本發(fā)明涉及直流輸電系統(tǒng)，具體講涉及一種具備平抑功率波動(dòng)功能的直流輸電系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

換相失敗(Commutation Failure，CF)是特高壓直流輸電逆變器較為常見的故障形式，當(dāng)兩個(gè)換流閥進(jìn)行換相時(shí)，因換相過程未能完成，或預(yù)計(jì)關(guān)斷的換流閥關(guān)斷后，在反向電壓期間未能恢復(fù)阻斷能力，當(dāng)加在該換流閥上的電壓為正時(shí)，立即重新導(dǎo)通，則發(fā)生倒換相，預(yù)計(jì)開通的換流閥重新關(guān)斷，這種現(xiàn)象稱為換相失敗。

換相失敗的根源在于晶閘管元件的半控特性，晶閘管的開通可以通過觸發(fā)脈沖控制，但必須對其施加反向電壓并持續(xù)一段時(shí)間，使晶閘管中的載流子游離，恢復(fù)阻斷能力，才能可靠關(guān)斷。若施加的反向電壓的時(shí)間太短，晶閘管一旦承受正向電壓，不需觸發(fā)脈沖也會(huì)重新導(dǎo)通。換相失敗會(huì)引起換流變壓器直流偏磁，換流閥過熱，過電壓等問題，繼發(fā)性的換相失敗還可能引起直流系統(tǒng)閉鎖，給電網(wǎng)穩(wěn)定造成更大的沖擊。

隨著“西電東送”戰(zhàn)略逐步實(shí)施，特高壓直流輸電工程集中投運(yùn)，我國已成為世界上容量、規(guī)模最大的交直流混聯(lián)電網(wǎng)。特高壓直流單回輸送容量的不斷提升，使得“強(qiáng)直弱交”的特征顯現(xiàn)，其主要體現(xiàn)在：一是受端電網(wǎng)多為負(fù)荷中心，多直流饋入落點(diǎn)集中，各逆變站間電氣距離較近，換流站近區(qū)交流系統(tǒng)故障可能導(dǎo)致多回直流同時(shí)發(fā)生換相失??；二是送端電網(wǎng)為能源集中區(qū)域，交流系統(tǒng)聯(lián)系相對薄弱，若逆變側(cè)換相失敗引起直流功率輸送發(fā)生暫時(shí)中斷，則將導(dǎo)致送端電網(wǎng)部分重要斷面超過穩(wěn)定極限、部分火電機(jī)組超速、風(fēng)電機(jī)組因低壓或高壓大規(guī)模脫網(wǎng)，嚴(yán)重威脅系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

綜上，由于交直流混聯(lián)電網(wǎng)中“交直流耦合、送受端耦合”兩大特性同時(shí)顯現(xiàn)，受端交流系統(tǒng)的單一故障，可能會(huì)引起送端重要斷面超過穩(wěn)定極限或大規(guī)模機(jī)組脫網(wǎng)。因此，換相失敗的危害后果非常嚴(yán)重。

當(dāng)前對于抵御換相失敗的相關(guān)技術(shù)研究多集中在換流站級(jí)控制器參數(shù)的優(yōu)化及控制策略的改進(jìn)，少數(shù)研究成果為換流閥設(shè)備的改進(jìn)，以期減少換相失敗故障的發(fā)生概率。但對于故障發(fā)生后的系統(tǒng)沖擊，還未能采取有效措施，因此亟待提出一種具備平抑功率波動(dòng)功能的直流系統(tǒng)來彌補(bǔ)上述空白。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種具備平抑功率波動(dòng)功能的直流輸電系統(tǒng)，包括：交流側(cè)能量吸收裝置2、換流變壓器3、整流側(cè)換流器4、直流側(cè)能量吸收裝置5和逆變側(cè)換流器6；

