[发明专利]一种基于柔性直流的闭环性配电网系统

说明书

技术领域

本发明涉及电力技术领域，尤其涉及一种基于柔性直流的闭环性配电网系统。

背景技术

随着电力电子器件和控制技术的发展，出现了新型的半导体器件—绝缘栅双极晶体管（Insulated Gate Bipolar Transistor, IGBT）在低电压系统的应用，使得IGBT作为开关器件的电压源换流器（Voltage-Sourced Converter，VSC），随后在工业驱动装置上得到广泛应用，再经过随后的IGBT器件的电压和容量多次升级后，使得采用绝缘栅双极晶体管构成的电压源换流器在直流输配电网中应用成为现实。

在直流输配电网应用中换流器采用IGBT阀和两电平（或多电平）三相机构，并使用脉宽调制技术（Pulse Width Modulation，PWM）控制IGBT阀的开断状况，具备上述功能后使得由其构成的直流配电网系统在许多方面不同于常规的直流输配电，可以克服常规的直流输配电中呈现的多类问题。这种新型的直流输配电技术，简称为“柔性直流（High Voltage Direct Current Flexible，HVDC-Flexible）”。目前的柔性直流输电系统均以点对点为主，如图1所示。

柔性直流（HVDC-Flexible）是从常规直流输配电技术发展而来，优点均为其常规直流输配电的优点，例如：柔性直流输配电线路相比于目前运行中交流输配电网线路要少一根导线，使其线路成本低，损耗小，节约了输配电线路大量走廊通道；柔性直流配电网系统为了实现较少故障率，一般采用电缆作为配电网系统通道，电缆的输送容量大、损耗小、使用周期长、输送距离不受限制；柔性直流配电网系统采用电缆作为输配电通道，一般在地下使用直埋技术，工程成本低、工期短，还减少对环境的影响；另外，柔性直流配电网系统稳定强；柔性直流配电网系统可以实现非同步系统的互联；柔性直流配电网系统所输送的有功功率和无功功率可以快速独立控制；柔性直流配电网系统较好地分期建设、扩展性好；事故后快速恢复供电和黑启动；可以向无源电网供电等等。

但是，目前投运的柔性直流的配电网系统呈现许多技术问题：

首先，目前投运的柔性直流输电系统大多为双端系统，仅能实现点对点的直流功率转送，当有多回交流系统馈入时需要采取直流互联，需要多条直流输电线路；另外有多用户、多再生能源（如风能、太阳能等）馈入时接口点不能满足需求；

其次，随着现代化城市规模的快速发展，城市中心负荷需求增长加快，空中输电走廊已没有太大的拓展余地，给城市配电网系统的增容改造带来极大的困难，使得城市配电网系统安全稳定运行的压力越来越大；已有的柔性直流的配电网系统面临负荷密度高、线路密集、走廊紧张的问题，并且变电站出线已没有冗余，用地紧张，受环境、经济因素等影响，使得变电站扩建困难重重；目前运行的配电网电网薄弱，电压质量差、供电可靠性低等问题日益突出；现有柔性直流的配电网系统中的交流电缆运行损耗较大，使得运行电流和输送容量受限等等。

第三，现有技术的城市交流配电网系统一般采用单回单交流电源供电，一旦线路检修或发生故障，就会造成用户端断电。

因此，迫切需要一种新的基于柔性直流的配电网系统以应对日益增加的城市负荷需求和供电压力。

发明内容

为了解决目前投运的柔性直流的配电网系统存在的配电网薄弱，电压质量差、供电可靠性低、输电通道走廊紧张等多方面技术问题，本发明提出一种基于柔性直流的闭环形配电网系统。

本发明提供的一种基于柔性直流的闭环形配电网系统，包括：

N条直流母线和N条直流输电线路；每条直流母线与直流输电线路间隔相连，组成柔性直流的闭环形配电网；N为大于等于3的自然数；

所述每条直流母线上连接有至少一个用于将所述交流系统的电能整流成直流电能，汇入所述柔性直流的闭环形配电网中的交流系统整流站；

其中，所述至少一个交流系统整流站作为调压站，其用于控制直流电压；

所述每条直流母线上还连接有M个将直流电能逆变成交流电以供给用户使用的用户逆变站；M为大于等于1的自然数；

所述每条直流输电线路上设置有K台用于在所述直流输电线路有故障时跳闸将故障点进行隔离的直流开关；K为大于等于2的自然数。

其中，所述基于柔性直流的闭环形配电网系统为多环相互连接的闭环形配电网系统，其中，每一环的闭环形配电网之间通过直流联络线路连接。