2011年第7期
0引言
由于特殊的地理环境，海岛电力输送存在传
输距离远、用户分散、线路损耗大等特点。最近几年舟山港口海洋经济的蓬勃发展，电力负荷呈现持续增长趋势，使得原有交直流系统在现有运行方式下逐渐难以满足海岛输电对供电可靠性、电能质量、线路损耗等方面提出的高要求。只有在未来海岛电网规划建设中寻找一种全新的输电技术模式，才能有效解决以上这些制约海岛电力发展的瓶颈性问题。
柔性直流输电（VSC-HVDC ）被认为是继交流输电、常规直流输电之后的第三代输电技术。与前两代输电技术相比，其最大的优势是在传输电能的同时，还能够灵活调节电力系统的电压，提高输电系统的安全稳定性。
在海岛电力系统中加入柔性直流输电系统，
可以解决原电网中存在的问题。与传统输电模式相比较，柔性直流技术拥有紧凑化、模块化设计，易于移动、安装、调试和维护，便于扩展和实现多端输电等特点，所以将柔性直流技术应用于海岛输电工程中有积极的现实意义。
1
海岛地区输电现状与特点
1.1
舟山地区电网现状
舟山群岛地处我国东南沿海，长江与钱塘江
入海交汇处，杭州湾外缘的东海洋面上，作为我国唯一以群岛设立的地级市，舟山下辖两区两县，总面积为2.22万km 2，其中陆地面积1440km 2，海域面积2.08万km 2。
舟山电网是浙江省十一个地市电网中唯一的海岛电网，由舟山主网与嵊泗电网两部分组成。目前主网最高电压等级为220kV ，主要通过昌洲变至宁波春晓变两回220kV 交流线路和大丰变
浅谈柔性直流技术在海岛输电中的推广应用
李
懿1，马振会2
（1.舟山电力局，浙江
舟山
316021；2.浙江百能科技有限公司，杭州
310012）
摘
要：柔性直流输电是以电力电子技术为基础的新型输电技术，在岛屿供电、城市配网增容、风电
并网等方面都具有较强优势。以舟山电网为典型研究对象，着重对柔性直流技术在海岛输电中的推广应用进行探讨，从而为海岛地区开展电网建设与规划提供参考。关键词：柔性直流；海岛输电；推广应用中图分类号：TM721.1
文献标志码：B
文章编号：1007-1881（2011）07-0026-04
Promotion and Application of Flexible DC Technology for Power Transmission
in Island Areas
LI Yi 1，MA Zhen -hui 2
（1.Zhoushan Electric Power Bureau ，Zhoushan Zhejiang 316021，China ；
2.Pyneo Co.，Ltd ，Hangzhou 310012，China ）
Abstract:Flexible DC transmission which is a new technology based on electric power and electronic tech -nologies has great advantages in terms of power supply on islands ，urban distribution network capacity in -crease ，grid connection of new energy such as wind power etc.Based on the typical research of Zhoushan grid ，this paper explores the promotion and application of the technology for power transmission in island ar -eas and can serve as a reference for grid construction and planning in these areas.Key words:flexible DC ；island power transmission ；promotion and application
浙江电力
ZHEJIANG ELECTRIC POWER
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2011年第7期
至宁波江南变、岑港变至宁波江南变、双屿变至宁波芦江变三回110kV交流线路与大陆电网相联。嵊泗电网通过110kV海缆与舟山主网互联，通过±50kV直流海缆与上海电网互联。
截止2010年底，舟山电网共有220kV变电站2座，变电容量72万kVA；110kV变电站13座，变电容量108.9万kVA，全网最高负荷约为78.1万kW，全社会用电量约为41亿kWh。
1.2海岛发输电的特点
在电源方面，截止2010年底，舟山共有装机容量67.51万kW，其中6000kW及以上装机63.05万kW，装机容量最大的发电厂为舟山发电厂（56万kW）。由于输送距离较远，部分边远岛屿上的电力供应仍靠价格昂贵的自备柴油发电机组来维持，容量小、成本高、损耗大。对于没有稳定电网的海岛地区而言，通过跨海架空线路或海底电缆逐步实现岛屿互联，采取由大电网集中统一供电才是提高海岛输电效率的有效途径。
根据经济社会发展估计，舟山市“十二五”期间用电量仍将保持较快的增长势头，预计2015年全市最高负荷与用电量将分别达到138.4万kW，67.6亿kWh，年均增长率将分别为12.1%，10.5%。显然，现有发电装机容量已无法满足经济发展对的需要。
在网架方面，当前舟山电网虽然已拥有部分220kV输电线路，但是境内仍以原有110kV线路为输电网络主体，结构相对薄弱，局部区域110kV环网内潮流已达到输电线路输送限额，线路故障跳闸解环后，输电能力已无法满足供电需求。电网电压等级匹配还不够合理，35kV电压等级设备仍大量存在，重复降压问题比较突出，线路损耗较大。部分岛屿上的配电网构成比较简单，负荷容量较小且日负荷波动水平很大，造成电网电能质量低下，供电可靠性较低。
海岛输电与大陆常规输电方式相比有较大不同，主要依靠两种途径：
（1）超高度、长跨距，能承受台风、盐雾、雷击等恶劣气候条件的高塔跨海架空输电线路。
（2）具有铠装与金属护套结构的海底电力电缆线路。
