一种全电流型复合高压直流输电系统的制作方法
【专利摘要】本发明是一种全电流型复合高压直流输电系统。包括有一个整流站、一个逆变站和架空电力输电线路，整流站采用晶闸管换流器，晶闸管换流器的正极和负极都至少包含一个十二脉冲晶闸管换流器；逆变站采用基于全控型电力电子器件的电流源型换流器，正极和负极均包含了两个串联的电流源型换流器；整流站和逆变站正负极连接点根据直流输电系统处于双极、单级大地回线或单级金属回线运行方式与接地极或者站内地网连接，整流站与逆变站之间通过架空电力输电线路相连。本发明运行方式灵活，可靠性高。本发明特别适用于通过远距离架空线传输的高压直流输电，也特别适用于对现有全晶闸管型高压直流输电进行升级改造，是一种方便实用的全电流型复合高压直流输电系统。
【专利说明】一种全电流型复合高压直流输电系统
【技术领域】
[0001]本发明是一种能解决逆变侧换相失败问题的全电流型复合高压直流输电系统，属于复合高压直流输电系统的创新技术。
【背景技术】
[0002]整流站和逆变站均采用晶闸管换流器的高压直流输电系统具有损坏小、造价相对较低、可靠性高等优点。但晶闸管换流器逆变运行时容易发生换相失败，对于多回直流集中馈入电网，交流系统故障可能引起多个换流站同时换相失败，给电网造成巨大冲击，严重影响系统的安全稳定。
[0003]在逆变站采用基于全控型电力电子器件的电压源换流器可以解决换相失败问题，但同时也带来了新的问题，逆变站将直流侧等效为电压源，而采用晶闸管换流器的整流站将直流侧等效为电流源，两个站运行在不同的模式，存在较难进行协调控制的问题。
[0004]基于全控型电力电子器件构成的电流源型换流器可以由直流电流源产生交流输出电流波形，当交流输出为正弦波时，其幅值、频率和相位可控，在交流侧连接容性滤波器后便可产生近似正弦波的负载电压，其已经在交流调速等场合得到了应用。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于考虑上述问题而提供一种运行方式灵活，可靠性高的全电流型复合高压直流输电系统。本发明特别适用于通过远距离架空线传输的高压直流输电，也特别适用于对现有全晶闸管型高压直流输电进行升级改造。
[0006]本发明的技术方案是:本发明的全电流型复合高压直流输电系统，包括有一个整流站、一个逆变站和架空电力输电线路，整流站采用晶闸管换流器，晶闸管换流器的正极和负极都至少包含一个十二脉冲晶闸管换流器；逆变站采用基于全控型电力电子器件的电流源型换流器，正极和负极均包含了两个串联的电流源型换流器；整流站和逆变站正负极连接点根据直流输电系统处于双极、单级大地回线或单级金属回线运行方式与接地极或者站内地网连接，整流站与逆变站之间通过架空电力输电线路相连。
[0007]上述整流站的每极包含Υ0/Υ联结变压器Ty、YO/ Λ联结变压器Tdl、十二脉动晶闸管换流器R、平波电抗器SRr、直流滤波器DCF、交流滤波器ACF ；Υ0/Υ联结变压器Ty的Y侧、YO/Λ联结变压器Tdl的Λ侧与十二脉动晶闸管换流器R的上下六脉动桥分别连接，YO/Y联结变压器Ty的YO侧、YO/ Λ联结变压器Tdl的YO侧与送端电网交流母线连接；十二脉动晶闸管换流器R与平波电抗器SRr串联后与直流滤波器DCF并联；交流滤波器ACF接在送端电网交流母线上。
[0008]上述逆变站的每极包含两台YO/ Λ联结变压器Td2、两个基于全控型电力电子期间的电流源型换流器CSC、两个容性滤波装置、平波电抗器SRi ；Υ0/ Λ联结变压器Td2的Λ侧与电流源型换流器CSC连接，YO侧与受端电网交流母线连接；两个电流源型换流器CSC串联后与平波电抗器SRi串联；容性滤波装置接在电流源型换流器CSC和YO/ Λ联结变压器Td2的连接线上。整流站和逆变站同极平波电抗器间通过架空线路OHL连接。
[0009]上述每个电流源型换流器CSC为三相六桥臂结构，每个桥臂由若干个子模块串联构成，每个子模块由一个电力二极管D和一个IGBT器件S串联构成，电力二极管D的负极与IGBT器件S的正极连接，容性滤波装置并联在电流源型换流器CSC的交流出线上。
[0010]上述容性滤波装置由三个电力电容器构成，三个电力电容器的一端分别连接在交流出线的a、b、c三相上,另一端相互连接。