整流側(cè)換流器4采用直流線路與逆變側(cè)換流器6相連，整流側(cè)換流器4和逆變側(cè)換流器6的一側(cè)分別與換流變壓器3的一端相連。

換流變壓器3的另一端與交流側(cè)能量吸收裝置2相連；

直流側(cè)能量吸收裝置5的一側(cè)與逆變側(cè)換流器6并聯(lián)，另一側(cè)的端與整流側(cè)換流器4相連，另一端接地。

換流變壓器3的另一端與所述交流側(cè)能量吸收裝置2相連；

直流側(cè)能量吸收裝置5的一側(cè)與整流側(cè)換流器4并聯(lián)，另一側(cè)的一端與逆變側(cè)換流器6相連，另一端接地。

換流變壓器3與整流側(cè)換流器4經(jīng)交流側(cè)能量吸收裝置2相連；

直流側(cè)能量吸收裝置5的一側(cè)與逆變側(cè)換流器6并聯(lián)，另一側(cè)的端與整流側(cè)換流器4相連，另一端接地。

換流變壓器3與整流側(cè)換流器4經(jīng)交流側(cè)能量吸收裝置2相連；

直流側(cè)能量吸收裝置5的一側(cè)與整流側(cè)換流器4并聯(lián)，另一側(cè)的一端與逆變側(cè)換流器6相連，另一端接地。

交流側(cè)能量吸收裝置2的結(jié)構(gòu)包括：串聯(lián)形式21、并聯(lián)形式22和混聯(lián)形式。

并聯(lián)形式22包括：經(jīng)開關(guān)組件9串聯(lián)在一起的變壓器8和電阻器10。

串聯(lián)形式21包括：開關(guān)組件9，和與所述開關(guān)組件9并聯(lián)的電阻器10。

混聯(lián)形式包括：τ型組合、Γ型組合、T型組合和π型組合。

直流側(cè)能量吸收裝置5包括：串聯(lián)形式51，并聯(lián)形式52和混聯(lián)形式。

串聯(lián)形式51包括：機(jī)械開關(guān)14、與機(jī)械開關(guān)14相連的半導(dǎo)體開關(guān)15和電阻16；

電阻16并聯(lián)在機(jī)械開關(guān)14和半導(dǎo)體開關(guān)15兩端。

并聯(lián)形式52包括：電力電子開關(guān)17和與電力電子開關(guān)17串聯(lián)的電阻器18。

并聯(lián)形式52包括：二極管、電容、電阻和開關(guān)；

二極管的陽極與開關(guān)相連，二極管的陰極分別與電容和另一開關(guān)的一端相連，電容的另一端與電阻的一端相連，另一開關(guān)的另一端與電阻的另一端相連。

混聯(lián)形式包括：τ型組合、Γ型組合、T型組合和π型組合。

與最接近的現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的技術(shù)方案具有以下優(yōu)異效果：

1)本發(fā)明提出的能量吸收裝置，在送端交流電網(wǎng)提供能量回路，使得換相失敗發(fā)生后，有功功率在交流側(cè)得到消耗；

2)本發(fā)明提出的能量吸收裝置，使得有功功率在發(fā)生換相失敗后在直流系統(tǒng)內(nèi)部得到消耗，避免發(fā)生對送端電網(wǎng)造成功率和電壓沖擊；

3)本發(fā)明提出的交流能量吸收裝置和直流系統(tǒng)能量吸收裝置，相互間配合使用，提高了全系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的直流系統(tǒng)圖；

圖2是本發(fā)明直流側(cè)能量吸收裝置5的另一種安裝位置圖；

圖3是本發(fā)明交流側(cè)能量吸收裝置2的另一種安裝位置圖；

圖4是本發(fā)明交流側(cè)能量吸收裝置的四種內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖；

圖5是本發(fā)明交流側(cè)能量吸收裝置的兩種實(shí)現(xiàn)方式圖；

圖6是本發(fā)明直流側(cè)能量吸收裝置的四種組合形式圖；

圖7是本發(fā)明直流側(cè)能量吸收裝置5的三種典型實(shí)施實(shí)例圖；

圖8是本發(fā)明的有功功率吸收效果圖；

其中：2-交流側(cè)能量吸收裝置、3-換流變壓器、4-整流側(cè)換流器、5-直流側(cè)能量吸收裝置、6-逆變側(cè)換流器、21-交流側(cè)能量吸收裝置的串聯(lián)形式、22-交流側(cè)能量吸收裝置的并聯(lián)形式、51-直流側(cè)能量吸收裝置的串聯(lián)形式，52-直流側(cè)能量吸收裝置的并聯(lián)形式、14-機(jī)械開關(guān)、15-半導(dǎo)體開關(guān)、16-電阻、17-電力電子開關(guān)、18-電阻器。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合說明書附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步詳細(xì)說明。

