AAC换流器、直流电容C、受端交流滤波器ACF2、换流变压器和控制保护装置构成；其为混合直流输电系统的逆变侧；其中AAC换流器由全桥子模块串联组成的整形电路和由绝缘双极晶体管串联组成的导通开关两部分构成，多个全桥子模块FBSM串联形成整形电路WSC；AAC换流器具体由三个对称的相单元组成，每个相单元包含上下两个桥臂，每个桥臂由整形电路和导通开关构成。
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