一種基于三電平電壓源換流器的HVDC兼UPFC系統(tǒng)技術(shù)方案

本實(shí)用新型專(zhuān)利技術(shù)提出了一種基于三電平電壓源換流器的HVDC兼UPFC系統(tǒng)，包括換流裝置(1、2、11)、接地電路(3、12)、開(kāi)關(guān)(4)和直流輸電線(13)；換流裝置(1)與換流裝置(2)構(gòu)成UPFC，換流裝置(1)與換流裝置(11)構(gòu)成HVDC。本實(shí)用新型專(zhuān)利技術(shù)的HVDC和UPFC共用一個(gè)換流裝置，節(jié)省了工程建設(shè)成本與投資，提高了設(shè)備的利用率，便于集中管理與控制，并且可改善其網(wǎng)側(cè)波形品質(zhì)。（*該技術(shù)在2022年保護(hù)過(guò)期，可自由使用*）

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本技術(shù)涉及電力電子領(lǐng)域，具體涉及ー種基于三電平電壓源換流器的HVDC兼UPFC系統(tǒng)。
技術(shù)介紹
在分布式發(fā)電、可再生能源、智能電網(wǎng)技術(shù)迅速發(fā)展的新形勢(shì)下，柔性直流輸電技術(shù)為彌補(bǔ)傳統(tǒng)高壓直流輸電技術(shù)的不足提供了新的途徑。傳統(tǒng)的采用半控器件晶閘管的高壓直流輸電，交流側(cè)需要無(wú)功補(bǔ)償裝置，逆變側(cè)需要非常強(qiáng)大的電源進(jìn)行有源逆變，否則會(huì)產(chǎn)生換相失敗。柔性直流輸電采用基于可關(guān)斷器件的電壓源換流器，具有關(guān)斷電流的能力，應(yīng)用PWM技術(shù)進(jìn)行無(wú)源逆變，對(duì)受端系統(tǒng)容量沒(méi)有要求，解決了傳統(tǒng)直流輸電向無(wú)源負(fù)荷點(diǎn)送電的難題；能夠獨(dú)立控制有功、無(wú)功等，具有良好的控制靈活性；潮流反轉(zhuǎn)時(shí)，直流電流方向反轉(zhuǎn)而直流電壓極性不變，方便構(gòu)成直流多端系統(tǒng)。柔性直流輸電裝置采用基于可關(guān)斷器件的電壓源換流器，具有關(guān)斷電流的能力，應(yīng)用PWM技術(shù)進(jìn)行無(wú)源逆變，對(duì)受端系統(tǒng)容量沒(méi)有要求，解決了傳統(tǒng)直流輸電向無(wú)源負(fù)荷點(diǎn)送電的難題；能夠獨(dú)立控制有功、無(wú)功等，具有良好的控制靈活性。其主電路拓?fù)洳捎脙蓚€(gè)電壓源換流器(VSC)直流側(cè)并聯(lián)的方式，其中一臺(tái)換流器交流側(cè)直接或通過(guò)變壓器與系統(tǒng)并聯(lián)，直流側(cè)連接輸電線，到達(dá)輸電目的地后，另一臺(tái)換流器交流側(cè)直接或通過(guò)變壓器與目的地的系統(tǒng)并聯(lián)。統(tǒng)ー潮流控制器(UPFC)是迄今為止通用性最好的FACTS裝置，僅通過(guò)控制規(guī)律的改變，就能分別或同時(shí)實(shí)現(xiàn)并聯(lián)補(bǔ)償、串聯(lián)補(bǔ)償和移相等幾種不同的功能。UPFC裝置可以看作是一臺(tái)靜止同步補(bǔ)償器(STATC0M)裝置與一臺(tái)靜止同步串聯(lián)補(bǔ)償器(SSSC)裝置在直流側(cè)并聯(lián)構(gòu)成，它可以同時(shí)并快速、獨(dú)立控制輸電線路中的有功功率和無(wú)功功率，從而使得UPFC擁有STATCOM、SSSC裝置都不具備的四象限運(yùn)行功能。UPFC系統(tǒng)主電路拓?fù)洳捎脙蓚€(gè)電壓源換流器(VSC)直流側(cè)并聯(lián)的方式，其中一臺(tái)換流器交流側(cè)直接或通過(guò)變壓器與系統(tǒng)并聯(lián)，另一臺(tái)換流器交流側(cè)通過(guò)變壓器與系統(tǒng)串聯(lián)。