由于舟山人多地少，陆域面积狭窄，土地资源紧张，致使海岛电网建设的变电站选址和输电线路走廊选择均较为困难，政策处理难度较大。同时由于灾害性天气出现较为频繁，盐雾对设备腐蚀较为严重，导致海岛电网的基本建设和日常运维成本远远高于大陆电网，在一段时间内网架性缺电和电源性缺电问题还同时存在。
2柔性直流输电技术
2.1柔性直流系统基本结构
柔性直流输电技术又可称为电压源变换器高压直流输电技术，是以绝缘栅双极晶体管（IG-BT）组成的电压源变换器（VSC）为基础构成的新一代高压直流输电技术。
全控型器件IGBT使柔性直流输电系统能够工作在无源逆变方式下，不需要外加换相电压，受端系统可以为无源网络；VSC可以同时且相互独立地控制有功功率和无功功率，控制灵活方便；系统不需要交流侧提供无功功率且能够起到静态同步补偿（STATCOM）的作用，动态补偿交流母线无功功率，稳定交流电压；换流站间无需通信，且易于构成多端直流系统。柔性直流输电系统基本结构如图1所示。
由图1可知，送端站和受端站均采用了VSC 结构。换流站由换流桥、联接变压器、换流电抗器、直流电容器和交流滤波器等组件组成。每个桥臂由多个IGBT串联而成。换流变压器（电抗器）是VSC与交流侧能量交换的纽带，同时也起到滤波的作用。直流电容器可以为受端站提供电压支撑、缓冲桥臂开断的冲击电流、减小直流侧谐波。交流滤波器能够滤除交流侧的谐波。
2.2基本工作原理
电压源型换流器基本工作原理如图2所示。通过调制波与三角载波比较产生的触发脉冲，使VSC上下桥臂的开关管高频开通和关断，则桥臂中点电压U c在固定电压+U d和-U d之间快速切换，U c再经过电抗器滤波后为网侧的交流电压U s。
在忽略换流电抗器损耗和谐波分量时，VSC 交流母线电压基频分量U s与交流输出电压的基频分量U c共同作用于换流变压器和换流电抗器，并决定了VSC与交流系统间交换的有功功率P 和无功功率Q分别为：
P=
U s U c sinδ
X
（1）
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图2柔性直流单相工作示意图
+
±U d
u c
L
u s
Q =
U s （U s -U c cos δ）
X （2）
式中：δ为U c 和U s 之间的相位差；X 为换流电抗器的电抗与连接变压器的漏抗之和。
柔性直流系统通过对δ的控制来控制直流电流的方向及输送有功功率的大小，通过控制U c 实现对VSC 发出或者吸收无功功率的控制。
当δ<0时，系统吸收有功功率，VSC 运行于整流状态；当δ>0时，系统发出有功功率，VSC 运行于逆变状态。
当（U s -U c cos δ）>0时，系统吸收无功功率；当（U s -U c cos δ）<0时，系统发出无功功率。
2.3主要技术特点
柔性直流输电系统可直接用于向无源交流系
统的输电。由于电压源变换和脉冲宽度调制技术的使用，柔性直流系统送受两端省去了换流变压器，只需在交流母线上安装一组高通滤波器便可实现向远距离的孤立负荷（如远离陆地电网的海岛）供电，并且在同等输送容量下土建工程占地面积小于HVDC 换流站。
运用柔性直流输电技术将远海或近海岛屿接入交流系统，能克服交流接入中的瓶颈问题。柔性直流系统不会增加交流系统的短路容量，即增
加新的柔性直流输电线路后，交流系统的保护整定无需改变。当交流系统发生短路故障时，柔性
直流系统能够有效地隔离故障，保证海上可再生能源电站以及海岛电网的稳定运行。同时，在系统出现严重故障时，海上可再生能源电站可以通过柔性直流输电系统为系统提供“黑启动”电源。
2.4
柔性直流技术工程实践
目前国内尚无投入商业运行的柔性直流输电
工程，而国际上已有13项，其中7项在欧洲，3项在北美洲，2项在大洋洲，1项在非洲。据了解，以上这些工程都取得了较好的经营业绩。
国际上在建的柔性直流输电工程也有很多，主要应用在风电场并网方面，而且所有在建工程均涉及直流海缆，如爱尔兰至英国的East West Interconnector 工程、瑞典至立陶宛的Nord Balt 工程、爱沙尼亚至芬兰的Estlink 2工程和挪威至丹麦的Skagerrak HVDC Interconnections 工程等。
国内唯一在建的柔性直流项目为上海南汇风电场柔性直输电工程。该工程作为国家电网2010年智能电网建设体系的重大科技示范项目和坚强智能电网建设第二批试点项目，包括2个直流换流站和1条长度为8km ，示范容量为20MVA ，直流电压为+30kV 的输电线路。2011年2月28日，该工程直流换流站已充电启动成功。
3
在海岛输电中的推广应用展望
3.1
海岛输电中优势明显
直流输电线路造价和年运行费低，不存在两
端交流系统同步运行稳定问题，且沿线电压分布均匀，无线电干扰小，线路损耗低。与交流输电相比，使用直流输电技术进行海岛电网互联更具
李懿，等：浅谈柔性直流技术在海岛输电中的推广应用图1柔性直流输电系统基本结构
相电抗
T1
I
滤波器送端站
直流输电线/电缆
受端站
相电抗
T2
滤波器
u s
u c
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2011年第7期韩祯祥，吴国炎.电力系统分析[M ].杭州:浙江大学出版社，2005.
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[1][2][3][4][5][6]
有优势。
由于柔性直流技术是从常规直流输电技术基础上发展起来的，故传统直流输电所具有的优点，柔性直流输电系统大都具备，并且柔性直流系统拥有比传统直流系统占地更小、安装维护更方便、噪声环境干扰更低等突出优点。
海岛柔性直流输电联网工程建设可选用海底电力电缆实现，在铺设时可以使用直埋技术，不仅降低了工程成本、缩短了工程时间，而且还减小了对自然环境的影响，有利于海洋资源的保护。
柔性直流输电技术拥有能够瞬时实现有功和无功的独立耦合控制等独特技术优势，除了将其应用在通过海底电力电缆进行岛屿间跨海输电联网以外，还可将其应用于风力发电的对外输送上。
3.2可利用丰富的海岸风电资源
浙江省风能资源丰富，已将风电作为新能源
