一种半波长交流输电系统及其调谐方法、柔性并网方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于MMMC的半波长交流输电系统、调谐方法和柔性并网方法，该系统包括两个MMMC变频柔性调谐装置和位于两个MMMC变频柔性调谐装置之间的半波长交流输电线路，所述MMMC变频柔性调谐装置包括三相输入端、三相输出端和连接所述三相输入端和所述三相输出端的九条功率链，每条所述功率链包括N个级联的H桥子模块和至少一个电抗器。本发明专利技术的有益效果为：通过MMMC变频柔性调谐装置对半波长交流输电线路的运行频率进行调谐，即对半波长交流输电线路进行调相，实现半波长交流输电，可以实现半波长输电线路故障隔离，也可以将半波长输电线路按常规交流线路运行或直流线路运行，还可以实现柔性并网。

【技术实现步骤摘要】
一种半波长交流输电系统及其调谐方法、柔性并网方法
本专利技术涉及半波长交流输电
，具体而言，涉及一种基于MMMC变频柔性调谐的半波长交流输电系统、调谐方法及柔性并网方法。
技术介绍
随着国际社会对能源安全、生态环境、异常气候等问题的日益重视，减少化石能源燃烧，加快开发和利用可再生能源已成为世界各国的普遍共识和一致行动。光伏和风电等的集中开发使得超远距离、大功率电能的输送及其实施具有广泛的意义和实用价值。半波长交流输电(HalfWavelengthACTransmission，HWACT)是指输电的电气距离接近1个工频半波长，即3000km(50Hz)或2600km(60Hz)的超远距离的三相交流输电。无损情况下的半波长交流线路就像一台变比为-1.0的理想变压器，首端电压和末端电压大小相同、相位相反。因此，一条半波长无损线路等同于一条电气距离极短的线路，其具有良好的输送大功率电能的能力，线路中无需安装无功补偿设备，且全线可以不设开关站，输电设备数量大幅度减少。受客观条件的限制，实际线路的自然长度难以正好是工频半个波长。当线路长度不足或过长时，需要使用调谐电路或补偿电路对输电线路的电气长度进行人工补偿，以达到人造半波长交流输电线路的目的。现有HWACT线路的调谐方案大多是基于无源型网络。如附图1中所示的两种无源型网络，一个是π型调谐电路/装置，另外一个是T型调谐电路/装置。传统无源调谐电路对系统结构、运行方式或参数变化的适应性相对较差，易失去半波长特性，当调谐电路内部发生短路故障时，易引发各类谐振，产生幅值很高的过电压。申请号为201410742536.0中国专利技术专利公开了一种基于电力电子换流技术的柔性半波输电系统及其调谐方法，其柔性调谐有两条技术路线，一是变频式柔性调谐，二是同步补偿式柔性调谐。其中，变频式柔性调谐装置包括矩阵式交交变频器和滤波电容，矩阵式交交变频器由9个具备双向电压阻断能力和自关断能力的半导体开关器件组成矩阵结构，通过对9个半导体开关器件的逻辑控制，实现对频率的变换。滤波电容一端接地，另一端通过母线并联接入调谐输电线路上。这种方案包括滤波电容，而滤波电容会增加整个变频式柔性调谐装置的成本、占用面积和维护工作量。《基于MMC的半波长交流输电变频调谐技术》提出了一种基于模块化多电平换流器(MMC)的变频柔性调谐理论和调谐技术，实现了输电距离远超过工频半个波长线路的有源调谐。如图2中所示，基于MMC的变频方案需要先把交流转换为直流，然后再从直流转换为交流，交流和直流之间的变换有两次，因此，基于MMC的变频柔性调谐装置的转换效率不高。《变频变压器在半波长变频调谐的应用》提出了一种基于变频变压器VFT(variable-frequencytransformer)的变频柔性调谐装置，如图3中所示，其结合变频调谐和VFT的各自工作原理提出了相应的控制策略，并通过仿真分析证明了基于VFT的变频柔性调谐技术具有可行性。然而，基于VFT方案的频率变化范围较小，应用场景就受限，而且变频变压器需要吸收无功功率来建立磁场，因此，变频变压器需要外加无功功率补偿装置，从而使基于VFT方案的技术经济性进一步变差。
技术实现思路
