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方向的研究，近3年來已在直流輸電方向發表論文70余篇(含中國電機工程學報17篇，SCI類論文十余篇)。團隊發明了VSC-LCC串聯混合型換流器、直流-直流自耦變壓器、自阻型MMC、電容充電型直流斷路器、級聯升壓型高增益直流變壓器等系列原創性直流電網組網新裝備技術，申請直流輸電方向發明磚利共計20余項，其中獲授權國家發明磚利7項，申請歐、美發明磚利各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、直流斷路器、直流-直流自耦變壓器、直流電網穩定性分析、直流電網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

直流電網以及多端直流輸電技術目前已引起了電力工業界和學術界的廣泛關注。直流電網需要在直流側對多條直流線路或多個區域子網進行互聯，當待互聯的直流系統電壓等級不同時，需要用到直流變壓器。現有的高壓、大功率直流變壓器一般采用DC/AC/DC技術，所有傳輸的直流功率均需經過兩級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、低壓系統之間的電氣耦合特性，可以使得高低壓系統間傳輸的部分功率無需經DC/AC/DC變換，而是直接經過電氣聯系傳輸，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而成，其控制與直流故障隔離比常規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傳輸的直流功率的控制策略。為了隔離高壓側直流故障，提出了在MMC1、MMC3的各橋臂上串聯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直流故障，提出了MMC1、3的耐壓不夠時，在MMC1、3上額外串聯半橋子模塊的方案。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DC/AC/DC技術的40%~80%。以±320kV/±500kV,1000MW的DC/DC變換器為例，采用常規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換流器就能實現常規DC/AC/DC技術的全部功能，并且損耗率僅為1%。