DQZHAN技術訊：概要︱直流－直流自耦變壓器控制與直流故障隔離
本文作者為左文平，林衛(wèi)星，姚良忠，文勁宇等，是華中科技大學SGO-DC團隊(隸屬于華中科技大學SGO課題組)，專攻柔性直流與直流電網(wǎng)方向的研究，近3年來已在直流輸電方向發(fā)表論文70余篇(含中國電機工程學報17篇，SCI類論文十余篇)。團隊發(fā)明了VSC-LCC串聯(lián)混合型換流器、直流-直流自耦變壓器、自阻型MMC、電容充電型直流斷路器、級聯(lián)升壓型高增益直流變壓器等系列原創(chuàng)性直流電網(wǎng)組網(wǎng)新裝備技術，申請直流輸電方向發(fā)明**共計20余項，其中獲授權國家發(fā)明**7項，申請歐、美發(fā)明**各4項。主要開展高壓直流輸電、柔性直流輸電、架空柔性直流輸電、多端直流、直流電網(wǎng)、直流斷路器、直流-直流自耦變壓器、直流電網(wǎng)穩(wěn)定性分析、直流電網(wǎng)新一代離線仿真平臺等方面的研究。下面讓我們一起來看一看直流–直流自耦變壓器控制與直流故障隔離的相關重點。
1.項目背景
直流電網(wǎng)以及多端直流輸電技術目前已引起了電力工業(yè)界和學術界的廣泛關注。直流電網(wǎng)需要在直流側對多條直流線路或多個區(qū)域子網(wǎng)進行互聯(lián)，當待互聯(lián)的直流系統(tǒng)電壓等級不同時，需要用到直流變壓器。現(xiàn)有的高壓、大功率直流變壓器一般采用DC/AC/DC技術，所有傳輸?shù)闹绷鞴β示杞?jīng)過兩級AC/DC變換，存在換流器投資成本高，運行損耗高的缺陷。借鑒于交流自耦變壓器技術，近3年內國內外學者提出的直流自耦變壓器(DCAUTO)技術利用高、低壓系統(tǒng)之間的電氣耦合特性，可以使得高低壓系統(tǒng)間傳輸?shù)牟糠止β薀o需經(jīng)DC/AC/DC變換，而是直接經(jīng)過電氣聯(lián)系傳輸，從而可大大降低換流站容量與運行損耗。DCAUTO由多個換流站在直流側串聯(lián)而成，其控制與直流故障隔離比常規(guī)DC/AC/DC技術稍顯復雜，本文將深入研究DCAUTO的控制與直流故障隔離。
2.論文所解決的問題及意義
DCAUTO拓撲如圖1所示。
圖1DCAUTO
論文提出了利用MMC2控制DCAUTO的交流公共母線B1的交流電壓，利用MMC1、MMC3控制DCAUTO傳輸?shù)闹绷鞴β实目刂撇呗?。為了隔離高壓側直流故障，提出了在MMC1、MMC3的各橋臂上串聯(lián)具備阻斷直流故障電流的子模塊的方案(例如自阻型子模塊)，并分析了不同升壓比下，自阻型子模塊所占的比例。為了隔離低壓直流系統(tǒng)直流故障，提出了MMC1、3的耐壓不夠時，在MMC1、3上額外串聯(lián)半橋子模塊的方案。綜合雙向直流故障隔離要求，圖2對比了常規(guī)DC-AC-DC，不具備直流故障隔離能力的DCAUTO(‘DCAUTONoIsilaiton’)及具備雙向直流故障隔離能力的DCAUTO(‘DCAUTOIsolation’)的成本與變比的關系。以常規(guī)DC-AC-DC為例，當變比在1~5之間時，DCAUTO的總換流器容量僅為DC-AC-DC的40%~80%，可大大降低成本。
圖2DCAUTO與DC-AC-DC所使用換流器容量的對比
3.論文重點內容
論文分析和探討了以下4方面問題：(1)直流自耦變壓器與交流自耦變壓器的類比；(2)DCAUTO的控制；(3)DCAUTO的直流故障響應及故障隔離方法；(4)考慮雙向直流故障隔離能力后，DCAUTO的損耗率計算。
4.結論
當直流升壓比在1~5之間變化時，DCAUTO的換流器容量僅為常規(guī)DC/AC/DC技術的40%~80%。以±320kV/±500kV,1000MW的DC/DC變換器為例，采用常規(guī)DC/AC/DC技術所需要的換流器總容量為2000MW，損耗率約為1.8%，采用DCAUTO技術僅需要1020MW換流器就能實現(xiàn)常規(guī)DC/AC/DC技術的全部功能，并且損耗率僅為1%。