[0011]本发明考虑了晶闸管换流器逆变运行容易产生换相失败、电流源和电压源混合直流较难进行协调控制等问题，提供一种既解决逆变站换相失败，又具有直流侧故障清除能力，且不存在电压源电流源协调控制难问题的全电流型复合高压直流输电系统。本发明在整流站和逆变站分别采用了基于晶闸管换流器和基于全控型电力电子器件的两种电流型换流器，综合了晶闸管换流器和基于全控型电力电子期间的电流源型换流器的优点，系统具有直流短路故障处理能力、消除了逆变站换相失败的风险，整流、逆变两站都将直流侧视为电流源，两站之间协调控制简单可行。本发明运行方式灵活，可靠性高，特别适用于通过远距离架空线传输的高压直流输电，也特别适用于对现有全晶闸管型高压直流输电进行升级改造，具有广阔的应用前景。本发明是一种方便实用的全电流型复合高压直流输电系统。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1为本发明的全电流型复合高压直流输电系统的结构示意图。
[0013]图2为本发明的基于电力电子器件的电流源型换流器的结构示意图。
【具体实施方式】
[0014]实施例:
本发明的全电流型复合高压直流输电系统，包含一个整流站、一个逆变站和架空电力输电线路。整流站采用晶闸管换流器，晶闸管换流器的正极和负极都至少包含一个十二脉冲晶闸管换流器；逆变站采用基于全控型电力电子器件的电流源型换流器，正极和负极均包含了两个串联的电流源型换流器；整流站和逆变站正负极连接点根据直流输电系统处于双极、单级大地回线或单级金属回线运行方式与接地极或者站内地网连接，整流站与逆变站之间通过架空电力输电线路相连。
[0015]上述整流站和逆变站均配置平波电抗器，整流站每极均配置直流滤波器和交流滤波器，逆变站的每个电流源型换流器均配置容性滤波装置。
[0016]上述晶闸管换流器的正极及负极所设的十二脉动晶闸管换流器包括有上六脉动桥及下六脉动桥，上六脉动桥与一台Υ0/Υ联结变压器Y侧连接，下六脉动桥与一台YO/ Δ联结变压器Λ侧连接，或十二脉动晶闸管换流器的上六脉动桥及下六脉动桥与一台YO/Y/ Λ联结变压器的Y侧和Λ侧分别连接。
[0017]上述逆变站所设的电流源型换流器为三相六桥臂结构，每个桥臂由若干个模块串联组成，每个模块由一个电力二极管和一个IGBT (绝缘栅双极型晶体管)串联组成。每个电流源型换流器与YO/ Λ联结变压器Λ侧连接，换流器和联结变压器之间并联容性滤波装置。
[0018]上述复合型高压直流输电系统采用完整双极结构，即正极、负极均可采用单极大地或者单极金属回线运行方式独立运行。
[0019]本发明应用于高压直流输电系统的结构示意图如图1所示，整流站的每极包含Υ0/Υ联结变压器Ty、YO/ Λ联结变压器Tdl、十二脉动晶闸管换流器R、平波电抗器SRr、直流滤波器DCF、交流滤波器ACF ；Υ0/Υ联结变压器Ty的Y侧、YO/ Λ联结变压器Tdl的Λ侧与十二脉动晶闸管换流器R的上下六脉动桥分别连接，Υ0/Υ联结变压器Ty的YO侧、YO/ Δ联结变压器Tdl的YO侧与送端电网交流母线连接；十二脉动晶闸管换流器R与平波电抗器SRr串联后与直流滤波器DCF并联；交流滤波器ACF接在送端电网交流母线上。
[0020]逆变站的每极包含两台YO/ Λ联结变压器Td2、两个基于全控型电力电子期间的电流源型换流器CSC、两个容性滤波装置、平波电抗器SRi ；Υ0/ Λ联结变压器Td2的Λ侧与电流源型换流器CSC连接，YO侧与受端电网交流母线连接；两个电流源型换流器CSC串联后与平波电抗器SRi串联；容性滤波装置接在电流源型换流器CSC和Td2的连接线上。整流站和逆变站同极平波电抗器间通过架空线路OHL连接。
[0021]基于全控型电力电子器件的电流源型换流器CSC和容性滤波装置的结构示意图如图2所示，每个电流源型换流器CSC为三相六桥臂结构，每个桥臂由若干个子模块串联构成，每个子模块由一个电力二极管D和一个IGBT器件S串联构成，电力二极管D的负极与IGBT器件S的正极连接。容性滤波装置并联在电流源型换流器CSC的交流出线上，容性滤波装置由三个电力电容器构成，三个电力电容器的一端分别连接在交流出线的a、b、c三相上，另一端相互连接。
