DQZHAN技術(shù)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(xué)SGO-DC團(tuán)隊(duì)(隸屬于華中科技大學(xué)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(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)17篇，SCI類論文十余篇)。團(tuán)隊(duì)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(jí)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(shù)，申請(qǐng)直流輸電方向發(fā)明**共計(jì)20余項(xiàng)，其中獲授權(quán)國(guó)家發(fā)明**7項(xiàng)，申請(qǐng)歐、美發(fā)明**各4項(xiàng)。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(tái)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(guān)重點(diǎn)。
1.項(xiàng)目背景
直流電網(wǎng)以及多端直流輸電技術(shù)目前已引起了電力工業(yè)界和學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注。直流電網(wǎng)需要在直流側(cè)對(duì)多條直流線路或多個(gè)區(qū)域子網(wǎng)進(jìn)行互聯(lián)，當(dāng)待互聯(lián)的直流系統(tǒng)電壓等級(jí)不同時(shí)，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(shù)，所有傳輸?shù)闹绷鞴β示杞?jīng)過兩級(jí)AC/DC變換，存在換流器投資成本高，運(yùn)行損耗高的缺陷。借鑒于交流自耦變壓器技術(shù)，近3年內(nèi)國(guó)內(nèi)外學(xué)者提出的直流自耦變壓器(DCAUTO)技術(shù)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(yùn)行損耗。DCAUTO由多個(gè)換流站在直流側(cè)串聯(lián)而成，其控制與直流故障隔離比常規(guī)DC/AC/DC技術(shù)稍顯復(fù)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?fù)淙鐖D1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(cè)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(shí)，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(duì)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(guān)系。以常規(guī)DC-AC-DC為例，當(dāng)變比在1~5之間時(shí)，DCAUTO的總換流器容量?jī)H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(duì)比
3.論文重點(diǎn)內(nèi)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(yīng)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(jì)算。
4.結(jié)論
當(dāng)直流升壓比在1~5之間變化時(shí)，DCAUTO的換流器容量?jī)H為常規(guī)DC/AC/DC技術(shù)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(shù)所需要的換流器總?cè)萘繛?000MW，損耗率約為1.8%，采用DCAUTO技術(shù)僅需要1020MW換流器就能實(shí)現(xiàn)常規(guī)DC/AC/DC技術(shù)的全部功能，并且損耗率僅為1%。
