一种直流电网接入方法以及系统与流程

1.本发明涉及电网控制技术领域，特别涉及一种直流电网接入方法以及系统。


背景技术：

2.随着模块化多电平换流器的发展，利用模块化多电平换流器构成直流电网在电力工业界得到了快速的发展，目前部分国家开始规划将多条直流输电线路构成直流电网。直流电网和多端柔性直流技术在大型可再生能源并网、海上风电接入、城市配电网构建等领域具有显著的技术优势。
3.高压大容量dc/dc变换器作为直流电网的关键设备之一，其主要作用至少包括：
①
实现不同电压等级、不同直流技术和不同拓扑型式直流网络的联接；
②
实现不同子系统之间的功率交换。因此，直流电网用dc/dc变换器需克服高压、大功率、能量双向流动、变比灵活、传输效率高、可拓展性强等技术难点。
4.发明人发现，目前制约直流电网发展的一个关键问题是缺乏有效的高压大容量dc/dc变换装置，无法实现不同电压等级直流输电线路的互联。随着直流电网和多端柔性直流技术的不断发展，如何以低成本实现不同直流电压等级电网的互联、功率交互、潮流控制是本领域技术人员亟待解决的一大技术问题。


技术实现要素：

5.本发明提供了一种直流电网接入方法以及系统，能够实现不同电压等级输出电线路的互联，且成本低。
6.为实现所述目的，本技术提供的技术方案如下：
7.一种直流电网接入方法，应用于第一系统，所述第一系统至少包括一个dcdc模块，所述直流电网接入方法包括：
8.将所述dcdc模块高压侧的第一输入端接第一母线的正端，将所述dcdc模块低压侧的第一输出端以及所述dcdc模块高压侧的第二输入端接第二母线的正端，将所述dcdc模块低压侧的第二输出端接地，所述第一母线的正端的电压值大于所述第二母线的正端的电压值。
9.可选的，所述dcdc模块包括第一换流器、第一换流变压器以及第二换流器，所述第一换流器的输出端通过所述第一换流变压器与所述第二换流器的输入端相连，所述直流电网接入方法包括：
10.将所述第一换流器的第一输入端接所述第一母线的正端，将所述第一换流器的第二输入端以及所述第二换流器的第一输出端接第二母线的正端，将所述第二换流器的第二输出端接地。
11.可选的，所述第一系统包括两个所述dcdc模块，一个所述dcdc模块为第一dcdc模块，另一个所述dcdc模块为第二dcdc模块，所述直流电网接入方法包括：
12.将所述第一dcdc模块的第一输入端接第一母线的正端，将所述第一dcdc模块的第
一输出端以及所述第一dcdc模块的第二输入端接第二母线的正端，将所述第二dcdc模块的第一输入端以及所述第二dcdc模块的第二输出端接第二母线的负端，将所述第一dcdc模块的第二输出端接所述第二dcdc模块的第一输出端且接地，将所述第二dcdc模块的第二输入端接第一母线的负端。
13.一种系统，至少包括一个dcdc模块，
14.所述dcdc模块高压侧的第一输入端接第一母线的正端，所述dcdc模块低压侧的第一输出端以及所述dcdc模块高压侧的第二输入端接第二母线的正端，所述dcdc模块低压侧的第二输出端接地，所述第一母线的正端的电压值大于所述第二母线的正端的电压值。
15.可选的，所述dcdc模块包括第一换流器、第一换流变压器以及第二换流器，
16.所述第一换流器的输出端通过所述第一换流变压器与所述第二换流器的输入端相连，所述第一换流器的第一输入端接所述第一母线的正端，所述第一换流器的第二输入端以及所述第二换流器的第一输出端接第二母线的正端，所述第二换流器的第二输出端接地。
17.可选的，包括两个所述dcdc模块，一个所述dcdc模块为第一dcdc模块，另一个所述dcdc模块为第二dcdc模块；
