專利名稱：一種連接不同電壓等級交流電網的柔性直流輸電系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種連接不同電壓等級交流電網的柔性直流輸電系統，屬于直流輸電技術領域。
背景技術：
出于可持續發展需要，利用以太陽能、風能等可再生能源發電已成為未來電力系統的發展方向。這些發電方式具有遠離主電網、隨時間波動較大等特點。柔性直流輸電系統基于電壓源換流器(VSC)和脈沖寬度調制技術(PWM)將直流電壓逆變為幅值和相位都可控的交流電壓，并可以獨立快速控制所傳輸的有功功率和無功功率，極大地增強了輸電的靈活性，成為實現可再生能源發電與主電網之間的穩定聯結的最有潛質的電力傳輸方式。由于模塊化多電平換流器(Modular Multilevel Converter,MMC)具有公共直流端,且有易拓展、有功無功可解耦控制、諧波特性優秀、開關器件損耗小等特點，十分適用于柔性直流輸 電系統。柔性直流輸電系統通常用于連接兩個交流系統。兩個模塊化多電平換流器的交流側各接入一個交流系統，兩個電壓源的直流側通過直流輸電線路連接起來。通常情況下直流線路的電壓要與交流系統電壓相匹配。直流電壓相對交流系統電壓過高時，可能會導致電壓源換流器工作在較低的調制比，造成換流器運行性能較差，并且導致模塊化多電平換流器的部分子模塊不能得到充分利用，帶來裝置成本的升高。直流電壓相對交流系統電壓過低時，會導致換流器運行于非線性區域，使換流器無法正常輸出有功功率和無功功率。由于直流線路電壓通常根據所傳輸的容量和直流電纜水平確定。換流器的直流電壓等級可能會與交流系統電壓不匹配。在這種情況下，解決方法通常是在交流系統側接入交流變壓器，將交流系統電壓變換到與直流線路電壓相匹配的等級。在很多應用場合柔性直流輸電系統是用于連接兩個不同電壓等級的交流電網，由于兩個換流器必然承受相同的直流線路電壓，直流電壓若與電壓較高的一側交流電網電壓相匹配，與電壓較低的一側電壓則必將不匹配。在設計模塊化多電平換流器橋臂中子模塊級聯數量時，目前通常認為應該設計為模塊化多電平換流器額定直流電壓Ud除以子模塊額定電壓U。所得到的數值。例如如果K = Ud/U。，采用現有設計方法時，模塊化多電平換流器每個橋臂的子模塊級聯數量N通常被設計為K。因此采用常規技術方案時，當連接兩個不同電壓等級的交流電網時，兩個模塊化多電平換流器的橋臂子模塊數量將相同。但是連接電壓較低的交流系統的模塊化多電平換流器將運行于調制比較低的情況，這個N個子模塊并不會得到充分利用，造成子模塊數量的浪費，導致成本和占地的升高。

發明內容
本發明的目的是提出一種連接不同電壓等級交流電網的柔性直流輸電系統，在采用模塊化多電平換流器連接兩個不同電壓等級交流電網時，使用于連接相對低電壓等級交流系統的模塊化多電平換流器可以不經變壓器直接接入交流系統，并且使模塊化多電平換流器橋臂采用相對比較少的子模塊數量。本發明提出的連接不同電壓等級交流電網的柔性直流輸電系統，該柔性直流輸電系統中，第一交流系統和第二交流系統之間依次串接第一模塊化多電平換流器、直流輸電線路和第二模塊化多電平換流器；所述的第一交流系統為含三根交流線路的輸電導線，額定線電壓值為Uacl,所述的第二交流系統為含三根交流線路的輸電導線，額定線電壓值為Uac2,設所述的第一交流系統的額定線電壓值Uaca大于第二交流系統的額定線電壓值Uac2，則所述的含正極、負極兩根輸電導線的直流輸電線路的正極和負極之間的額定直流電
壓Ud為Ud大于
權利要求
1. 一種連接不同電壓等級交流電網的柔性直流輸電系統，其特征在于該柔性直流輸電系統中，第一交流系統和第二交流系統之間依次串接第一模塊化多電平換流器、直流輸電線路和第二模塊化多電平換流器； 所述的第一交流系統為含三根交流線路的輸電導線，額定線電壓值為Uacl， 所述的第二交流系統為含三根交流線路的輸電導線，額定線電壓值為Uac2， 設所述的第一交流系統的額定線電壓值Uacl大于第二交流系統的額定線電壓值uac;2，則所述的含正極、負極兩根輸電導線的直流輸電線路的正極和負極之間的額定直流電壓Ud為Ud大于^λ/3 所述的第一模塊化多電平換流器為三相橋臂結構，每一相包括上橋臂和下橋臂，每個橋臂分別由N1個相同的子模塊級聯構成，所述的子模塊額定電壓為U。，每相的上橋臂下端和下橋臂上端各通過一個電感連接在一起，電感中點成為該相的交流母線，與第一交流系統的輸電導線連接，所有相的上橋臂上端連接在一起成為直流正母線，直流正母線與所述的直流輸電線路的正極連接，所有相的下橋臂下端連接在一起成為直流負母線，直流負母線與直流輸電線路的負極連接，所述的第一模塊化多電平換流器的橋臂子模塊數量為N1,m=M±. U: 所述的第二模塊化多電平換流器為三相橋臂結構，每一相包括上橋臂和下橋臂，每個橋臂分別由N2個相同的子模塊級聯構成，所述的子模塊額定電壓為U。，每相的上橋臂下端和下橋臂上端各通過一個電感連接在一起，電感中點成為該相的交流母線，與第二交流系統的輸電導線連接，所有相的上橋臂上端連接在一起成為直流正母線，直流正母線與所述的直流輸電線路的正極連接，所有相的下橋臂下端連接在一起成為直流負母線，直流負母線與直流輸電線路的負極連接，所述的第二模塊化多電平換流器的橋臂子模塊數量為N2,N H+I)"d22 Uc。
全文摘要
本發明提出一種連接不同電壓等級交流電網的柔性直流輸電系統，屬于直流輸電技術領域。當第一交流系統的額定線電壓值大于第二交流系統的額定線電壓值時，在第一交流系統和第二交流系統之間依次串接第一模塊化多電平換流器、直流輸電線路和第二模塊化多電平換流器。雖然兩個模塊化多電平換流器承受相同的直流電壓，也采用相同額定電壓的子模塊，但是用于連接電壓等級較低的交流系統的模塊化多電平換流器可以不經變壓器直接接入交流系統，并且可以采用相對比較少的子模塊級聯數目。采用本發明的輸電系統，可以通過減小子模塊數量降低模塊化多電平換流器的成本，另一方面也可以避免交流變壓器帶來的占地和成本問題。
文檔編號H02J3/36GK102820672SQ20121028316
公開日2012年12月12日 申請日期2012年8月9日 優先權日2012年8月9日
發明者饒宏, 宋強, 羅雨, 許樹楷, 劉文華, 黎小林, 李立浧 申請人:清華大學, 南方電網科學研究院有限責任公司