[发明专利]一种级联换流阀、直流输电系统及其控制方法

说明书

技术领域

本发明属于电力系统输配电技术领域，更具体地，涉及一种级联换流阀、直流输电系统及其控制方法。

背景技术

21世纪以来，随着环境问题的日益突出，为了减少碳排放、降低燃煤发电比例，需大规模开发并利用可再生能源。我国新能源基地具有分散、分布偏远、强波动性等特点，且与负荷中心呈逆向分布，导致大容量远距离输送电能的需求日益增加。采用高压交流输电系统并网存在造价高昂、稳定性问题严重等固有缺陷。采用基于电网换相换流器技术(LCC)的常规高压直流输电技术，传输容量大、技术成熟，在解决我国西北地区新能源外送、西南地区水电外送等问题中得到了大量的工程实践，在我国华东和珠三角地区更是形成了多回直流馈入的输电格局。

电网换相换流器需要受端交流电网提供足够的换相电压，易发生换相失败；在换相失败后的功率恢复过程中还需吸收大量的无功功率。因此，当受端系统某点发生交流故障时，可能引起多回直流线路同时发生换相失败，导致多回直流线路输送功率暂时中断，对送、受端交流系统的安全稳定性构成严重威胁。多直流落点集中馈入中部和东部电网带来的安全稳定问题将是未来我国电网发展面临的突出问题之一。

为解决多直流落点馈入问题，目前有两种方案。第一，从改进换流器设备的角度，采用模块化多电平换流器(MMC)替换常规的电网换相换流器。模块化多电平换流器具备功率控制解耦，可自换相等优势，从而可以有效解决多直流馈入问题。第二，从改善受端交流电网结构的角度，通过柔性背靠背直流系统将交流电网异步分区，限制交流故障的影响范围，提高受端电网的稳定性。

其中，针对改进换流器设备，唐庚、徐政等人提出了一种LCC-MMC混合高压直流输电系统。该系统将传统的电网换相换流器(LCC)与模块化多电平换流器(MMC)相结合，在受端用MMC替代LCC，从而解决多直流落点馈入的问题。(唐庚,徐政,薛英林.LCC-MMC混合高压直流输电系统[J].电工技术学报,2013,28(10):301-310)。

针对改进受端交流电网结构，周保荣等人提出对受端负荷密集的交流电网，将同步运行网架向异步运行网架改变，避免受端系统某点发生故障后引起多回直流线路同时换相失败的问题，从而降低多直流落点馈入对交流电网的影响，避免因受端故障而导致的电网解列的发生(周保荣,洪潮,金小明等.南方电网同步运行网架向异步运行网架的转变研究[J].中国电机工程学报,2016,36(08):2084-2092.)。新南威尔士大学的Evripidis Karatsivos等人提出了能够适用于多直流落点，交流系统异步互联的基于VSC背靠背系统，这种背靠背拓扑通过交流系统的异步互联，解决直流系统受端多馈入的问题(E.Karatsivos,V.G.Agelidis,G."Asynchronous AC systems interconnection with DC-bus capacitor-less VSC back-to-back topology,"2016IEEE International Conference on Power System Technology(POWERCON),Wollongong,NSW,2016,pp.1-6.)。

上述徐政等人的方案，虽然能够实现高电压大容量远距离直流功率传输，同时解决因受端换流器换相失败导致的直流系统多馈入问题，但对于受端负荷中心，未将交流系统进行异步分区互联，受端系统故障时依然可能导致系统失稳甚至解列。针对上述周保荣等人以及Evripidis Karatsivos等人的异步运行方案虽然能够实现多直流落点馈入且能实现交流系统异步互联，但受限于开关原件的耐压能力及所提出的拓扑结构的局限性，所提的方案无法实现高电压大容量的远距离直流电能传输。若将大容量远距离直流输电系统直接与背靠背异步运行系统结合，则需要在原基础上增设换流站，从而需要使用更多的占地面积以及换流设备，建造成本大幅提高。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种级联换流阀、直流系统及其控制方法，在实现高电压大容量远距离直流输电的同时，解决了现有交直流输电系统中由于未实现交流系统异步分区导致在受端电网多直流馈入下发生交直流故障时交直流输电系统发生失稳或者解列技术问题。