建设的重点。根据《浙江省风能资源评估报告》，全省陆地风能资源为2100万kW ，技术开发量约130万kW ；海岸到近海20m 等深线以内海域风能资源储量约6200万kW ，技术开发量约
4100万kW 。
舟山地区拥有丰富的风能资源，特别是近海海域，年平均风速在6~7m /s ，是建设海上风电场的优良选址区域。按照《舟山市风电发展规划报告》规划要求，到2015年全市风电场总装机容量达到87万kW ，其中陆上风电场27万kW ，近海风电场60万kW 。
目前定海岺港风电工程（总装机4.5万kW ）已于2011年6月顺利投入运行，设计年发电量可达8956万kWh 。定海长白和小沙风电场（总装机
3.78万kW ）、嵊泗风电场（总装机
4.95万kW ）、岱山长涂岛及拷门风电场（总装机6.5万kW ）等一批
新能源发电项目也正在规划和建设中。
开发清洁能源、优化能源结构、加快海岛风力资源开发利用、改变电能来源单一的现状，既可实现节能减排目标，又在一定程度上缓解电力供应较为紧张的局面。
由于风能变化存在随机性，预测难度较大，所以当前风电接入系统并网方式和调度控制技术成为新能源电力开发研究的重点。海岛风力发电场往往装机容量相对较小、电能质量不高并且远离主网，若要将来自不同发电机组的电能送到同
一电网，机组相互间的有功功率分布会使系统局部波动增大，并且还需要配合足够的无功补偿。
如果将柔性直流输电技术运用于风力发电系统并网和调度控制，可以有效抑制并网风电场的电压波动（闪变），改善并网系统电能质量，提高电网的暂态稳定性，精确控制有功功率潮流，大幅改善风电场并网性能和提高输送容量。
4结语
海岛输电工程是海岛电网建设的重要组成部
分，是支撑地方经济社会发展的重要基础。
随着电力电子技术的发展、核心器件制造成本的降低、设备国产化程度的提高，柔性直流输电技术较其他技术将更具竞争力，将其广泛应用在沿海岛屿输电、新能源风电并网、微电网分布式发电、海上石油钻井平台供电等方面是完全可行的。
由于柔性直流输电技术具有传统直流输电技术和交流输电技术所不具备的优势，所以将柔性直流技术应用于海岛输电工程能够更好地满足跨海电力输送需要。采用柔性直流输电海底电缆对边远岛屿进行输电，可以避免交流输电的多种不利因素，柔性直流输电技术将逐渐成为未来海上输电的主要技术发展方向。
参考文献：
收稿日期：2011-05-09作者简介：李
懿（1983－），男，浙江绍兴人，助理工程师，
从事电力新技术推广工作。
（本文编辑：杨
勇）
浙江电力
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high-voltage direct current 高压直流输电 目录 high-voltage direct current 高压直流输电............................................ 错误！未定义书签。 一、实验目的； (1) 二、背景及实验原理分析 (1) 三、关键实验参数的设置 (2) 1.三相降压变压后100kv的交流高通滤波器参数，抑制27次、54次谐波 (2) 2.100kv交流成+100 kV直流或+100 kV直流逆变成100kv交流的滤波参数设计： (3) 四、实验过程及实验结果分析 (3) 五、实验相关波形 (3)
一、实验目的； 利用simulink仿真一个高压直流输电系统将230 kV, 50 Hz，2000 MVA交流系统转换为+100 kVDC，输电容量200 MVA，传输距离为75Km，再将直流逆变成230 kV, 50 Hz，2000 MVA 交流。 二、背景及实验原理分析 HVDC（高压直流输电）是ABB 50多年前开发的一项技术，旨在提高远距离输电的效率。高压直流输电（HVDC），是利用稳定的直流电具有无感抗，容抗也不起作用，无同步问题等优点而采用的大功率远距离直流输电。输电过程为直流。常用于海底电缆输电，非同步运行的交流系统之间的连络等方面。 整体实验仿真电路接线图（如下所示）： 其中三相高压交流通过变压器将230kv交流变成100kv交流，再通过利用IGBT构成三相桥式可控整流系统整流为+100 kV 直流，通过75km的线路传输之后，再通过spwm逆变系统将+100 kV 直流逆变成100kv交流，再通过三相变压器转换成230kv高压交流，完成传输。 以下部分是通过三相变压器降压以及通过三相桥式IGBT整流/逆变的电路，其中s-pwm 的脉冲信号产生电路如下所示：
柔性直流输电 一、概述 （一）柔性直流输电的定义 高压直流（HVDC）输电技术始于1920年代，到目前为止，经历了3次技术上的革新，其主要推动力是组成换流器的基本元件发生了革命性的重大突破。 第一代直流输电技术采用的换流元件是汞弧阀，所用的换流 第二代直流输电技术采用的换流元件是晶闸管，所用的换流器拓扑仍然是6脉动Graetz桥，因而其换流理论与第一代直流输电技术相同，其应用年代是1970年代初直到今后一段时间。
通常我们将基于Graetz桥式换流器的第一代和第二代直流输电技术称为传统直流输电技术，其运行原理是电网换相换流理论。因此我们也将传统直流输电所采用的Graetz桥式换流器称为“电网换相换流器”，英文是“Line Commutated Converter”，缩写是“LCC”。这里必须明确一个概念，有人将电流源换流器（CSC）与电网换相换流器（LCC）混淆起来，这是不对的。LCC属于CSC，但CSC的范围要比LCC宽广得多，基于IGBT 构成的CSC目前也是业界研究的一个热点。 1990年，基于电压源换流器的直流输电概念首先由加拿大McGill大学的Boon-Teck Ooi等提出。在此基础上，ABB公司于1997年3月在瑞典中部的Hellsjon和Grangesberg之间进行了首次工业性试验（3 MW，±10kV），标志着第三代直流输电技术的诞生。这种以可关断器件和脉冲宽度调制（PWM）技术为基础的第三代直流输电技术，国际权威学术组织国际大电网会议（CIGRE）和美国电气和电子工程师协会（IEEE），将其正式命名为“VSC-HVDC”，即“电压源换流器型直流输电”。2006年5月，由中国电力科学研究院组织国内权威专家在北京召开