由于采用了可關(guān)斷器件控制，使得并聯(lián)換流器和串連換流器的輸出電壓可單獨(dú)控制。每一個(gè)換流器在交流輸出端，都能獨(dú)立吸收或供給無(wú)功功率及有功功率。柔性直流輸電和UPFC使用的電壓源換流器通常采用ニ電平和三電平兩種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。ニ電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的不足之處在于，當(dāng)其應(yīng)用于高壓場(chǎng)合時(shí)，需要用高反壓的功率開(kāi)關(guān)管或?qū)⒍鄠€(gè)功率開(kāi)關(guān)管串聯(lián)使用。此外，由于VSC交流側(cè)輸出電壓總在ニ電平上切換，當(dāng)開(kāi)關(guān)頻率不高時(shí)，將導(dǎo)致諧波含量相對(duì)較大。三電平VSC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中以多個(gè)功率開(kāi)關(guān)串聯(lián)使用，并采用ニ極管鉗位以獲得交流輸出電壓的三電平調(diào)制。三電平VSC在提高耐壓等級(jí)的同時(shí)有效地降低了交流諧波電壓、電流，從而改善了其網(wǎng)側(cè)波形品質(zhì)。通常的實(shí)際工程中，柔性直流輸電裝置和UPFC往往是獨(dú)立建設(shè)與運(yùn)行的，這造成了重復(fù)投資建設(shè)、成本高、設(shè)備利用率低、管理與控制不集中等問(wèn)題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本技術(shù)提供一種基于三電平電壓源換流器的HVDC兼UPFC系統(tǒng)，利用電壓源換流器直流電壓極性不變，方便構(gòu)成直流多端系統(tǒng)的特點(diǎn)，柔性直流輸電和UPFC共用一個(gè)換流裝置，節(jié)省了工程建設(shè)成本與投資，提高了設(shè)備利用率，便于集中管理與控制，并且可改善其網(wǎng)側(cè)波形品質(zhì)。本技術(shù)提供的一種基于三電平電壓源換流器的HVDC兼UPFC系統(tǒng)，包括換流裝置1、換流裝置2、換流裝置11、接地電路3、接地電路12、開(kāi)關(guān)4和直流輸電線13 ;其改進(jìn)之處在干，所述換流裝置I 一端與電網(wǎng)串聯(lián)，另一端并聯(lián)接地電路3后，分成至少兩條支路，支路ー為接地電路3兩端連接所述換流裝置2后與所述電網(wǎng)連接，構(gòu)成ー組統(tǒng)ー潮流控制器UPFC ;支路ニ為接地電路3兩端通過(guò)所述直流輸電線13與所述換流裝置11連接后與電網(wǎng)連接，構(gòu)成ー組柔性直流輸電HVDC ;所述直流輸電線13與所述換流裝置11之間并聯(lián)接地電容12 ;所述開(kāi)關(guān)4與所述換流裝置2并聯(lián)。其中，所述換流裝置I包括換流器6 ;所述換流器6交流端與電網(wǎng)并聯(lián)，其直流端與所述接地電路3并聯(lián)。優(yōu)選的，所述換流裝置I還可以包括啟動(dòng)電路5，設(shè)置在所述換流器6和所述電網(wǎng)之間；所述啟動(dòng)電路5—端與所述電網(wǎng)串聯(lián)，另一端與所述換流器6串聯(lián)。其中，所述換流裝置11包括換流器15 ;所述換流器15交流側(cè)通過(guò)變壓器10串聯(lián)在電源與負(fù)載之間，其直流側(cè)和所述接地電路12并聯(lián)。優(yōu)選的，所述換流裝置11還可以包括串聯(lián)在所述電網(wǎng)和所述換流器15之間的啟動(dòng)電路14。