一種基于lcc和mmc的混合直流輸電系統的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種基于LCC和MMC的混合直流輸電系統，屬于高壓直流輸電技術領 域。
【背景技術】
[0002] 隨著電力科學技術的發展，傳統直流輸電系統（又稱電網換相換流器高壓直流輸 電系統，Line Commutated Converter Based High Voltage Direct Current，LCC-HVDC) 以其遠距離大容量輸電、有功功率快速可控等特點在世界范圍內得到了快速發展。但 LCC-HVDC由于采用無自關斷能力的普通晶閘管作為換流元件，需要借助一定強度的交流系 統實現換相，這使其存在著逆變站有換相失敗風險、無法對弱交流系統供電、不能作為電網 大停電的恢復電源，且運行中需要消耗大量無功功率等缺陷，一定程度上制約了它的發展。
[0003] 近年來以全控型電力電子器件為基礎的電壓源型換流器高壓直流輸電（Voltage Source Converter Based High Voltage Direct Current，VSC-HVDC)因其可獨立控制有功 無功功率、不存在換相失敗、可為無源孤島供電等諸多優點得到學術界與工業界的青睞。而 基于模塊化多電平換流器的MMC-HVDC具有擴展性好、輸出電壓波形品質高、開關頻率低、 運行損耗低、無需交流濾波裝置等諸多優點，已成為柔性直流輸電系統的主流趨勢。但是 MMC-HVDC系統造價昂貴、無法有效地處理直流短路故障等缺點，使其在長距離大容量輸電 場合的運行受到制約。

【發明內容】

[0004] 本發明的目的是提供一種基于LCC和MMC的混合直流輸電系統，用以解決現有的 LCC直流輸電系統和MMC直流輸電系統均存在著缺陷的問題。
[0005] 為實現上述目的，本發明的方案包括一種基于LCC和MMC的混合直流輸電系統，包 括一個由MMC子模塊構成的MMC換流器和由至少一個LCC構成的LCC換流器系統，所述MMC 換流器的直流端通過直流輸電線路對應連接所述LCC換流器系統的直流端；所述MMC換流 器中的每個橋臂上均包括至少兩種所述MMC子模塊。
[0006] 所述MMC換流器中的每個橋臂上均包括兩種所述MMC子模塊，分別為全橋子模塊 和半橋子模塊，每個橋臂中的全橋子模塊和半橋子模塊的比例大于或者等于1 :1。
[0007] 所述MMC子模塊中，至少有一種子模塊為混合雙子模塊，所述混合雙子模塊包括4 個功率模塊：!'1、1233、14和2個電容 ：(：1工2，所述1'1的陽極連接所述14的陽極，所述丁2 的陰極連接T3的陰極，所述T1的陰極連接所述T2的陽極，所述T4的陰極通過所述電容C2 連接所述T3的陽極，所述T1和T4的連接點與所述T2和T3的連接點之間連接所述電容 C1，所述T1和T2的連接點為所述混合雙子模塊的一個端口，所述C2和T4的連接點為所述 混合雙子模塊的另一個端口。
[0008] 所述功率模塊為IGBT模塊，所述功率模塊的陽極為IGBT模塊的集電極，所述功率 模塊的陰極為IGBT模塊的發射極。
[0009] 每個所述功率模塊均反向并聯一個二極管。
[0010] 所述LCC換流器系統的交流端與地之間串接有交流無功補償裝置組，所述交流無 功補償裝置組與一個交流濾波器組并聯。
[0011] 所述LCC換流器系統的直流母線上串設有直流平波電抗器。
[0012] 所述LCC換流器系統的直流母線之間連接有一個直流濾波器。