柔性直流输电线路故障分析与保护综述周森亮 发表时间：2019-10-23T10:40:13.657Z 来源：《电力设备》2019年第10期作者：周森亮 [导读] 摘要：为应对不可再生能源不断减少的形势，世界各国制订了相应的政策，随着大功率全控型电力电子器件制造及控制技术的发展，推动了柔性直流输电工程的建设。 （国网内蒙古东部电力有限公司检修分公司内蒙古赤峰 024000） 摘要：为应对不可再生能源不断减少的形势，世界各国制订了相应的政策，随着大功率全控型电力电子器件制造及控制技术的发展，推动了柔性直流输电工程的建设。基于柔性直流输电系统控制方式和拓扑结构的特殊性，在直流侧发生故障时，其故障电流上升速度极快且破坏性极强。针对柔性直流输电系统的故障类型和保护分区进行讨论，结合现阶段的故障隔离技术，介绍了直流断路器、换流器和交流断路器的应用状况。为快速隔离故障，详细介绍了柔性直流线路保护，并对柔性直流输电技术的发展趋势进行了展望。 关键词：柔性直流输电；故障类型；直流线路保护 引言 和传统基础电流源变换系统的直流输电系统相比，电压源变换系统的直流输电系统（ＶＳＣ－ＨＶＤＣ）属于一类低廉的输电方式。其能够切实弥补直流电力传输存在的问题，尤其在可再生能源发电并网、城市供电以及异步交流互联中适用。但因为拓扑结构与控制模式的特殊性，出现故障之后电流快速上升，非常容易对换流组件产生破坏，所以，直流线路故障保护的作用非常关键。 1柔性直流输电的系统 两端的换流站都是利用柔性直流输电，由换流电和换流变压设备，换流电抗设备等进行组成。其中最为关键的核心部位是VSC，而它则是由流桥和直流电容器共同组成的。系统中，综合考虑它的主电路的拓扑结构及开关器件的类型，能够采用正弦脉宽调制技术，将此类技术在调制参考波与三角载波进行数据的对比，在后者数据相对较小的情况下，就会发生触发下桥臂开关导通并关断下桥臂。这主要是由于浮动数值和相位都可以利用脉宽调制技术来进行智能化调解。因此，VSC的交流输出电压基频分量的幅值及相位也可通过脉宽进行调节。 2柔性直流系统的故障类型 以目前正在建设的张北柔性直流电网为例，该工程采用架空输电线路，与直流电缆相比，其故障概率更高。按照故障区域划分，柔性直流电网故障大致可以分为交流系统故障、换流器内部故障和系统直流侧故障。换流器内部故障又可细分为站内母线故障、阀短路故障、桥臂电抗器故障以及最常见的子模块故障等。柔性直流输电具有输送容量大、电压等级高的特点，故MMC（模块化多电平换流器）每个桥臂串联的子模块数量较多，从而增加了子模块故障的概率。在柔性直流系统的建设中，为确保系统具有足够的容错性和充足的安全裕度，通常都会在每一个桥臂上串联适量的冗余子模块。直流侧故障可细分为直流线路断线故障、直流线路短路故障和换流器闭锁故障。在单个MMC中，因为直流侧采用单级输电，故直流侧线路故障以单极接地故障为主。而在真双极系统中，单级接地故障则相当于伪双极系统中的级间短路故障，通常由树枝接触或雷电引发，多属于暂时性故障，但是因其故障传播速度快、影响范围广、解决难度大，成为阻碍柔性直流电网发展的技术难题。真双极系统的双极短路故障则更为严重，相当于交流系统的三相短路故障。 3柔性直流输电网故障保护的难点 （１）系统故障电流升高速度极快，通常在故障出现之后１０ｍｓ以内电流已经提高至稳态电流水平。（２）稳态短路存在很高电流值，系统短路电流通常比额定值高出几十倍。（３）系统故障发生时短路电流无极性改变，无过零点，断路系统很难灭弧。（４）对迅速切断故障设定的标准很高，交流输电系统的故障切断时限通常大于５０ｍｓ，但直流系统故障切断时限要求不到５ｍｓ，否则就会对系统组件安全产生很大影响。所以，针对柔性直流线路故障问题，一方面需迅速准确识别故障，另一方面需采取合理处置方案限制故障电流，进而降低对换流器、线路和系统产生的威胁。 4柔性直流输电线路故障保护存在的问题与研究展望 4.1存在的关键问题 虽然国内外学者围绕柔性直流输电线路保护原理开展了大量研究，能够在一定程度上提高现有柔性直流输电工程的线路保护性能，但仍存在一些问题：（1）柔性直流输电系统故障阻尼小，故障蔓延速度快，而柔性直流系统中的电力电子设备耐受故障冲击电流能力差，因此对保护系统的响应时间要求很高，即对速动性要求高。（2）虽然行波保护是目前柔性直流输电系统较为适宜的主保护，但其易受雷击、噪声等因素干扰而发生误动，可靠性降低，并且对采样频率的要求高。（3）正负极线路行波之间存在电磁耦合，并且暂态行波在传播过程中会发生畸变、色散、频散等现象，对保护会产生一定的干扰。 4.2保护与控制协调策略 柔性直流输电线路的故障处理与保护和控制密切相关，为实现故障线路的隔离和系统的稳定，需要针对线路保护、辅助电路以及系统控制的动作时间和投入方式，进行协调策略研究。尤其对于多端柔性直流系统，直流线路故障的处理，更加强调多站之间保护与控制的协调作用。采用保护、控制、通信集成一体化的多端柔性直流系统保护方案，研究保护与保护之间，保护与控制之间的配合策略，实现交直流侧保护与控制相协调，整合并减少分散保护设备的数量，从而降低柔性直流线路故障处理与保护的复杂性、缩短故障处理的时间，提高系统的可用率。 4.3柔性直流输电技术的应用前景展望 （1）在城市电网塔容及直流供电中的应用。近几年来，我国经济的高速发展以及城市化建设的不断推进，促进了城市电网的进一步发展，与此同时大部分的城市电网负荷也一直呈现出不断增长的趋势，人们对于电能的供应及质量要求不断提高。（2）替代交直流联网。结合我国目前的总体趋势西部地区的资源相对较多，同时负荷较少，我国90%的水电几乎都集中在西部，而东部地区的能源与负荷量特点则恰好相反。导致了我国地区能源和负荷的失调，因此，特高压直流输电工程在不断增多，实现电能的大容量和远距离运输。目前关于柔性直流输电技术方面仍然存在着一定的障碍，在进行长距离和大容量的发展过程中，要克服以下几个难点：第一就是用碳化归来替代二氧化硅，从而改变VSC的材料，同时还要增强封装材料的绝缘性和耐热性，达到大容量的电流运输。第二就是要加强电流直流断路器的优化与改良，突破上述所提到的故障。如果能在技术上实现故障的突破，那么柔性直流输电技术在未来可能会完全取代传统输电技术，承担起长距离大容量的输电任务。（3）借鉴传统交流输电和常规高压直流输电的继电保护技术，结合柔性直流输电系统的结构特点，研究先进的
