一種基于可關斷器件的移動式輸電裝置制造方法及圖紙

一種基于可關斷器件的移動式輸電裝置，包括兩組相互獨立的高壓換流站，兩組高壓換流站采用背靠背連接模式通過直流側并聯組合在一起，分別作為直流輸電的發送端和接收端。其中發送端連接電網的三相交流電輸出端，接收端則根據輸電要求可連接有源電網或無源電網。輸電方法采用上層控制和下層單元控制兩層控制方式，其中上層控制主要協調多個變流器功率單元的控制目標和系統保護；下層單元控制完成功率單元的實時控制和保護。移動式輸電裝置具有小型、高效、控制靈活等特點，提高了裝置的作業范圍和設備利用率，同時大大提高了電能質量。（*該技術在2020年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本技術涉及一種輸電裝置，尤其是一種應用于輸變電領域的基于可關斷器件 的移動式輸電裝置，該輸電裝置也可以用于小規模分散性可再生能源(如風力，太陽能等) 發電場并網，敏感負荷供電，城市負荷中心供電，海上鉆井平臺供電，孤島供電。
技術介紹
隨著國家對于可再生清潔能源的大力開發和利用，能源結構的不斷優化，伴隨著 風能、太陽能等可再生能源利用規模的不斷擴大，其固有的分散性、小型性、遠離負荷中心 等特點不斷顯現出來。而采用傳統的輸電技術則帶來了投資規模大，輸電效率低等一系列 不利因素。另一方面，變流技術是建設資源節約型和環境友好型社會的一項關鍵技術。基 于變流技術的輸電技術具有小型、高效、控制靈活的特點，經濟效益和環保價值可觀，能有 效的減少輸電線路電壓降落和閃變，提高了電能質量。現有輸電技術中有如下兩種方案(1)傳統的交流輸電技術，此種方式采用交流架空導線傳輸的形式，要求交流電 力系統中的所有同步發電機必須保證同步運行，系統的穩定性得不到充分保證；用交流輸 電線連接兩個及以上交流系統時，短路容量增大，甚至需要更換斷路器或增設限流裝置；無 空、輕載時，交流長線受端及中部容易發生電壓異常升高的現象，需要并聯電抗補償；由于 交流為三線輸送，線路造價高、年電能損失率大，且容易產生大量的感抗和容抗的無功損^^ o(2)基于晶閘管的電流源換流器型直流輸電技術，此種方式只能工作在有源逆變 狀態，且受端系統必須有足夠大的短路容量，否則容易發生換相失敗；換流器產生的諧波次 數低、容量大；換流器需吸收大量的無功功率需要大量的濾波和無功補償裝置；換流站占 地面積大、投資大。而基于可關斷器件的輸電技術專業性非常強，而對于有功功率和無功功率的四 象限輸電技術則還沒有出現過，目前的工程化實施過程中還只能見到單獨的進行有功功 率傳輸或單獨的進行無功功率補償的輸電技術，如2002年10月美國SDG&E(San Diego Gas&Electric)的Talega電站交付使用的138kV，士 lOOMvar STATC0M裝置。同時為了滿足 能源分散性、小型性、遠離負荷中心等要求，移動式的輸電裝置具有流動性強、作業范圍廣、 裝置利用率高等優點。因而此種基于可關斷器件的移動式輸電裝置的應用前景十分廣闊。新一代的HVDC (高壓直流)輸電技術，是以全控型、可關斷器件構成的電壓源換流 器(VSC)為基礎，使得VSC-HVDC輸電系統具備對其傳輸有功功率和無功功率進行同時控制 的能力，以及可實現對交流無源網絡供電等眾多優點。圖1所示為兩端聯結有源交流網絡 的柔性直流輸電系統主要設備及系統構成示意圖，VSC換流站的主要設備有全控換流器、直 流電容器、換相電抗器、交流濾波器以及換流變壓器等。
技術實現思路
本技術的目的在于針對現有輸電裝置的不足，提供一種基于可關斷器件的移 動式輸電裝置，以達到對孤立負荷點高效可靠供電的目的。本技術提供的一種基于可關斷器件的移動式輸電裝置是通過下述技術方案 來實現的一種基于可關斷器件的移動式輸電裝置，包括兩組相互獨立的高壓換流站，兩組 高壓換流站采用背靠背連接模式通過直流側串連組合在一起，分別作為直流輸電的發送端 和接收端；其中發送端連接電網的三相交流電輸出端，將交流電轉化為直流電傳輸，接收端 則根據輸電要求將發送端傳輸過來的直流電轉化為交流電送入有源電網或無源電網。作為本技術進一步的實施方式，高壓換流站包括移相變壓器和不少于兩個的 功率單元的組合，所述的功率單元實現交流與直流的相互轉化，移向變壓器原邊接高壓交 流電網，移向變壓器副邊為多繞組輸出，分別接各個功率單元交流側，功率單元直流側通過 串聯方式，輸出高壓直流。