18.所述第一dcdc模块的第一输入端接第一母线的正端，将所述第一dcdc模块的第一输出端以及所述第一dcdc模块的第二输入端接第二母线的正端，所述第二dcdc模块的第一输入端以及所述第二dcdc模块的第二输出端接第二母线的负端，所述第一dcdc模块的第二输出端接所述第二dcdc模块的第一输出端且接地，所述第二dcdc模块的第二输入端接第一母线的负端。
19.可选的，所述第一换流变压器为双绕组变压器。
20.可选的，所述第一换流变压器为三绕组变压器，所述三绕组变压器的一相与交流电网相连。
21.可选的，所述dcdc模块为全桥子模块mmc换流器或基于晶闸管的lcc换流器。
22.本发明提供了一种直流电网接入方法以及系统，该直流电网接入方法应用于第一系统，其中，第一系统至少包括一个dcdc模块，该直流电网接入方法将dcdc模块高压侧的第一输入端接第一母线的正端，将dcdc模块低压侧的第一输出端以及dcdc模块高压侧的第二输入端接第二母线的正端，将dcdc模块低压侧的第二输出端接地，其中，第一母线的正端的电压值大于第二母线的正端的电压值。使得全功率变换变成部分功率变换，即只有部分功率通过变换器接入低电压等级直流电网，从而降低了系统成本。
附图说明
23.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
24.图1为一种直流dcdc变压器互联的电路示意图；
25.图2为另一种直流dcdc变压器互联的电路示意图；
26.图3为又一种直流dcdc变压器互联的电路示意图；
27.图4为又一种直流dcdc变压器互联的电路示意图；
28.图5为本发明实施例提供的一种直流电网接入方法的流程示意图；
29.图6为本发明实施例提供的一种系统的结构示意图；
30.图7为本发明实施例提供的一种系统的原理示意图；
31.图8为本发明实施例提供的一种系统的又一结构示意图；
32.图9为本发明实施例提供的一种系统的又一结构示意图。
具体实施方式
33.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
34.发明人发现，目前，对于不同电压等级的直流系统互联，主要采用的是如图1所示的直流dcdc变压器互联。具体的，dcdc直流变压器目前有多种方案，一是isop方案，通过输入级串联输出级并联，将电压叠加上去，中间采用高频隔离变，如图2所示。
35.除此，还可以为如图3所示的直流自耦变压器，以及如图4所示的采用面对面拓扑的直流变换器。而无论是采用哪种方案，目前dcdc直流变压器都是全功率变换，比如，高压直流线路输送了8000mw功率，那么就需要8000mw的功率变换器，对功率变换器的容量要求较高。而电力电子设备的容量无法实现这么大容量的变换，因此制约了当前多电压等级直流电网的发展。
36.基于此，请参阅图5，图5为本发明实施例提供的一种直流电网接入方法的流程示意图，该一种直流电网接入方法应用于第一系统，如图6所示，所述第一系统至少包括一个dcdc模块60，该直流电网接入方法包括：
37.s51、将所述dcdc模块60高压侧的第一输入端a接第一母线61的正端。
38.s52、将所述dcdc模块60低压侧的第一输出端b以及所述dcdc模块60高压侧的第二输入端c接第二母线62的正端。
39.s53、将所述dcdc模块60低压侧的第二输出端d接地。
40.其中，在本方案中，所述第一母线61的正端的电压值uh 大于所述第二母线62的正端的电压值u
l
。
41.具体的，结合图7，在本实施例中，将较高电压等级的直流电网或直流线路的电压等级定义为uh。将较低电压等级的直流电网或直流线路的电压等级定义为ul。将交互的功率或传输的功率定义为p。将uh和ul分别视为两个直流源，那么两个直流源互联的示意图如图6所示。
42.假定uh和ul为恒电压，那么通过控制源e1的大小，就能控制直流电流大小，切直流电流的表达式为：
43.id＝(uh-e1-ul)/r；
