[发明专利]混合高压直流换流站及其操作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高压直流(HVDC)换流站，更具体地，涉及用于高压直流系统的混合换流站及其操作方法。

背景技术

用于高压直流传输的换流站是先前已知的。近来，已经提出了双HVDC系统的解决方案，例如来自Florian Fein和Bernd Orlik的于2013年10月20日至23日在西班牙马德里的International Conference on Renewable Energy Research and Applications(ICRERA)中发表的：“Dual HVDC System with line-and self-commutated Converters for Grid Connection of Offshore Wind Farms”(下文中被称为“FlorianFein”)。双HVDC系统由在点对点HVDC传输线两端处的一个线换相换流器(LCC)和一个辅助自换相电压源换流器(VSC)组成。对于大型风电传输，因为VSC的灵活性和LCC的大的功率传输能力，由与VSC并联的LCC组成的双HVDC系统换流站是一个有吸引力的解决方案。

如由Florian Fein公开的，所传输的DC功率水平(power level)完全依赖于LCC的能力。因此，对于LCC增大额定电流，将降低其晶闸管承受的电压水平(voltage level)，但这会导致更高的成本和损耗。

此外，根据Florian Fein，需要LCC和VSC的临时并联操作来将LCC与VSC之间的功率流转移。该特殊的功率流转移过程带来如下缺点：假定使用DC断路器，而不是使用DC隔离开关，存在相当长的死时间，在死时间期间，VSC无法用作STATCOM；在该时间期间，无法控制无功功率平衡。特别是在整流器的AC系统通常较弱甚至孤立的系统中，这在每个功率流转移操作时都引起系统不稳定和DC断路器的机械磨损。

进一步地，VSC DC电压水平远远低于双HVDC系统中的LCC。然而，为了使转移操作模式不频繁，VSC有功功率容量必须远远大于LCC换流器的最小功率水平(通常为0.1p.u)。这就意味着VSC的额定电流必须较高。因为DC系统损耗随着电流的平方而增大，所以它们在VSC操作模式下系统损耗将较高。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种用于高压直流系统的混合整流站，该混合整流站包括：至少一个AC母线；至少一个线换相换流器，该至少一个线换相换流器被配置为将从至少一个AC母线供给的AC功率的一部分转换成在高压直流系统的HVDC传输线上传输的DC功率，从而生成无功功率需求；以及至少一个电压源换流器；其中，至少一个线换相换流器和至少一个电压源换流器并联耦合到HVDC传输线；并且至少一个电压源换流器被配置为：在将从至少一个AC母线供给的AC功率的另一部分转换成在HVDC传输线上传输的DC功率的同时，经由并联耦合来补偿无功功率需求。

根据本发明的另一个方面，提供了一种用于经由高压直流系统传输电功率的方法，其中，高压直流系统的混合整流站包括至少一个AC母线、以及并联耦合到至少一个AC母线的至少一个线换相换流器和至少一个电压源换流器，方法包括以下步骤：经由至少一个AC母线供给AC功率；由至少一个线换相换流器将从至少一个AC母线供给的AC功率的一部分转换成DC功率，从而生成无功功率需求；经由高压直流系统的HVDC传输线传输由至少一个线换相换流器转换的DC功率；在由至少一个电压源换流器将从至少一个AC母线供给的AC功率的另一部分转换成DC功率的同时，经由至少一个AC母线补偿无功功率需求；以及经由HVDC传输线传输由至少一个电压源换流器转换的DC功率。

根据本发明的另一个方面，提供了一种用于高压直流系统的混合逆变站，该混合逆变站包括：至少一个AC母线；至少一个线换相换流器，该至少一个线换相换流器被配置为：将从高压直流系统的HVDC传输线供给的DC功率的一部分转换成在至少一个AC母线上传输的AC功率，从而生成无功功率需求；以及至少一个电压源换流器；其中，至少一个线换相换流器和至少一个电压源换流器并联耦合到HVDC传输线；并且至少一个电压源换流器被配置为：在将从HVDC传输线供给的DC功率的另一部分转换成在至少一个AC母线上传输的DC功率的同时，经由并联耦合来补偿无功功率需求。