[0022]本发明的工作原理如下:
整流站将送端电网的三相交流电转化为直流电通过架空电力输电线路输送逆变站，逆变站将直流电转换为三相交流电送入受端电网。
[0023]整流站的Υ0/Υ和YO/ Λ联结变压器对送端电网提供的三相交流电进行电压等级变换，并为十二脉动晶闸管换流器R的上下两个刘脉动桥提供相角差30°的三相交流电。十二脉动晶闸管换流器R将三相交流电转换为直流电流。交流滤波器ACF滤除十二脉动晶闸管换流器R运行产生的谐波，并补偿十二脉动晶闸管换流器R运行消耗的无功功率。平波电抗器SRr对直流电中的纹波进行平抑，避免电流断续，防止直流输电线路产生的冲击进入十二脉动晶闸管换流器，便于输电线路快速暂态保护的实现。直流滤波器DCF用以滤除整流站十二脉动晶闸管换流器在直流侧产生的谐波。
[0024]逆变站的电流源型换流器CSC将直流输电线路的直流电转换为交流电。通过控制电路可以控制电流源型换流器CSC中的IGBT期间的开通和关断，一个桥臂上的所有IGBT器件保持同开同断，任何时刻有且仅有一个上桥臂和一个下桥臂的IGBT器件导通。通过交替控制六个桥臂的导通状态，可以在CSC的交流侧得到一个交流输出电流，在容性滤波装置上得到一个交流输出电压。YO/ Λ联结变压器对电流源型换流器CSC转换成的三相交流电进行电压等级变换并输送给受端电网。平波电抗器SRi避免电流断续，防止直流输电线路产生的冲击进入电流源型换流器CSC，也便于输电线路快速暂态保护的实现。
【权利要求】
1.一种全电流型复合高压直流输电系统，其特征在于包括有一个整流站、一个逆变站和架空电力输电线路，整流站采用晶闸管换流器，晶闸管换流器的正极和负极都至少包含一个十二脉冲晶闸管换流器；逆变站采用基于全控型电力电子器件的电流源型换流器，正极和负极均包含了两个串联的电流源型换流器；整流站和逆变站正负极连接点根据直流输电系统处于双极、单级大地回线或单级金属回线运行方式与接地极或者站内地网连接，整流站与逆变站之间通过架空电力输电线路相连。
2.根据权利要求1所述的全电流型复合高压直流输电系统，其特征在于上述整流站的每极包含YO/Y联结变压器Ty、YO/ Λ联结变压器Tdl、十二脉动晶闸管换流器R、平波电抗器SRr、直流滤波器DCF、交流滤波器ACF ；Υ0/Υ联结变压器Ty的Y侧、YO/ Λ联结变压器Tdl的Λ侧与十二脉动晶闸管换流器R的上下六脉动桥分别连接，Υ0/Υ联结变压器Ty的YO侦U、YO/ Λ联结变压器Tdl的YO侧与送端电网交流母线连接；十二脉动晶闸管换流器R与平波电抗器SRr串联后与直流滤波器DCF并联；交流滤波器ACF接在送端电网交流母线上。
3.根据权利要求1所述的全电流型复合高压直流输电系统，其特征在于上述逆变站的每极包含两台YO/ Λ联结变压器Td2、两个基于全控型电力电子期间的电流源型换流器CSC、两个容性滤波装置、平波电抗器SRi ；Υ0/ Λ联结变压器Td2的Λ侧与电流源型换流器CSC连接，YO侧与受端电网交流母线连接；两个电流源型换流器CSC串联后与平波电抗器SRi串联；容性滤波装置接在电流源型换流器CSC和YO/ Λ联结变压器Td2的连接线上，整流站和逆变站同极平波电抗器间通过架空线路OHL连接。
4.根据权利要求1所述的全电流型复合高压直流输电系统，其特征在于上述每个电流源型换流器CSC为三相六桥臂结构，每个桥臂由若干个子模块串联构成，每个子模块由一个电力二极管D和一个IGBT器件S串联构成，电力二极管D的负极与IGBT器件S的正极连接，容性滤波装置并联在电流源型换流器CSC的交流出线上。
5.根据权利要求4所述的全电流型复合高压直流输电系统，其特征在于上述容性滤波装置由三个电力电容器构成，三个电力电容器的一端分别连接在交流出线的a、b、c三相上，另一端相互连接。
【文档编号】H02J3/36GK103647298SQ201310610274
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2013年11月27日 优先权日:2013年11月27日
【发明者】饶宏, 许树楷, 陈俊, 黎小林, 朱喆, 罗雨 申请人:中国南方电网有限责任公司电网技术研究中心