專利名稱：一種連接不同電壓等級(jí)交流電網(wǎng)的柔性直流輸電系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種連接不同電壓等級(jí)交流電網(wǎng)的柔性直流輸電系統(tǒng)，屬于直流輸電技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
出于可持續(xù)發(fā)展需要，利用以太陽(yáng)能、風(fēng)能等可再生能源發(fā)電已成為未來(lái)電力系統(tǒng)的發(fā)展方向。這些發(fā)電方式具有遠(yuǎn)離主電網(wǎng)、隨時(shí)間波動(dòng)較大等特點(diǎn)。柔性直流輸電系統(tǒng)基于電壓源換流器(VSC)和脈沖寬度調(diào)制技術(shù)(PWM)將直流電壓逆變?yōu)榉岛拖辔欢伎煽氐慕涣麟妷?，并可以?dú)立快速控制所傳輸?shù)挠泄β屎蜔o(wú)功功率，極大地增強(qiáng)了輸電的靈活性，成為實(shí)現(xiàn)可再生能源發(fā)電與主電網(wǎng)之間的穩(wěn)定聯(lián)結(jié)的最有潛質(zhì)的電力傳輸方式。由于模塊化多電平換流器(Modular Multilevel Converter,MMC)具有公共直流端,且有易拓展、有功無(wú)功可解耦控制、諧波特性優(yōu)秀、開(kāi)關(guān)器件損耗小等特點(diǎn)，十分適用于柔性直流輸 電系統(tǒng)。柔性直流輸電系統(tǒng)通常用于連接兩個(gè)交流系統(tǒng)。兩個(gè)模塊化多電平換流器的交流側(cè)各接入一個(gè)交流系統(tǒng)，兩個(gè)電壓源的直流側(cè)通過(guò)直流輸電線路連接起來(lái)。通常情況下直流線路的電壓要與交流系統(tǒng)電壓相匹配。直流電壓相對(duì)交流系統(tǒng)電壓過(guò)高時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致電壓源換流器工作在較低的調(diào)制比，造成換流器運(yùn)行性能較差，并且導(dǎo)致模塊化多電平換流器的部分子模塊不能得到充分利用，帶來(lái)裝置成本的升高。直流電壓相對(duì)交流系統(tǒng)電壓過(guò)低時(shí)，會(huì)導(dǎo)致?lián)Q流器運(yùn)行于非線性區(qū)域，使換流器無(wú)法正常輸出有功功率和無(wú)功功率。由于直流線路電壓通常根據(jù)所傳輸?shù)娜萘亢椭绷麟娎|水平確定。換流器的直流電壓等級(jí)可能會(huì)與交流系統(tǒng)電壓不匹配。在這種情況下，解決方法通常是在交流系統(tǒng)側(cè)接入交流變壓器，將交流系統(tǒng)電壓變換到與直流線路電壓相匹配的等級(jí)。在很多應(yīng)用場(chǎng)合柔性直流輸電系統(tǒng)是用于連接兩個(gè)不同電壓等級(jí)的交流電網(wǎng)，由于兩個(gè)換流器必然承受相同的直流線路電壓，直流電壓若與電壓較高的一側(cè)交流電網(wǎng)電壓相匹配，與電壓較低的一側(cè)電壓則必將不匹配。在設(shè)計(jì)模塊化多電平換流器橋臂中子模塊級(jí)聯(lián)數(shù)量時(shí)，目前通常認(rèn)為應(yīng)該設(shè)計(jì)為模塊化多電平換流器額定直流電壓Ud除以子模塊額定電壓U。所得到的數(shù)值。例如如果K = Ud/U。，采用現(xiàn)有設(shè)計(jì)方法時(shí)，模塊化多電平換流器每個(gè)橋臂的子模塊級(jí)聯(lián)數(shù)量N通常被設(shè)計(jì)為K。因此采用常規(guī)技術(shù)方案時(shí)，當(dāng)連接兩個(gè)不同電壓等級(jí)的交流電網(wǎng)時(shí)，兩個(gè)模塊化多電平換流器的橋臂子模塊數(shù)量將相同。但是連接電壓較低的交流系統(tǒng)的模塊化多電平換流器將運(yùn)行于調(diào)制比較低的情況，這個(gè)N個(gè)子模塊并不會(huì)得到充分利用，造成子模塊數(shù)量的浪費(fèi)，導(dǎo)致成本和占地的升高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種連接不同電壓等級(jí)交流電網(wǎng)的柔性直流輸電系統(tǒng)，在采用模塊化多電平換流器連接兩個(gè)不同電壓等級(jí)交流電網(wǎng)時(shí)，使用于連接相對(duì)低電壓等級(jí)交流系統(tǒng)的模塊化多電平換流器可以不經(jīng)變壓器直接接入交流系統(tǒng)，并且使模塊化多電平換流器橋臂采用相對(duì)比較少的子模塊數(shù)量。