针对现有半波长交流输电调谐电路的不足，本专利技术基于模块化多电平矩阵变换器MMMC(ModularMultilevelMatrixConverter，MMMC或M3C)，提供一种基于MMMC的半波长交流输电系统，该系统包括半波长交流输电线路以及位于所述半波长交流输电线路的输入侧和输出侧的两个MMMC变频柔性调谐装置；所述MMMC变频柔性调谐装置包括三相输入端、三相输出端和连接所述三相输入端和所述三相输出端的九条功率链，每条所述功率链包括N个级联的H桥子模块和至少一个电抗器；所述半波长交流输电线路的输入侧连接一个MMMC变频柔性调谐装置的三相输出端，所述半波长交流输电线路的输出侧连接一个MMMC变频柔性调谐装置的三相输入端。作为本专利技术进一步的改进，送端交流系统与位于所述半波长交流输电线路的输入侧的MMMC变频柔性调谐装置的三相输入端连接，受端交流系统与位于所述半波长交流输电线路的输出侧的MMMC变频柔性调谐装置的三相输出端连接。作为本专利技术进一步的改进，所述电抗器设置在所述三相输入端一侧或设置在所述三相输出端一侧。作为本专利技术进一步的改进，每条所述功率链包括两个电抗器，其中一个电抗器设置在所述三相输入端一侧，另一个电抗器设置所述三相输出端一侧。作为本专利技术进一步的改进，所述H桥子模块为全桥子模块。作为本专利技术进一步的改进，九条功率链的内部元件参数和电抗值均相同。所述系统运行时，送端交流系统和受端交流系统的电气距离不满足送端交流系统输出的交流电的波长的一半时，通过位于送端交流系统的MMMC变频柔性调谐装置将送端交流系统输出的交流电进行调频，使其频率满足送端交流系统和受端交流系统的电气距离的半波长，半波长交流输电线路基于调节后的运行频率进行交流输电，到达受端交流系统一侧时，通过位于受端交流系统的MMMC变频柔性调谐装置将半波长交流输电线路输送的交流电的频率调整到与受端交流系统相匹配的频率，完成半波长交流输电。本专利技术还提供了一种基于MMMC的半波长交流输电系统的调谐方法，所述方法包括：通过MMMC变频柔性调谐装置调节输出到半波长交流输电线路的输出电压，并基于所述输出到半波长交流输电线路的输出电压调节半波长交流输电线路的运行频率，以使所述半波长交流输电线路基于调节后的运行频率进行交流输电。作为本专利技术进一步的改进，所述通过MMMC变频柔性调谐装置调节输出到半波长交流输电线路的输出电压，并基于所述输出到半波长交流输电线路的输出电压调节半波长交流输电线路的运行频率，包括：调节所述MMMC变频柔性调谐装置输出到所述半波长交流输电线路的输出电压，并基于所述输出到半波长交流输电线路的输出电压调节所述半波长交流输电线路的运行频率，以使所述半波长交流输电线路的电气距离等于所述调节后的运行频率相对应的一个半波长。当待调谐线路的电气距离小于与现有电网频率相对应的一个半波长时，可调节MMMC变频柔性调谐装置输出到半波长交流输电线路的输出电压，使半波长交流输电线路的运行频率升高，采用升高后的运行频率进行交流输电，使半波长交流输电线路的电气距离等于与升高后的运行频率相对应的一个半波长。当待调谐线路的电气距离大于与现有电网频率相对应的一个半波长时，可调节MMMC变频柔性调谐装置输出到半波长交流输电线路的输出电压，使待调谐线路的运行频率降低，采用降低后的运行频率进行交流输电，使待调谐线路的电气距离等于与降低后的运行频率相对应的一个半波长。如果待调谐线路结构、参数和运行方式发生变化，可以进一步调整MMMC变频柔性调谐装置输出到半波长交流输电线路的输出电压，从而使等效电气距离满足半波长交流输电的调谐需求，最终使整条线路呈现半波长交流输电特性，即实现了柔性调谐。作为本专利技术进一步的改进，所述通过MMMC变频柔性调谐装置调节输出到本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于MMMC的半波长交流输电系统，其特征在于，所述系统包括半波长交流输电线路以及位于所述半波长交流输电线路的输入侧和输出侧的两个MMMC变频柔性调谐装置；/n所述MMMC变频柔性调谐装置包括三相输入端、三相输出端和连接所述三相输入端和所述三相输出端的九条功率链，每条所述功率链包括N个级联的H桥子模块和至少一个电抗器；/n所述半波长交流输电线路的输入侧连接一个MMMC变频柔性调谐装置的三相输出端，所述半波长交流输电线路的输出侧连接一个MMMC变频柔性调谐装置的三相输入端。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于MMMC的半波长交流输电系统，其特征在于，所述系统包括半波长交流输电线路以及位于所述半波长交流输电线路的输入侧和输出侧的两个MMMC变频柔性调谐装置；
所述MMMC变频柔性调谐装置包括三相输入端、三相输出端和连接所述三相输入端和所述三相输出端的九条功率链，每条所述功率链包括N个级联的H桥子模块和至少一个电抗器；
所述半波长交流输电线路的输入侧连接一个MMMC变频柔性调谐装置的三相输出端，所述半波长交流输电线路的输出侧连接一个MMMC变频柔性调谐装置的三相输入端。