ICS 中国南方电网有限责任公司企业标准 Q/CSG XXXXX—2015 柔性直流输电换流器技术规范 Technical specification of converters for high-voltage direct current (HVDC) transmission using voltage sourced converters (VSC) （征求意见稿） XXXX-XX-XX发布XXXX-XX-XX实施 中国南方电网有限责任公司发布
目次 前言............................................................................... III 1 范围 (1) 2 规范性引用文件 (1) 3 术语和定义 (1) 3.1 额定直流电流 rated direct current (1) 3.2最大直流电流maximum direct current (2) 3.3 短时过载（过负荷）直流电流short time overload direct current (2) 3.4 额定直流电压rated direct voltage (2) 3.5 额定直流功率rated direct power (2) 4 文字符号和缩略语 (2) 4.1 文字符号 (2) 4.2 缩略语 (2) 5 使用条件 (2) 5.1 一般使用条件的规定 (3) 5.2 特殊使用条件的规定 (3) 6 技术参数和性能要求 (3) 6.1 总则 (3) 6.2 换流器电气结构 (4) 6.3 阀设计 (5) 6.4 机械性能 (6) 6.5 电气性能 (7) 6.6 冗余度 (7) 6.7 阀损耗的确定 (8) 6.8 阀冷却系统 (8) 6.9 防火防爆设计 (8) 6.10 阀控制保护设计 (8) 7 试验 (9) 7.1 试验总则 (9) 7.2 型式试验 (9) 7.3 例行试验 (11) 7.4 长期老化试验 (11) 7.5 现场试验 (12) 8 其它要求 (12) 8.1 质量及使用寿命 (12) 8.2 尺寸和重量 (12) 8.3 铭牌 (12) 8.4 包装和运输 (12)
柔性直流输电系统的改进型相对控制策略 摘要：电压源换流器(VSC)中交流滤波器可滤除交流网络侧谐波，交流侧换流电 抗器或换流变压器有助于交流网络和VSC的能量交换，直流侧电容器可减小换流 桥切换时的冲击电流，同时也可滤除直流网络侧谐波。 关键词：柔性直流输电；控制策略；应用 前言 在柔性直流输电系统(VSC－HVDC)中电压源换流器采用全控型可关断器件，可实现对交流无源网络供电，同时对有功功率、无功功率进行控制。笔者采用外环 电压控制和内环电流控制，外环电压控制中送端VSC系统采用相对控制策略，通 过分别控制输出电压相对发电机端电压的相位角和幅值，进而控制其与送端系统 交换的有功功率和无功功率。受端VSC系统采用定交流电压和定直流电压控制方法，通过调制比和移相角信号产生器件的驱动脉冲，内环控制采用空间矢量控制 策略，PI控制器实现对d、q轴电流的解耦控制，运用PSCAD/EMTDC暂态仿真软 件建立相应的内外环控制模型，验证所设计控制方案的有效性和可靠性。 1柔性直流输电技术的概述 1.1柔性直流输电技术概念 柔性直流输电技术是由加拿大的科学家开发出来的。这是一种由电压源换流器、自关断器和脉宽调制器所共同构成的直流输电技术。作为一种新型的输电技术，该技术不仅可以向无源网络进行供电，还不会在供电的过程中出现换相失败 的现象。在实际使用的过程中，换相站之间不会直接依赖于多端直流系统进行运作。柔性直流输电技术属于一类新型的直流输电技术。虽然在结构上和高压输电 技术相类似。但是整体结构仍然是由换流站和直流输电线路构成的。 1.2柔性直流输电的特点 柔性直流输电是由高压直流输电改造而来的。应该说在技术性和经济性方面 都有很大的改善。具体来说，柔性直流输电技术内部的特点可以表现为如下几个 方面： （1）在运用柔性直流输电技术的过程中，如果能够有效地采用模块化设计的技术，其生产和安装调试的周期都会最大限度地缩短。与换流站有关的设备都能 够在安装和使用的过程中完成各项试验。 （2）柔性直流输电技术内部的VSC换流器是以无源逆变的方式存在的。在使用的过程中可以向容量较小的系统或者不含旋转机电的系统内部进行供电。 （3）柔性直流输电技术在使用的过程中都伴随有有功潮流和无功潮流 （4）整个柔性直流输电系统可以有效地实现自动调节。换流器不需要经常实现通信联络。这也就在很大程度上减少了投资、运行和维护的费用。 （5）整个柔性直流输电技术内部的VSC换流器可以有效地减弱产生的谐波，并减少大家对功率的要求。一般情况下，只需要在交流母线上先安装一组高质量 的滤波器，就可以有效地满足谐波的要求。目前，多数无功补偿装置内部的容量 也不断地减少。即便不装换流变压器，内部的开关也可以更好地被简化。 2柔性直流输电技术的战略意义 目前，柔性直流输电技术在智能电网中一直都发挥着重要的作用。一般来说，柔性直流输电技术可以有效地助力于城市电网的增容改造和交流系统内的互联措施。目前，多数柔性直流输电技术也在大规模风电场建设的过程中发挥出了较好 的技术优势。如果大面积地选择柔性直流输电技术，将会在很大程度上改变电网
南京工程学院 远距离输电技术概论 班级：输电112 学号： 206110618 姓名：钱中华 2014年12月10日
目录 0.引言 (3) 1.研究与应用现状 (3) 2.原理 (4) 3.特点 (5) 4.关键技术 (6) 5.发展趋势 (7) 6.小结 (9)
