直流输电系统和方法技术方案

本文公开了一种功率输送系统的独特系统、方法、技术和设备。一个示例性实施例是用于转换高压直流(HVDC)功率的AC功率输送系统，转换系统包括AC电缆系统、第一换流器系统、第二换流器系统和控制系统。第一换流器系统被构造成接收AC功率、将AC功率转换成DC功率以及输出DC功率。第二功率换流器系统被构造成接收DC功率、将DC功率转换成第二AC功率以及输出第二AC功率。控制系统被构造成接收功率需求信息、确定小于额定HVDC电压的减小的DC电压、控制第一换流器系统使得DC功率被控制成减小的电压并且控制第二功率换流器系统以有功功率控制模式操作。

【技术实现步骤摘要】
直流输电系统和方法
本公开涉及一种输电系统和方法，更具体地，涉及一种直流输电系统和方法。
技术介绍
本公开大体涉及功率输送系统。交流(AC)功率线通常用在大容量功率输送中。随着连接至功率输送系统的客户数目的增加，功率需求将超过现有的AC功率线的容量。增加功率线容量的一种方式是将现有的AC功率线转换成直流(DC)功率线。增加功率线容量在安装额外功率线成本高且耗时的区域(例如市区)是特别重要的。用于将功率输送系统转换成DC功率线的现有的方法和系统面临很多的缺点和劣势。存在未满足的需求，包括增加输送线寿命、减小工作应力、减小运行成本、减小功率损坏以及增大可靠性。例如，以高电压恒定地输送功率的DC功率线面临高工作应力、减小的线路寿命的问题。对于本文所公开的独特的设备、方法、系统和技术存在显著的需求。
技术实现思路
为了清楚、简要并且准确地描述本公开的非限制性示例性实施例、使用和制造其的方式和过程以及使得能够制造和使用其的实践的目的，现在将参照一些示例性实施例(包括附图中示出的那些)并且使用特定语言对其说明。尽管如此，应当理解的是，由此不是对本公开的范围的限制，并且本公开包括并且保护在本公开的权益下对于本领域技术人员而言容易想到的示例性实施例的这种变化、修改和进一步应用。示例性实施例包括用于功率输送系统的独特系统、方法、技术和设备。根据下面的说明和附图，进一步的实施例、形式、目的、特征、优点、方面和益处将变得明显。附图说明图1示出示例性功率输送系统。图2是示出示例性DC输送系统的功率特征的图。图3是示出在示例性功率输送系统中使用的两个可能的DC电压参考值的多个图。图4示出在示例性功率输送系统中的功率换流器。图5示出另一示例性功率输送系统。具体实施方式参照图1，图1示出以对称单极配置电耦合在第一功率网路101和第二功率网络103之间的示例性功率输送系统100。在示出的实施例中，系统100被构造成从网络101和网络103输送AC功率。系统100还可以被构造成在网络103和网络101之间输送双向AC功率。在示出的实施例中，系统100输送三相AC功率。在其它实施例中，系统100可以被布置成另一配置，例如非对称单极配置、双极配置、串联桥配置、或多端子配置。网络101和103可以是电源、电负载、配电线的网络和/或输电线的网络。应当理解的是，系统100可以实施在输电线或配电线中，叫出名的一些示例包括架空线、地下线、城市功率线、高压线、中压线、或低压线。系统100包括三个高压输电线105、107、109。输电线可以是适于并入系统100的其它元件的新建线或现有线。输电线105、107、109可以是高压AC输电线，构造成在几英里至几百英里的距离上以69kV-345kV的电压输送AC功率。输电线105、107、109可以是用系统100的其它元件改造以增强输电线功率容量的现有的地下城市功率线。系统100包括变压器111，该变压器111具有借助线分段105a、107a、109a电耦合至网络101的分接头变换器。变压器111被构造成以以下方式调节输电线105、107、109上的电压，即从网络101接收具有非期望电压的AC功率，调整分接头的位置，以及输出具有固定期望电压的AC功率。在一些实施例中，变压器111可以不被包括在系统100中。应当理解的是，变压器111的前述特征的任何一个或全部也可以存在在本文所公开的其它分接头变换器中。功率换流器113借助线分段105a、107a、109a电耦合至变压器111。换流器113包括多个开关装置，并且被构造成从变压器111接收AC功率，将AC功率转换成DC功率以及输出DC功率。在一种布置中，换流器113将具有正电压的DC功率输出至线分段105c、107c、109c中的一个，并且将具有负电压的DC功率输出至线分段105c、107c、109c中的另一个。