2.根据权利要求1所述的基于MMMC的半波长交流输电系统，其特征在于，送端交流系统与位于所述半波长交流输电线路的输入侧的MMMC变频柔性调谐装置的三相输入端连接，受端交流系统与位于所述半波长交流输电线路的输出侧的MMMC变频柔性调谐装置的三相输出端连接。


3.根据权利要求1所述的基于MMMC的半波长交流输电系统，其特征在于，所述电抗器设置在所述三相输入端一侧或设置在所述三相输出端一侧。


4.根据权利要求1所述的基于MMMC的半波长交流输电系统，其特征在于，每条所述功率链包括两个电抗器，其中一个电抗器设置在所述三相输入端一侧，另一个电抗器设置所述三相输出端一侧。


5.一种基于MMMC的半波长交流输电系统的调谐方法，其特征在于，所述方法包括：通过MMMC变频柔性调谐装置调节输出到半波长交流输电线路的输出电压，并基于所述输出到半波长交流输电线路的输出电压调节半波长交流输电线路的运行频率，以使所述半波长交流输电线路基于调节后的运行频率进行交流输电。


6.根据权利要求5所述的基于MMMC的半波长交流输电系统的调谐方法，其特征在于，所述通过MMMC变频柔性调谐装置调节输出到半波长交流输电线路的输出电压，并基于所述输出到半波长交流输电线路的输出电压调节半波长交流输电线路的运行频率，包括：
调节所述MMMC变频柔性调谐装置输出到所述半波长交流输电线路的输出电压，并基于所述输出到半波长交流输电线路的输出电压调节所述半波长交流输电线路的运行频率，以使所述半波长交流输电线路的电气距离等于所述调节后的运行频率相对应的一个半波长。


7.根据权利要求5所述的基于MMMC的半波长交流输电系统的调谐方法，其特征在于，所述通过MMMC变频柔性...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋晓通，孙艺，吕倩楠，
申请(专利权)人：北方工业大学，
类型：发明
国别省市：北京;11