本發(fā)明針對換相失敗造成的送端交流系統(tǒng)穩(wěn)定越限，造成大量有功功率缺額的現(xiàn)狀，在發(fā)生換相失敗后給送端功率提供一個(gè)回路，減少送端交流系統(tǒng)的功率波動(dòng)，同時(shí)有效減少流過逆變側(cè)換流閥的直流電流，進(jìn)而提升多饋入直流系統(tǒng)電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行能力。

如圖1所示的本發(fā)明提供的一種具備平抑功率波動(dòng)功能的直流輸電系統(tǒng)：當(dāng)外部系統(tǒng)發(fā)生換相失敗時(shí)，投入交流側(cè)能量吸收裝置2或者投入直流側(cè)能量吸收裝置5，使得功率在以上兩類裝置內(nèi)部，或者其中一類裝置內(nèi)部得到消耗，從而平抑送端交流系統(tǒng)的功率波動(dòng)。

該直流輸電系統(tǒng)包括：交流側(cè)能量吸收裝置2、換流變壓器3、整流側(cè)換流器4、直流側(cè)能量吸收裝置5以及逆變側(cè)換流器6。

如圖2所示的直流側(cè)能量吸收裝置5不但可以安裝在逆變側(cè)，也可安裝在整流側(cè)。

如圖3所示,交流側(cè)能量吸收裝置2除如圖1所示的安裝位置外，也可以安裝在換流變壓器3和整流側(cè)換流器4之間。其中,交流側(cè)能量吸收裝置2的應(yīng)用形式包括單相和三相兩種應(yīng)用形式，單相形式為每一相安裝一臺(tái)裝置，三相形式為一臺(tái)整體的三相裝置。

如圖4(a)～(d)所示的交流側(cè)能量吸收裝置2的單相結(jié)構(gòu)可以是串聯(lián)形式21、并聯(lián)形式22以及混聯(lián)形式?；炻?lián)形式的組合形式包括但不限于以下的組合形式：(a)τ型組合、(b)型組合、(c)T型組合、(d)π型組合等。

如圖5所示給出了(a)一種并聯(lián)形式能量吸收裝置的實(shí)現(xiàn)方式和(b)一種串聯(lián)形式能量吸收裝置的實(shí)現(xiàn)方式，但不限于該種形式：交流側(cè)能量吸收裝置2主要目的是在交流側(cè)提供一個(gè)能量耗散回路，由開關(guān)組件9、電阻器10以及其他輔助裝置組成(如變壓器8及其他附件)。其中，開關(guān)組件9可以是電力電子開關(guān)，可以是機(jī)械開關(guān)，也可以是其中的一種或者幾種；電阻器10可由若干個(gè)電阻單元串并聯(lián)而成，也可以是整體式，可采用線性電阻，也可采用非線性電阻。

直流側(cè)能量吸收裝置5的安裝位置，既可以安裝在直流濾波器和線路之間，也可以安裝在直流濾波器和平波電抗器之間，也可以安裝在平波電抗器和換流器之間。其中，直流側(cè)能量吸收裝置5的應(yīng)用形式包括單極和雙極兩種應(yīng)用形式。

如圖6(a)～(d)所示的直流側(cè)能量吸收裝置5可以是串聯(lián)形式51，也可以是并聯(lián)形式52，也可以是混聯(lián)形式。混聯(lián)形式的組合形式包括但不限于以下組合形式：(a)τ型組合、(b)型組合、(c)T型組合、(d)π型組合等。

如圖7所示的三種具體實(shí)施方案，但不限于該種連接形式：直流側(cè)能量吸收裝置51、52由機(jī)械開關(guān)14、半導(dǎo)體開關(guān)15、電阻16、電力電子開關(guān)17、電阻器18以及其他輔助設(shè)備(如電容、電感、測量、控制系統(tǒng)等)構(gòu)成。其中，電阻器18可以由若干個(gè)電阻單元串聯(lián)、并聯(lián)或者串并聯(lián)而成，也可以是整體形式，可采用線性電阻，也可采用非線性電阻。

最后應(yīng)當(dāng)說明的是：以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對其限制，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員參照上述實(shí)施例依然可以對本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行修改或者等同替換，這些未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改或者等同替換，均在申請待批的本發(fā)明的權(quán)利要求保護(hù)范圍之內(nèi)。