柔性直流输电技术 0.引言 随着能源紧缺和环境污染等问题的日益严峻，国家将大力开发和利用可再生清洁能源，优化能源结构。然而，随着风能、太阳能等可再生能源利用规模的不断扩大，其固有的分散性、小型性、远离负荷中心等特点，使得采用交流输电技术或传统的直流输电技术联网显得很不经济。同时海上钻探平台、孤立小岛等无源负荷，目前采用昂贵的本地发电装置，既不经济，又污染环境。另外，城市用电负荷的快速增加，需要不断扩充电网的容量，但鉴于城市人口膨胀和城区合理规划，一方面要求利用有限的线路走廊输送更多的电能，另一方面要求大量的配电网转入地下。因此，迫切需要采用更加灵活、经济、环保的输电方式解决以上问题。 柔性直流输电技术即电压源换流器输电技术(VSC HVDC)采用可关断电力电子器件和PWM 技术，是一种新型直流输电技术，它能弥补传统直流输电的部分缺陷，其发展十分迅速。为了进一步推动柔性直流输电技术在我国的研究和应用，本文结合ABB 公司几个典型应用工程， 详细介绍了柔性直流输电的系统结构、基本工作原理和与传统直流输电相比的技术优势，并就我国的实际情况讨论了柔性直流输电在我国多个领域，尤其是风电场的应用前景。 1.研究与应用现状 自1954 年世界上第一个直流输电工程（瑞典本土至GotIand 岛的20MW、100kV 海底直流电缆输电）投入商业化运行至今，直流输电系统的换流元件经历了从汞弧阀到晶闸管阀的变革。然而由于晶闸管阀关断不可控，目前广泛应用的基于PCC的传统直流输电技术有以下固有缺陷：1只能工作在有源逆变状态，且受端系统必须有足够大的短路容量，否则容易发生换相失败；2换流器产生的谐波次数低、谐波干扰大；3换流器需吸收大量的无功功率，需要大量的滤波和无功补偿装置；4换流站占地面积大、投资大。因此，基于PCC的常规直流输电技术主要用于远距离大容量输电、海底电缆输电和交流电网的互联等领域。 其先研究主要发展有一下几项基本技术： 1.高压大容量电压源变流器技术 模块化多电平变流器可以有效降低交流电压变化率，其拓扑结构如图 1 所示。桥臂中的每个子模块可以独立控制，每相上、下两个桥臂的电压和等于直流母线电压。交流电压通过控制每相中两个桥臂的子模块旁路比例来叠加实现，桥臂中的子模块越多，交流电压的谐波越小。与两电平变流器相比，由于不需要每一相上的所有器件在较高频率下同时动作，模块化多电平大大降低了器件的开关损耗。
柔性直流输电 一、常规直流输电技术 1. 常规直流输电系统换流站的主要设备。常规直流输电系统换流站的主要设备一般包括：三相桥式电路、整流变压器、交流滤波器、直流平波电抗器和控制保护以及辅助系统(水冷系统、站用电系统)等。 2. 常规直流输电技术的优点。 1）直流输送容量大，输送的电压高，最高已达到800kV，输送的电流大，最大电流已达到4 500A；所用单个晶闸管的耐受电压高，电流大。 2）光触发晶闸管直流输电，抗干扰性好。大电网之间通过直流输电互联（背靠背方式），换流阀损耗较小，输电运行的稳定性和可靠性高。 3）常规直流输电技术可将环流器进行闭锁，以消除直流侧电流故障。 3. 常规直流电路技术的缺点。常规直流输电由于采用大功率晶闸管，主要有如下缺点。 1）只能工作在有源逆变状态，不能接入无源系统。 2）对交流系统的强度较为敏感，一旦交流系统发生干扰，容易换相失败。 3）无功消耗大。输出电压、输出电流谐波含量高，需要安装滤波装置来消除谐波。 二、柔性直流输电技术
1. 柔性直流输电系统换流站的主要设备。柔性直流输电系统换流站的主要设备一般包括：电压源换流器、相电抗器、联结变压器、交流滤波器和控制保护以及辅助系统(水冷系统、站用系统)等。 2. 柔性直流输电技术的优点。柔性直流输电是在常规直流输电的基础上发展起来的，因此传统的直流输电技术具有的优点，柔性输电大都具有。此外，柔性输电还具有一些自身的优点。 1）潮流反转方便快捷，现有交流系统的输电能力强，交流电网的功角稳定性高。保持电压恒定，可调节有功潮流；保持有功不变，可调节无功功率。 2）事故后可快速恢复供电和黑启动，可以向无源电网供电，受端系统可以是无源网络，不需要滤波器开关。功率变化时，滤波器不需要提供无功功率。 3）设计具有紧凑化、模块化的特点，易于移动、安装、调试和维护，易于扩展和实现多端直流输电等优点。 4）采用双极运行，不需要接地极，没有注入地下的电流。 3. 柔性直流输电技术的缺点。系统损耗大（开关损耗较大），不能控制直流侧故障时的故障电流。在直流侧发生故障的情况下，由于柔性直流输电系统中的换流器中存在不可控的二极管通路，因此柔性直流输电系统不能闭锁直流侧短路故障时的故障电流，在故障发生后只能通过断开交流侧断路器来切除故障。可以使用的最佳解决方式是通过使用直流电缆来提高系统的可靠性和可用率。 三、常规直流输电技术和柔性直流输电技术的对比
可控电压源型柔性直流输电换流器 拓扑综述 周敏，张劲松，刘宇思 中国能源建设集团广东省电力设计研究院 摘要：为分析不同可控电压源型柔性直流输电换流器拓扑结构的技术特点，围绕模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter，MMC)，建立了基于几种可控电压源型换流器拓扑的柔性直流输电系统电磁暂态模型，结合PSCAD/EMTDC 的数字仿真结果，验证了所提出的换流器拓扑结构及其输电方案的可行性。 关键词：柔性直流输电可控电压源型换流器模块化多电平换流器 1引言 柔性直流输电技术是高压大功率电力电子应用领域的制高点，该技术在新能源接入（特别是近海风电接入）、向无源电网供电（如海岛供电，海上钻井平台）、异步电网互联、城市配网等诸多领域有着广阔的应用前景，因此吸引了学术界和工业界越来越多的关注。国内外投入的十几个柔性直流输电工程也都取得了不错的成效，其中绝大部分工程的换流器采用两电平或三电平拓扑结构。 IEC/TR 62543技术报告[1]将电压源型柔性直流输电换流器拓扑分为两种：开关型（“switch” type）拓扑和可控电压源型（“controllable voltage source” type ）拓扑。开关型拓扑，即目前绝大多数工程采用的两电平或三电平拓扑，其明显特点为直流储能电容器组并接于直流侧，运行时换流桥臂中电流不连续；而以MMC为代表的可控电压源型拓扑的储能电容器分布在换流桥臂的子模块中，运行时换流桥臂中有连续电流流过。两类拓扑各自的优势在相关文献中已有较详细的总结[2-7]。较晚出现的可控电压源型拓扑以其诸多优势，成为未来柔性直流输电换流器拓扑的发展趋势，这从目前国内外最新投运的工程（2010年的美国 Trans Bay Cable工程、2011年的上海南汇工程）和在建的工程（如大连跨海工程、舟山5端工程、南澳风电场接入3端工程、德国Borwin2工程）中可见一斑。 2MMC换流器基本结构 2002年，德国学者R. Marquart 和A. Lesnicar 最早提出了MMC拓扑结构的概念[2]，该拓扑奠定可控电压源型换流器的基础，之后有学者和公司相继提出了许多拓扑，基本结构和运行原理都跟MMC 很类似。MMC的建模、控制、调制、器件参数选择在文献中有详细论述[2-7] ，MMC的拓扑结构如图1所示。