作為本技術進一步的實施方式，所述的功率單元包括6個IGBT的三相兩電平 橋臂，交流側電容濾波器，交流側低壓電抗器，直流側電容，直流側放電電阻，三相兩電平橋 臂交流側接交流側低壓電抗器，再通過交流側電容濾波器濾波后接移向變壓器副邊繞組， 直流側并聯電容、直流側放電電阻，以及IGBT VT7，二極管D1構成的斬波橋臂并聯在功率 單元的直流側。作為本技術進一步的實施方式，所述移動式輸電裝置包括上層控制器和下層 功率單元控制器，其中上層控制器協調多個功率單元的控制目標和系統保護；下層功率單 元控制器完成功率單元的實時控制和保護。作為本技術進一步的實施方式，所述上層控制器與電力調度中心進行通訊， 接受電力調度中心的功率、電壓等調度指令，同時發送換流站的實時波形數據和故障數據 記錄；與下層功率單元控制器進行通訊，發送給下層功率單元控制器電流、電壓、功率指令， 以及無源負載控制時的交流側輸出相位角給定，接收下層功率單元控制器的故障信號和實 時數據記錄。作為本技術進一步的實施方式，所述下層功率單元控制器主要實現單個功率 單元的實時控制，包括電壓外環控制器和電流內環控制器，其中電壓外環控制器實現功率 單元的功率控制，包括有功功率控制和無功功率控制，電流內環控制器按照電壓外環輸出 的電流指令進行電流控制。作為本技術進一步的實施方式，所述下層功率單元控制器包括直流電壓控制 器、直流電流控制器和直流功率控制器，實現有功功率的控制。作為本技術進一步的實施方式，所述下層功率單元控制器包括無功功率控制 器和交流電壓控制器，實現無功功率的控制。作為本技術進一步的實施方式，所述下層功率單元控制器包括發送端功率單 元控制器和接收端功率單元控制器，發送端功率單元控制器包括直流電壓控制器、交流電 壓控制器和無功功率控制器，直流電壓控制器、交流電壓控制器和無功功率控制器根據采 集到的實際值和接收到的給定指令信號，通過電流內環控制器控制功率單元；接收端功率 單元控制器包括直流電流控制器、直流功率控制器和交流電壓控制器，直流電流控制器、直流功率控制器和交流電壓控制器根據采集到的實際值和接收到給定指令信號，通過電流內 環控制器控制功率單元。以上所述的實施方式中高壓換流站均可安裝在一個集裝箱車內且可以移動。通過 應用本技術所描述的輸電裝置，基于可關斷器件的移動式輸電裝置具有小型、高效、控 制靈活等特點，既可以連接兩個有源電網進行并網輸電以及對敏感負荷供電，也可以實現 有源電網與無源電網的對接，從而實現對孤立負荷點供電。采用集裝箱車形式也實現了輸 電裝置的可移動性，提高了裝置的作業范圍和設備利用率。整個裝置的占地面積約為同容 量的傳統直流輸電的20%，輸電效率相比交流架空導線輸電要高出約50%，通過變流裝置 對輸出電能波形的數字化控制，大大提高了電能質量。本技術所提供的輸電裝置不僅可以實現常規輸電，而且由于有功功率和無功 功率的獨立解耦控制，可以滿足其它輸電的特殊要求如實現非同步運行電網的互聯、對無 源電網的供電、STATCOM(Static Var Compensator——靜止同步無功補償器)等。附圖說明圖1是現有技術兩端聯結有源交流電網的直流輸電系統結構示意圖；圖2是本技術一種典型實施方式的系統示意圖；圖3是本技術一種典型實施方式的功率單元拓撲結構以及連接成輸電高壓 換流站示意圖；圖4是本技術一種典型實施方式的系統控制框圖；圖5是圖4所述控制方案中直流電壓控制器；本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于可關斷器件的移動式輸電裝置，其特征在于：包括兩組相互獨立的高壓換流站，兩組高壓換流站采用背靠背連接模式通過直流側并聯組合在一起，分別作為直流輸電的發送端和接收端；其中發送端連接電網的三相交流電輸出端，將交流電轉化為直流電傳輸，接收端則根據輸電要求將發送端傳輸過來的直流電轉化為交流電送入有源電網或無源電網。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：王小方，周細文，敬華兵，梁之淵，章輝，李軍，張志學，鄧明，梁金成，劉彤，
申請(專利權)人：株洲變流技術國家工程研究中心有限公司，
類型：實用新型
國別省市：43[中國|湖南]