44.送端送出的功率为p1＝uh*id；低电压等级电网能直接接收的功率p2＝ul*id；因此还存在另一部分功率p3＝e1*id，如果能将该部分功率注入低电压等级电网，那么输送的功率就能全部注入低电压等级电网。
45.基于上述原理，本发明提出了基于部分功率变换的直流接入方法接系统，如图6所示，忽略dc/dc变换器的损耗，图6中满足如下关系：
46.(uh-ul)*id1＝ul*id2
47.uh*id1＝ul*(id1 id2)
48.变换器变换的容量为(uh-ul)*id1，而全功率变换时，变换器的容量为uh*id1，因此本实施例提供的接入方案可大幅降低换流器容量。
49.在上述实施例的基础上，本发明实施例提供的dcdc模块可以包括第一换流器、第一换流变压器以及第二换流器。其中，所述第一换流器的输出端通过所述第一换流变压器与所述第二换流器的输入端相连。所述第一换流器的第一输入端接所述第一母线的正端，所述第一换流器的第二输入端以及所述第二换流器的第一输出端接第二母线的正端，所述第二换流器的第二输出端接地。
50.除此，如图8所示，第一系统还可以包括两个所述dcdc模块，一个所述dcdc模块为第一dcdc模块，另一个所述dcdc模块为第二dcdc模块。其中，所述第一dcdc模块的第一输入端接第一母线的正端，所述第一dcdc模块的第一输出端以及所述第一dcdc模块的第二输入端接第二母线的正端，所述第二dcdc模块的第一输入端以及所述第二dcdc模块的第二输出端接第二母线的负端，所述第一dcdc模块的第二输出端接所述第二dcdc模块的第一输出端且接地，所述第二dcdc模块的第二输入端接第一母线的负端。
51.在上述实施例的基础上，本发明实施例提供的所述第一dcdc模块可以包括第一换流器、第一换流变压器以及第二换流器，所述第一换流器的输出端通过所述第一换流变压器与所述第二换流器的输入端相连，所述第二dcdc模块包括第三换流器、第二换流变压器以及第四换流器，所述第三换流器的输出端通过所述第二换流变压器与所述第四换流器的输入端相连，所述直流电网接入方法包括：
52.将所述第一换流器的第一输入端接所述第一母线的正端，将所述第二换流器的第一输出端接第二母线的正端；
53.将所述第二换流器的第二输入端接所述第一母线的负端，将所述第二换流器的第二输出端接第二母线的负端；
54.将所述第一换流器的第二输入端接所述第一母线的正端，将所述第二换流器的第一输入端接第二母线的负端；
55.将所述第一换流器的第二输出端接所述第二换流器的第一输入端，且接地。
56.可选的，所述第一换流变压器以及所述第一换流变压器均为双绕组变压器。
57.其中，所述第一换流变压器以及所述第一换流变压器均为三绕组变压器，所述三绕组变压器的一相与交流电网相连。
58.示意性的，图4所示的面对面变换器，mmc换流器目前已相对较为成熟，比较适合应用在高压及特高压领域，因此以该dcdc来详细说明本发明所提出的接入方法。以
±
800kv特高压直流输电线路接入
±
500kv直流电网为例，均采用对称双极接线，接入方法如图8所示。
59.为了增强功率流向的互动性，图8中的换流变可以采用三绕组变压器，第三绕组可接入交流电网，如图9所示。采用3绕组变压器，换流器1和换流器2可以与交流系统进行功率交互。采用双绕，换流器1和换流器2直接的功率满足p1 p2＝0(忽略换流器自身的损耗和变压器损耗，功率正方向都是指向直流侧)；如果有第三绕组，假设第三绕组功率为p3，功率正方形指向交流电网，则功率约束关系为p1 p2 p3＝0，即约束关系变为三个量个约束，控制的自由度增加。
60.当然，两侧换流器可采用也可采用双绕组变压器，并同时接入交流电网。对于其它形式的dcdc，也可以采用本发明所述的接入方案。上述方案示意中采用的是半桥型mmc换流器，也可以采用其它子模块拓扑方案的换流器，比如全桥子模块mmc换流器，也可以采用基于晶闸管的lcc换流器，降低工程造价。