其中，所述換流裝置2包括變壓器10和換流器9 ;所述變壓器10原邊串聯(lián)在所述電網(wǎng)和負(fù)載之間，所述變壓器10副邊與所述換流器6串聯(lián)。優(yōu)選的，所述換流裝置(2)還可以包括串聯(lián)在所述變壓器10副邊和所述換流器9之間的啟動(dòng)電路8。其中，所述接地電路3和12均為接地電容，所述接地電容的中性點(diǎn)接地。或者，所述接地電路3和12均為接地電阻，所述接地電阻的中性點(diǎn)接地。其中，所述換流器6、9和15均包括三相換流裝置、濾波電感、鉗位ニ極管、支撐電容；每相換流裝置由上橋臂和下橋臂串聯(lián)而成；所述每相換流裝置中點(diǎn)處經(jīng)過(guò)交流濾波電感與啟動(dòng)電路串聯(lián)；所述三相換流裝置并聯(lián)，形成正負(fù)母線；所述鉗位ニ極管包括上橋臂鉗位ニ極管和下橋臂鉗位ニ極管；所述每相換流裝置中，所述上橋臂中點(diǎn)與上橋臂鉗位ニ極管陰極連接，下橋臂中點(diǎn)與下橋臂鉗位ニ極管陽(yáng)極連接，上橋臂鉗位ニ極管陽(yáng)極與下橋臂鉗位ニ極管陰極串聯(lián)；兩個(gè)所述支撐電容串聯(lián)后，并聯(lián)在正負(fù)母線之間，串聯(lián)的兩個(gè)電容的中點(diǎn)與每相串聯(lián)的鉗位ニ極管的中點(diǎn)相連。優(yōu)選的，所述上橋臂和所述下橋臂均包括至少兩個(gè)級(jí)聯(lián)的IGBT模塊；所述IGBT模塊包括反并聯(lián)的IGBT和ニ極管。其中，所述換流器6、9和15均采用三電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。其中，所述啟動(dòng)電路5、8和14均包括并聯(lián)的電阻和開(kāi)關(guān)。其中，所述柔性直流輸電HVDC采用兩端形式或多端形式；所述統(tǒng)ー潮流控制器UPFC采用兩端或多端形式；所述HVDC兼UPFC系統(tǒng)中，HVDC的正負(fù)母線(即公共直流母線)與UPFC的正負(fù)母線(即公共直流母線)相連。與現(xiàn)有技術(shù)比，本技術(shù)的有益效果為:本技術(shù)使用鉗位ニ極管，獲得交流輸出電壓的三電平調(diào)制；本技術(shù)的三電平VSC提高了功率開(kāi)關(guān)器件耐壓等級(jí)；本技術(shù)有效地降低了交流諧波電壓、電流，從而改善了其網(wǎng)側(cè)波形品質(zhì)；本技術(shù)可實(shí)現(xiàn)分相控制；本技術(shù)柔性直流輸電和UPFC共用一個(gè)換流裝置，節(jié)省了工程建設(shè)成本與投資，提高了設(shè)備利用率，便于集中管理與控制。附圖說(shuō)明圖1為本技術(shù)提供的三電平電壓源換流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。圖2為本技術(shù)提供的基于三電平電壓源換流器的柔性直流輸電HVDC兼統(tǒng)ー潮流控制器UPFC拓?fù)鋱D(方案一)。圖3為本技術(shù)提供的基于三電平電壓源換流器的柔性直流輸電HVDC兼統(tǒng)ー潮流控制器UPFC拓?fù)鋱D(方案ニ)。圖4為本技術(shù)提供的基于三電平電壓源換流器的柔性直流輸電HVDC兼統(tǒng)ー潮流控制器UPFC拓?fù)?方案三)。其中，⑴為換流裝置；(2)為換流裝置；(3)為接地電路中的接地電容或接地電阻；⑷為旁路開(kāi)關(guān)；(5)為啟動(dòng)電路；(6)為換流器；(7)為變壓器；⑶為啟動(dòng)電路；(9)為換流器；(10)為變壓器；(11)為換流裝置；(12)為接地電路；(13)為直流輸電線；(14)為啟動(dòng)電路；(15)為換流器；(16)為變壓器；(17)為濾波電感；(18)為上橋臂的兩個(gè)級(jí)聯(lián)的IGBT模塊；(1本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種基于三電平電壓源換流器