柔性直流输电 一、柔性直流输电技术 1. 柔性直流输电系统换流站的主要设备。柔性直流输电系统换流站的主要设备一般包括：电压源换流器、相电抗器、联结变压器、交流滤波器和控制保护以及辅助系统(水冷系统、站用系统)等。 2. 柔性直流输电技术的优点。柔性直流输电是在常规直流输电的基础上发展起来的，因此传统的直流输电技术具有的优点，柔性输电大都具有。此外，柔性输电还具有一些自身的优点。 1）潮流反转方便快捷，现有交流系统的输电能力强，交流电网的功角稳定性高。保持电压恒定，可调节有功潮流；保持有功不变，可调节无功功率。 2）事故后可快速恢复供电和黑启动，可以向无源电网供电，受端系统可以是无源网络，不需要滤波器开关。功率变化时，滤波器不需要提供无功功率。 3）设计具有紧凑化、模块化的特点，易于移动、安装、调试和维护，易于扩展和实现多端直流输电等优点。 4）采用双极运行，不需要接地极，没有注入地下的电流。 3. 柔性直流输电技术的缺点。系统损耗大（开关损耗较大），不能控制直流侧故障时的故障电流。在直流侧发生故障的情况下，由于柔性直流输电系统中的换流器中存在不可控的二极管通路，因此柔性直流输电系统不能闭锁直流侧短路故障时的故障电流，在故障发生后只能通过断开交流侧断路器来切除故障。可以使用的最佳解决方式是通过使用直流电缆来提高系统的可靠性和可用率。 二、常规直流输电技术和柔性直流输电技术的对比 1. 换流器阀所用器件的对比。 1）常规直流输电采用大功率晶闸管，由于晶闸管是非可控关断器件，这使得在常规直流输电系统中只能控制晶闸管换流阀的开通而不能控制其关断，其关断必须借助于交流母线电压的过零，使阀电流减小至阀的维持电流以下才行。 2）柔性直流输电一般采用IGBT阀，由于IGBT是一种可自关断的全控器件，即可以根据门极的控制脉冲将器件开通或关断，不需要换相电流的参与。 2. 换流阀的对比。 1）常规直流输电系统中换流阀所用的器件是大功率晶闸管和饱和电抗器，
柔性直流输电技术概述 1柔性直流输电技术简介 柔性直流输电作为新一代直流输电技术，其在结构上与高压直流输电类似，仍是由换流站和直流输电线路（通常为直流电缆）构成。与基于相控换相技术的电流源换流器型高压直流输电不同，柔性直流输电中的换流器为电压源换流器(VSC)，其最大的特点在于采用了可关断器件（通常为IGBT）和高频调制技术。详细地说，就是要通过调节换流器出口电压的幅值和与系统电压之间的功角差，可以独立地控制输出的有功功率和无功功率。这样，通过对两端换流站的控制，就可以实现两个交流网络之间有功功率的相互传送，同时两端换流站还可以独立调节各自所吸收或发出的无功功率，从而对所联的交流系统给予无功支撑。 2. 技术特点 柔性直流输电技术是采用可关断电压源型换流器和PWM技术进行直流输电，相当于在电网接入了一个阀门和电源，可以有效控制其通过的电能，隔离电网故障的扩散，还能根据电网需求，快速、灵活、可调地发出或者吸收一部分能量，从而优化电网潮流分布、增强电网稳定性、提升电网的智能化和可控性。它很适合应用于可再生能源并网、分布式发电并网、孤岛供电、城市电网供电、异步交流电网互联等领域。柔性直流输电除具有传统直流输电的技术优点外，还具备有功无功单独控制、可以黑启动对系统强度要求低、响应速度快、可控性好、运行方式灵活等特点，目前，大容量高电压柔性直流输电技术已具备工程应用条件，并且具有以下优点： （1）系统具有2个控制自由度，可同时调节有功功率和无功功率，当交流系统故障时，可提供有功功率的紧急支援，又可提供无功功率紧急支援，既能提高系统功角稳定性，还能提高系统电压稳定性； （2）系统在潮流反转时，直流电流方向反转而直流电压极性不变，这个特点有利于构
研究背景 基于模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter，MMC)的柔性直流系统由于谐波畸变小且开关损耗低，是高电压大容量直流输电的重要发展方向。目前，世界X围内基于MMC的柔性直流工程发展迅猛;国内已有5项MMC工程投运，同时还有多项高压乃至特高压MMC工程处于规划之中，并可能成为我国未来大区域电网互联的重要手段。与交流输变电工程不同，柔性直流工程需要根据送受端交流系统条件、输电距离、投资和占地等条件开展定制化的系统设计。 （来源：电力系统自动化ID：AEPS-1977） ±320kV/1000MWXX柔性直流输电工程(以下简称XX工程)是世界X围内第一个采用双极接线的柔性直流工程，也是额定直流电压和输送容量均达到世界之最的柔性直流工程，两端换流站鸟瞰示意图如图1所示。与以往对称单极柔性直流工程相比，首次采用的双极接线和大传输容量对工程的系统设计提出了新的要求。本文对双极高压大容量柔性直流工程的系统设计展开研究，研究结论在XX工程得到成功应用，验证了设计方案和技术参数的正确性。 (a) 彭厝换流站 (b) 湖边换流站 图1 XX工程换流站鸟瞰示意图 1 主接线及运行方式 当高压大容量柔性直流工程采用对称单极接线，存在如下问题： 1)与同容量双极柔性系统相比，可靠性较低。 2)换流单元采用三台单相双绕组变压器，导致变压器容量大，运输困难。 3)换流站设备的绝缘水平要求较高。考虑到上述因素，XX工程采用双极带金属回线的主接线，主接线设计如图2所示。
图2 双极柔性直流换流站接线示意图 根据主接线设计特点和转换开关配置方案，XX工程存在以下3种运行方式： 方式1：双极带金属回线单端接地运行(见图3(a))。其中，接地点仅起钳制电位的作用，不提供直流电流通路。双极不平衡电流通过金属回线返回。 方式2：单极带金属回线单端接地运行(见图3(b))。接地点的作用同方式1，且单极极线电流通过金属回线返回。 方式3：双极不带金属回线双端接地运行(见图3(c))。双极不平衡电流通过大地回路返回。该方式为运行方式转换过程中出现的临时方式，且必须保证直流系统处于双极对称状态。
