[发明专利]适用于风电外送的混合高压直流输电系统

说明书

本发明公开了一种适用于风电外送的混合高压直流输电系统，在输电系统送端采用三相无穷大电压源连接整流侧换流站，所述整流侧换流站包括换流变压器和半桥MMC子模块的模块化多电平换流器MMC，所述整流侧换流站中换流器MMC连接双极直流线路，在所述双极直流线路上分别串联连接有混合式高压直流断路器，所述双极直流线路连接逆变侧换流站，所述逆变侧换流站包括换流变压器和电网换相换流器LCC，逆变侧换流站连接受端交流系统，所述受端交流系统采用三相无穷大电网；本发明系统既能抵抗直流闭锁带来的交流母线过电压对接入风电带来的影响，又能自清除直流侧故障。

技术领域

本发明涉及一种适用于风电外送的混合高压直流输电系统，属于高压直流输电技术领域。

背景技术

由于风电资源难以在当地有效消纳，因此风电经高压直流外送成为研究热点。传统的电网换相换流器高压直流输电系统(line commutated converter based HVDC，LCC-HVDC)因具有潮流方向固定、系统输送容量大且有功功率快速可控等优势被广泛应用。然而LCC换流站在正常运行时需要消耗大量无功功率，用以补偿无功的滤波器等设备占用了大量面积。特别是在输电系统直流闭锁时滤波器难以在短时间内切除，冗余的无功功率将涌入交流系统引起过电压并威胁风电机组的稳定运行。另一方面，在如海上风电孤岛外送这种特殊情境中，LCC需要一定强度的交流系统为其提供换相电压，而独立运行的风电场强度较弱难以建立稳定的交流电压，因此不能与LCC单独联接。

基于模块化多电平换流器的高压直流输电系统(modular multilevel converterbased HVDC，MMC-HVDC)因其具有可自换相无须支撑，不需要无功补偿装置且有功无功独立控制等优点越来越受到关注，很适合风电外送。但是，MMC-HVDC系统造价昂贵，无法像LCC一样自清除直流故障的问题，直流侧故障带来的过电流会对IGBT等器件造成损害。针对价格问题，结合LCC技术成熟、成本低廉和MMC调节性能良好的优点综合设计的混合直流输电成为一种很好的解决方案。现阶段主要采用的是整流侧LCC、逆变侧MMC的LCC-MMC混合输电模型。但此类拓扑送端存在LCC无法与风电直接联接且逆变侧MMC的直流电压响应速度慢，整流侧交流故障容易导致直流电流的断流的问题。

对于MMC侧的直流故障处理有配置交流侧断路器、采用具有直流故障穿越能力的换流器两种方式。由于交流侧断路器是机械开关，动作速度慢，不利于抑制故障电流与交直流系统的恢复；而具有故障穿越能力基于全桥子模块的模块化多电平换流器(full bridgesubmodule based MMC，F-MMC)，存在器件过多经济性较差的问题，基于箝位双子模块的模块化多电平换流器(clamped double submodule based MMC，C-MMC)虽然降低了器件数量，但结构上存在并联耦合，闭锁IGBT后桥臂电容出现了串并联两种不同充电状态。

发明内容：

本发明是为避免上述现有技术所存在的问题，提供一种适用于风电外送的混合高压直流输电系统，用以解决现有的LCC-HVDC无法在直流闭锁时稳定送端交流母线电压的问题，同时解决MMC侧无法自清除直流侧故障的问题。

本发明解决技术问题采用如下技术方案：

本发明适用于风电外送的混合高压直流输电系统的特点是：

所述输电系统送端为三相无穷大电压源连接整流侧换流站，所述整流侧换流站包括送端换流变压器和半桥MMC子模块的模块化多电平换流器MMC，所述整流侧换流站中换流器MMC连接双极直流线路，在所述双极直流线路上分别串联连接有混合式高压直流断路器，所述双极直流线路连接逆变侧换流站，所述逆变侧换流站包括受端换流变压器和电网换相换流器LCC，逆变侧换流站连接受端交流系统，所述受端交流系统为三相无穷大电网。