本發(fā)明提出的連接不同電壓等級(jí)交流電網(wǎng)的柔性直流輸電系統(tǒng)，該柔性直流輸電系統(tǒng)中，第一交流系統(tǒng)和第二交流系統(tǒng)之間依次串接第一模塊化多電平換流器、直流輸電線路和第二模塊化多電平換流器；所述的第一交流系統(tǒng)為含三根交流線路的輸電導(dǎo)線，額定線電壓值為Uacl,所述的第二交流系統(tǒng)為含三根交流線路的輸電導(dǎo)線，額定線電壓值為Uac2,設(shè)所述的第一交流系統(tǒng)的額定線電壓值Uaca大于第二交流系統(tǒng)的額定線電壓值Uac2，則所述的含正極、負(fù)極兩根輸電導(dǎo)線的直流輸電線路的正極和負(fù)極之間的額定直流電
壓Ud為Ud大于
權(quán)利要求
1. 一種連接不同電壓等級(jí)交流電網(wǎng)的柔性直流輸電系統(tǒng)，其特征在于該柔性直流輸電系統(tǒng)中，第一交流系統(tǒng)和第二交流系統(tǒng)之間依次串接第一模塊化多電平換流器、直流輸電線路和第二模塊化多電平換流器； 所述的第一交流系統(tǒng)為含三根交流線路的輸電導(dǎo)線，額定線電壓值為Uacl， 所述的第二交流系統(tǒng)為含三根交流線路的輸電導(dǎo)線，額定線電壓值為Uac2， 設(shè)所述的第一交流系統(tǒng)的額定線電壓值Uacl大于第二交流系統(tǒng)的額定線電壓值uac;2，則所述的含正極、負(fù)極兩根輸電導(dǎo)線的直流輸電線路的正極和負(fù)極之間的額定直流電壓Ud為Ud大于^λ/3 所述的第一模塊化多電平換流器為三相橋臂結(jié)構(gòu)，每一相包括上橋臂和下橋臂，每個(gè)橋臂分別由N1個(gè)相同的子模塊級(jí)聯(lián)構(gòu)成，所述的子模塊額定電壓為U。，每相的上橋臂下端和下橋臂上端各通過(guò)一個(gè)電感連接在一起，電感中點(diǎn)成為該相的交流母線，與第一交流系統(tǒng)的輸電導(dǎo)線連接，所有相的上橋臂上端連接在一起成為直流正母線，直流正母線與所述的直流輸電線路的正極連接，所有相的下橋臂下端連接在一起成為直流負(fù)母線，直流負(fù)母線與直流輸電線路的負(fù)極連接，所述的第一模塊化多電平換流器的橋臂子模塊數(shù)量為N1,m=M±. U: 所述的第二模塊化多電平換流器為三相橋臂結(jié)構(gòu)，每一相包括上橋臂和下橋臂，每個(gè)橋臂分別由N2個(gè)相同的子模塊級(jí)聯(lián)構(gòu)成，所述的子模塊額定電壓為U。，每相的上橋臂下端和下橋臂上端各通過(guò)一個(gè)電感連接在一起，電感中點(diǎn)成為該相的交流母線，與第二交流系統(tǒng)的輸電導(dǎo)線連接，所有相的上橋臂上端連接在一起成為直流正母線，直流正母線與所述的直流輸電線路的正極連接，所有相的下橋臂下端連接在一起成為直流負(fù)母線，直流負(fù)母線與直流輸電線路的負(fù)極連接，所述的第二模塊化多電平換流器的橋臂子模塊數(shù)量為N2,N H+I)"d22 Uc。
全文摘要
本發(fā)明提出一種連接不同電壓等級(jí)交流電網(wǎng)的柔性直流輸電系統(tǒng)，屬于直流輸電技術(shù)領(lǐng)域。當(dāng)?shù)谝唤涣飨到y(tǒng)的額定線電壓值大于第二交流系統(tǒng)的額定線電壓值時(shí)，在第一交流系統(tǒng)和第二交流系統(tǒng)之間依次串接第一模塊化多電平換流器、直流輸電線路和第二模塊化多電平換流器。雖然兩個(gè)模塊化多電平換流器承受相同的直流電壓，也采用相同額定電壓的子模塊，但是用于連接電壓等級(jí)較低的交流系統(tǒng)的模塊化多電平換流器可以不經(jīng)變壓器直接接入交流系統(tǒng)，并且可以采用相對(duì)比較少的子模塊級(jí)聯(lián)數(shù)目。采用本發(fā)明的輸電系統(tǒng)，可以通過(guò)減小子模塊數(shù)量降低模塊化多電平換流器的成本，另一方面也可以避免交流變壓器帶來(lái)的占地和成本問(wèn)題。
文檔編號(hào)H02J3/36GK102820672SQ20121028316
公開(kāi)日2012年12月12日 申請(qǐng)日期2012年8月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月9日
發(fā)明者饒宏, 宋強(qiáng), 羅雨, 許樹(shù)楷, 劉文華, 黎小林, 李立浧 申請(qǐng)人:清華大學(xué), 南方電網(wǎng)科學(xué)研究院有限責(zé)任公司