第三输电线可以用作中性线、对高功率需求做出响应的补充输电线、金属回线、或对一个或其它输电线的故障或断电维护做出响应的替换输电线。在系统100的实施期间，基于输电线的包括线绝缘完整性和线容量的相对健康状况，对哪个线分段105c、107c、109c用作中性线、补充输电线、金属回线、或替换输电线做出选择。例如，可以选择表现出最劣化的导体和/或绝缘的现有AC电力线作为中性线、补充输电线、金属回线或替换输电线。在一些实施例中，功率换流器113包括被布置在模块多电平换流器拓扑或另一级联换流器拓扑中的多个开关装置。功率换流器113可以是两级或三级电压源换流器或电流源换流器。应当理解的是，换流器113的前述特征中的任何一个或所有可以存在于本文公开的其它功率换流器中。第二换流器115电耦合至线分段105c、107c、109c。换流器115被构造成从线分段105c、107c、109c接收DC功率，将接收的DC功率转换成AC电流，并且输出AC功率。在一些实施例中，系统100包括旁路开关，在系统100停机的情况下(诸如换流器113或换流器115维护或部件故障期间)，该旁路开关将网络101选择性地耦合至网络103。在线分段105c、107c或109c中的一个故障或维护的情况下，系统101可以操作为非对称单极配置。具有分接头变换器的变压器116通过线分段105d、107d和109d电耦合至换流器115。网络103借助线分段105e、107e和109e电耦合至变压器116。系统100包括控制系统117，其包括控制器117a和117b。在一些实施例中，系统100被构造成输送双向功率，控制器117a被配置成执行关于控制器117b所描述的功能，并且控制器117b被配置成执行关于控制器117a所描述的功能。每个控制器可以是配置成执行本文关于控制器所描述的功能的单个装置或多个装置。控制器117a电耦合至换流器113。控制器117a还电耦合至系统操作器121和多个系统传感器123。在一些形式中，系统传感器123的一个子集可以专用，并且操作性地与控制器117a和与其相关联的系统设备耦合，并且系统传感器123的另一个子集可以专用并且操作性地与控制器117b和与其相关联的系统设备耦合。在一些形式中，系统传感器123可以操作性地与控制器117a和控制器117b两者耦合。控制器117a被构造成操作换流器113，以从网络101接收AC功率，将接收的AC功率转换成DC功率以及将DC功率输送至换流器115。控制器117a通过将多个激活信号输送至换流器113的多个开关装置以选择性地打开和关闭多个开关装置来操作换流器113。控制器117a可以被配置成使用脉宽调制生成激活信号。控制器117a被配置成使用从系统操作器121和传感器123接收的数据来生成激活信号。控制器117a可以定期地(例如在5分钟的时间段内)评价是否改变换流器113的DC输出电压。在正常功率需求期间(诸如轻度或中度功率需求)，控制器117a降低换流器113的DC输出电压。例如，控制器117a可以操作换流器113，以将DC功率电压降低至线分段105c、107c和109c被设计成操作的最高高压DC(HVDC)的50％，该最高高压DC这里也称为额定DC电压或额定HVDC电压。例如，用于输电线的HVDC电压可以在包括80kV-320kV的范围内。应当理本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种被转换用于输送高压直流(HVDC)功率的AC功率输送系统，所述转换的系统包括：AC电缆系统，包括三条电缆，所述三条电缆具有被配置用于输送额定峰值线到地AC电压的导体尺寸和绝缘尺寸；第一换流器系统，被构造成接收AC功率、将所述AC功率转换成DC功率，并且将所述DC功率输出至所述AC电缆系统，所述第一换流器系统可受控制，以在从额定HVDC电压至小于所述额定HVDC电压的第二DC电压的范围内改变所述DC功率的电压，所述额定HVDC电压等于或大于所述AC电缆系统的所述额定峰值线到地电压；第二功率换流器系统，被构造成从所述AC电缆系统接收所述DC功率、将所述DC功率转换成第二AC功率、并且输出所述第二AC功率；以及控制系统，被构造成接收功率需求信息、使用所述功率需求信息确定小于所述额定HVDC电压的减小的DC电压、控制所述第一换流器系统，使得所述DC功率的所述电压被控制至所述减小的电压，以相对于所述HVDC电压来有效减小所述AC电缆系统上的应力，并且控制所述第二功率换流器系统以有功功率控制模式操作。