[0013] 本發明提供的混合直流輸電系統中，在直流輸電線路的兩端分別連接MMC換流器 和LCC換流器系統，其不僅結構簡單可靠，而且還能夠結合LCC和MMC的各自優點并克服各 自的缺點，利用MMC的有功無功獨立調節能力來調節交流電壓，從而增加LCC的最大傳輸有 功功率能力并減小其換相失敗的可能；而且MMC中可以根據實際需要接入至少兩種類型的 子模塊，控制更加靈活多變，在直流側發生故障時可以控制其直流端輸出相應的電壓，從而 克服普通MMC無法有效處理直流故障的缺點。
【附圖說明】
[0014] 圖1是基于LCC和MMC的混合直流輸電系統的系統結構圖；
[0015] 圖2是混合雙子模塊的結構示意圖；
[0016] 圖3-1是混合子模塊正常工作模式下的第一種工作狀態示意圖；
[0017] 圖3-2是混合子模塊正常工作模式下的第二種工作狀態示意圖；
[0018] 圖3-3是混合子模塊正常工作模式下的第三種工作狀態示意圖；
[0019] 圖3-4是混合子模塊正常工作模式下的第四種工作狀態示意圖；
[0020] 圖4-1是混合子模塊閉鎖模式下的其中一種工作狀態示意圖；
[0021] 圖4-2是混合子模塊閉鎖模式下的另一種工作狀態示意圖；
[0022] 圖5是模塊混合型模塊化多電平換流器MMC的拓撲結構圖；
[0023] 圖6是半橋子模塊的拓撲結構示意圖；
[0024] 圖7是全橋子模塊的拓撲結構示意圖。
【具體實施方式】
[0025] 下面結合附圖對本發明做進一步詳細的說明。
[0026] 實施例1
[0027] 如圖1所示，該混合直流輸電系統包括送端換流站和受端換流站，送端換流站主 要由電網換相換流器LCC換流裝置構成，受端換流站主要由一個模塊化多電平換流器MMC 構成，其中，LCC換流裝置的交流側接入送端交流系統，MMC的交流側接入受端交流系統， LCC換流裝置與MMC分別連接在直流輸電線路的兩端。
[0028] LCC換流裝置的交流側通過換流變壓器連接送端交流電網，送端交流電網與地之 間串接有交流無功補償裝置組，交流無功補償裝置組與交流濾波器組ACF并聯，用于濾除 換流裝置運行所產生的諧波電流并提供所需無功功率。LCC換流裝置的直流母線之間連接 有一個直流濾波器DCF，并且直流母線上串設有直流平波電抗器。直流平波電抗器和濾波器 DCF連接在LCC換流裝置的直流側，用于平抑直流電中的紋波。
[0029] LCC換流裝置是由半控型的晶閘管為基礎構成的三相橋式電路，可以是6個橋臂 構成的6脈沖換流器，即是由一個電網換相換流器LCC構成；還可以是由兩個6脈沖換流器 組成的12脈沖換流器，即是由兩個電網換相換流器LCC構成；當然，還可以由更多的電網換 相換流器LCC構成。通過該LCC換流裝置的控制，可以將送端電網的交流電轉換為直流電， 并經直流輸電線路傳給受端換流站。通過MMC的控制，可以將直流輸電線路上的直流電轉 換為受端交流系統的交流電，從而實現送受端系統能量傳輸。
[0030] MMC是由三相六個橋臂組成，每個橋臂上均包括兩種子模塊，其中一種子模塊為混 合雙子模塊，另外一種子模塊為全橋子模塊、半橋子模塊或者鉗位雙子模塊。
[0031] 如圖2所示，該混合雙子模塊包括4個IGBT模塊：Tl、T2、T3、T4和2個電容：C1、 C2, T1的集電極連接T4的集電極，T2的發射極連接T3的發射極，T1的發射極連接T2的集 電極，T4的發射極通過電容C2連接T3的集電極，T1和T4的連接點與T2和T3的連接點之 間連接電容C1，T1和T2的連接點為該混合雙子模塊的一個端口，C2和T4的連接點為該混 合雙子模塊的另一個端口。混合雙子模塊內所有的IGBT(T1、T2、T3、T4)均反并聯了續流 二極管，Tl、T2、T3、T4的基極分別接受外部設備提供的控制信號。
[0032] 該混合雙子模塊有兩種工作模式，正常運行模式和閉鎖模式。在正常運行模式下， T1和T2之間最多只能有一個IGBT導通，為了防止電容C1短路，T1和