61.可见，本方案的系统中一部分直接接入低电压等级直流电网，一部分通过变换器接入直流电网，通过该接入方案，使得变换器的变换功率大幅降低。比如
±
800kv直流输电线路接入
±
500kv直流电网，输送功率8000mw，使用全功率变换器，需要8000mw的变换容量，而采用本方案提出的方法，仅需3000mw的变换容量，大幅降低了变换器容量。采用本方案所需为容量与全功率变换的容量比值按下式计算：(uh-ul)/uh。
62.在上述实施例的基础上，本发明实施例还提供了一种系统，至少包括一个dcdc模块。
63.其中，dcdc模块高压侧的第一输入端接第一母线的正端，所述dcdc模块低压侧的第一输出端以及所述dcdc模块高压侧的第二输入端接第二母线的正端，所述dcdc模块低压侧的第二输出端接地，所述第一母线的正端的电压值大于所述第二母线的正端的电压值。
64.具体的，所述dcdc模块可以包括第一换流器、第一换流变压器以及第二换流器，
65.所述第一换流器的输出端通过所述第一换流变压器与所述第二换流器的输入端相连，所述第一换流器的第一输入端接所述第一母线的正端，所述第一换流器的第二输入端以及所述第二换流器的第一输出端接第二母线的正端，所述第二换流器的第二输出端接地。
66.除此，本发明实施例提供的系统，还可以包括两个所述dcdc模块，一个所述dcdc模块为第一dcdc模块，另一个所述dcdc模块为第二dcdc模块。
67.其中，所述第一dcdc模块的第一输入端接第一母线的正端，将所述第一dcdc模块的第一输出端以及所述第一dcdc模块的第二输入端接第二母线的正端，所述第二dcdc模块的第一输入端以及所述第二dcdc模块的第二输出端接第二母线的负端，所述第一dcdc模块的第二输出端接所述第二dcdc模块的第一输出端且接地，所述第二dcdc模块的第二输入端接第一母线的负端。
68.具体的，所述第一dcdc模块包括第一换流器、第一换流变压器以及第二换流器，所述第一换流器的输出端通过所述第一换流变压器与所述第二换流器的输入端相连，所述第二dcdc模块包括第三换流器、第二换流变压器以及第四换流器，所述第三换流器的输出端通过所述第二换流变压器与所述第四换流器的输入端相连；
69.所述第一换流器的第一输入端接所述第一母线的正端，所述第二换流器的第一输出端接第二母线的正端；所述第二换流器的第二输入端接所述第一母线的负端，所述第二换流器的第二输出端接第二母线的负端；所述第一换流器的第二输入端接所述第一母线的正端，所述第二换流器的第一输入端接第二母线的负端；所述第一换流器的第二输出端接所述第二换流器的第一输入端，且接地。
70.除此，所述第一换流变压器以及所述第一换流变压器均为双绕组变压器。
71.在上述实施例的基础上，所述第一换流变压器以及所述第一换流变压器均为三绕组变压器，所述三绕组变压器的一相与交流电网相连。
72.具体的，所述第一dcdc模块以及所述第二dcdc模块为全桥子模块mmc换流器或基
于晶闸管的lcc换流器。
73.该系统的工作原理请参见上述方法实施例，在此不重复限定。
74.综上，本发明提供了一种直流电网接入方法以及系统，该直流电网接入方法应用于第一系统，其中，第一系统至少包括一个dcdc模块，该直流电网接入方法将dcdc模块高压侧的第一输入端接第一母线的正端，将dcdc模块低压侧的第一输出端以及dcdc模块高压侧的第二输入端接第二母线的正端，将dcdc模块低压侧的第二输出端接地，其中，第一母线的正端的电压值大于第二母线的正端的电压值。使得全功率变换变成部分功率变换，即只有部分功率通过变换器接入低电压等级直流电网，从而降低了系统成本。
75.以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。