【技术特征摘要】
2016.11.22 US 15/358,8141.一种被转换用于输送高压直流(HVDC)功率的AC功率输送系统，所述转换的系统包括：AC电缆系统，包括三条电缆，所述三条电缆具有被配置用于输送额定峰值线到地AC电压的导体尺寸和绝缘尺寸；第一换流器系统，被构造成接收AC功率、将所述AC功率转换成DC功率，并且将所述DC功率输出至所述AC电缆系统，所述第一换流器系统可受控制，以在从额定HVDC电压至小于所述额定HVDC电压的第二DC电压的范围内改变所述DC功率的电压，所述额定HVDC电压等于或大于所述AC电缆系统的所述额定峰值线到地电压；第二功率换流器系统，被构造成从所述AC电缆系统接收所述DC功率、将所述DC功率转换成第二AC功率、并且输出所述第二AC功率；以及控制系统，被构造成接收功率需求信息、使用所述功率需求信息确定小于所述额定HVDC电压的减小的DC电压、控制所述第一换流器系统，使得所述DC功率的所述电压被控制至所述减小的电压，以相对于所述HVDC电压来有效减小所述AC电缆系统上的应力，并且控制所述第二功率换流器系统以有功功率控制模式操作。2.根据权利要求1所述的系统，其中所述AC电缆系统以对称单极配置来操作性地与所述第一换流器系统和所述第二换流器系统连接，其中所述三条电缆中的第一条电缆被用于正极DC功率输送、所述三条电缆中的第二条电缆被用于负极DC功率输送、以及所述三条电缆中的第三条电缆被用作备用。3.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制系统控制所述第一换流器系统，使得从所述控制系统通过使用所述功率需求信息来逐渐地减小所述有功功率输出而控制所述第二换流器系统的时候起，通过逐渐地减小电压来将所述DC功率控制至所述减小的电压。4.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一换流器系统和所述第二换流器系统各自包括调制多电平功率换流器，所述调制多电平功率换流器包括多个全桥单元。5.根据权利要求4所述的系统，其中所述第一换流器系统包括所述调制多电平功率换流器，并且所述控制系统被构造成控制所述第一换流器系统，使得所述第一换流器系统被控制成在从所述额定HVDC电压的0％至100％的范围内改变所述DC功率的电压。6.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一换流器系统和所述第二换流器系统各自包括调制多电平功率换流器，所述调制多电平功率换流器包括多个全桥单元和多个半桥单元。7.根据权利要求6所述的系统，其中所述第一换流器系统包括所述调制功率换流器，并且所述控制系统被构造成控制所述第一换流器系统，使得通过控制所述多个全桥单元的一部分以减小每个单元的电压输出来将所述DC功率控制至所述减小的电压。8.一种用于将AC功率输送系统转换成高压直流(HVDC)功率输送系统的方法，所述方法包括：将第一换流器系统耦合至AC电缆系统，所述第一换流器系统被构造成利用输入来接收AC功率，以可受控至额定HVDC电压的电压和可受控至低于所述额定HVDC电压的一个或多个电压的电压来将所述AC功率转换成DC功率，并且利用所述AC电缆系统输送所述DC功率，所述AC电缆系统包括被构造成以额定峰值线到地AC电压输送AC功率的多根输电线，所述额定HVDC电压大于所述额定AC电压；将第二换流器系统耦合至所述AC电缆系统，所述第二换流器系统被构造成从所述第一换流器系统接收所述DC功率，将所述DC功率转换成第二AC功率，并且输出所述第二AC功率；以及操作控制系统以周期性地接收功率需求信息，使用所述功率需求信息来计算小于所述额定HVDC电压的DC电压，控制所述第一换流器系统，使得利用所述第一换流器系统输送的所述DC功率的所述电压相对于所述HVDC电压来有效减小所述AC电缆系统上的应力...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘久平，亓丽，蒋洪波，
申请(专利权)人：ABB瑞士股份有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞士,CH