的HVDC兼UPFC系統(tǒng)，包括換流裝置(1、2、11)、接地電路(3、12)、開(kāi)關(guān)(4)和直流輸電線(13)；其特征在于，所述換流裝置(1)一端與電網(wǎng)串聯(lián)，另一端并聯(lián)接地電路(3)后，分成至少兩條支路，支路一為接地電路(3)兩端連接所述換流裝置(2)后與所述電網(wǎng)連接，構(gòu)成一組統(tǒng)一潮流控制器UPFC；支路二為接地電路(3)兩端通過(guò)所述直流輸電線(13)與所述換流裝置(11)連接后與電網(wǎng)連接，構(gòu)成一組柔性直流輸電HVDC；所述直流輸電線(13)與所述換流裝置(11)之間并聯(lián)接地電容(12)；所述開(kāi)關(guān)(4)與所述換流裝置(2)并聯(lián)。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于三電平電壓源換流器的HVDC兼UPFC系統(tǒng)，包括換流裝置(1、2、11)、接地電路(3、12)、開(kāi)關(guān)⑷和直流輸電線(13);其特征在干， 所述換流裝置(I) 一端與電網(wǎng)串聯(lián)，另一端并聯(lián)接地電路(3)后，分成至少兩條支路，支路ー為接地電路(3)兩端連接所述換流裝置(2)后與所述電網(wǎng)連接，構(gòu)成ー組統(tǒng)ー潮流控制器UPFC ;支路ニ為接地電路(3)兩端通過(guò)所述直流輸電線(13)與所述換流裝置(11)連接后與電網(wǎng)連接，構(gòu)成ー組柔性直流輸電HVDC ;所述直流輸電線(13)與所述換流裝置(11)之間并聯(lián)接地電容(12);所述開(kāi)關(guān)⑷與所述換流裝置⑵并聯(lián)。2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述換流裝置(I)包括換流器(6);所述換流器(6)交流端與電網(wǎng)并聯(lián)，其直流端與所述接地電路(3)并聯(lián)。3.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述換流裝置(I)包括啟動(dòng)電路(5)，設(shè)置在所述換流器(6)和所述電網(wǎng)之間；所述啟動(dòng)電路(5) —端與所述電網(wǎng)串聯(lián)，另一端與所述換流器(6)串聯(lián)。4.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述換流裝置(11)包括換流器(15);所述換流器(15)交流側(cè)通過(guò)變壓器(10)串聯(lián)在電源與負(fù)載之間，其直流側(cè)和所述接地電路(12)并聯(lián)。5.如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述換流裝置(11)包括串聯(lián)在所述電網(wǎng)和所述換流器(15)之間的啟動(dòng)電路(14)。6.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述換流裝置(2)包括變壓器(10)和換流器(9);所述變壓器(10)原邊串聯(lián)在所述電網(wǎng)和負(fù)載之間，所述變壓器(10)副邊與所述換流器(6)串聯(lián)。7.如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于...

【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：王軒，吳倩，閆殳裔，王宇紅，喻勁松，何維國(guó)，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：中電普瑞科技有限公司， 上海市電力公司， 國(guó)家電網(wǎng)公司，
類(lèi)型：新型
國(guó)別省市：北京;11