多端柔性直流输电(VSC—HVD)系统直流 电压下垂控制 学院： 姓名： 学号： 组员： 指导老师： 日期：
摘要： 多端柔性直流输电系统(voltage sourcedconverter based multi-terminal high voltage direct current transmission，VSC-MTDC)与传统的电网换相换流器构成的多端直流输电系统相比，具有控制灵活、能够与短路容量较小的弱交流系统甚至无源交流系统相连、扩建容易等诸多优点直流电压的稳定直接影响到直流潮流的稳定，因此直流电压控制是多端柔性直流输电系统稳定运行的重要因素之一。下垂控制策略具有无需通讯、可靠性较高等优点，但存在直流电压质量较差、功率分配不独立、参数设计困难等问题。本文首先介绍了多端柔性直流输电系统控制方法的分类比较，然后重点介绍了下垂控制数学模型，分析MTDC 系统中下垂控制参数对直流电压与电流(功率)的影响机理，研究满足MTDC 系统功率平衡和直流电压稳定的V-I(V-P)下垂特性曲线。 关键词：VSC-MTDC 下垂控制模块化多电平换流器
一、引言 基于电压源换流器（Voltage Source Converter，VSC）的高压直流输电（High Voltage Direct Current，HVDC）技术（HVDC based on VSC，VSC-HVDC，也称柔性直流输电技术）系统以其灵活性、经济性和可靠性，在新能源并网、城市直流配电网、孤岛供电等领域有着广泛的应用前景。MTDC 系统接线方式分为串联、并联和混联等，目前主要采用并联式[1]。并联接线的MTDC 系统中所有VSC 工作于相同直流母线电压下，因此直流电压控制是系统稳定运行的关键，类似于交流系统中的频率控制。 多端柔性直流输电系统级直流电压控制策略可以分为三大类，分别是单点直流电压控制策略、多点直流电压控制策略以及直流电压斜率控制策略。单点直流电压控制策略将一个换流站作为直流电压控制站，其余换流站负责控制其他的变量，例如交流功率、交流频率、交流电压等，系统中仅有一个换流站对直流电压进行控制，如果这个换流站失去了直流电压的控制能力，整个柔性直流输电系统的潮流将失稳，因此单点直流电压控制策略的适用性较差。多点直流电压控制策略是使直流输电系统中的多个换流站具备直流电压控制能力。按照是否需要换流站间通信设备进行分类，多点直流电压控制策略又可分为主从控制策略和直流电压偏差控制策略。主从控制策略是一种需要换流站间通信的控制策略，这种控制方式利用换流站间的通信系统实现了直流电压的稳定，具有控制特性好、直流电压质量高等优点，但系统可靠性依赖于换流器控制器与系统控制器之间的高速通讯，这严重制约了多端直流输电尤其是长距离输电系统可靠性的提高。直流电压偏差控制策略是一种无需站问通信的控制策略，这种控制策略的实质是在定直流电压站故障退出运行后，后备定直流电压站能够检测到直流电压的较大偏移并转入定直流电压运行模式，保证了直流电压的稳定性；同时其设计简单、可靠性强。 下垂控制策略为多点控制，控制器通过测量本地直流母线电压对功率分配进行调节，因而不依赖于换流站间的高速通讯，系统可靠性较高。 二、多端柔性直流输电系统的直流电压控制策略 2.1柔性直流输电系统概述 总体上来看，目前的多端直流输电系统接线方式主要有串联型、并联型和混联型 3 种类型。由于并联型多端系统具有调节范围宽、扩建灵活、易于控制和可靠性高等突出优点，成为研究的热点和应用的重点。本文设计的直流电压混合控制策略主要是针对并联型多端系统。多端柔性直流输电系统控制是一个庞大复杂且相互耦合的多输入、多输出系统，为满足系统控制的快速性和高可靠性，一
浅议柔性直流输电技术与发展 摘要：柔性直流输电技术对于提高交流系统的动态稳定性、增加系统的动态无 功储备、改善交流系统电能质量，解决非线性负荷、冲击性负荷所带来的问题， 具有较强的技术优势，也是智能电网建设中解决大容量、间歇式新能源发电并网 的重要技术手段。本文简要介绍了柔性直流输电原理，总结了柔性直流输电技术 的特点、应用范围、现在的发展状况以及其未来的发展前景。 关键词：柔性直流；输电技术；发展 柔性直流输电技术对于提高交流系统的动态稳定性、增加系统的动态无功储备、改善交流系统电能质量，解决非线性负荷、冲击性负荷所带来的问题，具有 较强的技术优势，也是智能电网建设中解决大容量、间歇式新能源发电并网的重 要技术手段。 目前世界上仅ABB公司拥有商业运行的工程。虽然西门子、AREVA等跨国公 司一直没有间断在该领域的技术研究，但迄今为止在世界范围内运行的工程仍被ABB一家公司所垄断。 一、柔性直流输电技术的原理 柔性直流输电采用电压源型换流器和PWM技术。由调制波与三角载波比较 产生的触发脉冲，使VSC上下桥臂的开关管高频开通和关断，则桥臂中点电压uc 在两个固定电压+Ud和—Ud之间快速切换，uc再经过电抗器滤波后则为网侧的 交流电压us。 进一步分析可知，在假设换流电抗器无损耗且忽略谐波分量时，换流器和交 流电网之间传输的有功功率为P，无功功率为Q。有功功率的传输主要取决于δ，无功功率的传输主要取决于UC。因此通过对δ的控制就可以控制直流电流的方 向及输送有功功率的大小，通过控制UC就可以控制VSC发出或者吸收的无功功率。从系统角度来看，VSC可以看成是一个无转动惯量的电动机或发电机，几乎 可以瞬时实现有功功率和无功功率的独立调节，实现四象限运行。 二、柔性直流输电技术的特点 柔性直流输电技术是当今世界电力电子技术应用领域的制高点，是基于可关 断电力电子器件IGBT（绝缘栅双极晶体管）组成的电压源换流器所构成的新一代 直流输电术。 该技术可以在进行精确有功功率控制的同时对无功功率进行控制，可为交流 系统提供电压支撑，控制更加灵活。柔性直流换流站可工作在无源换流的方式下，不需要外加的换相电压，可用于弱系统或无源系统供电。此外，柔性直流输电技 术基本不需要滤波和无功补偿装置，其换流站占地面积较同等容量的常规直流换 流站要小。 柔性直流输电是以电压源换流器为核心的新一代直流输电技术，其采用最先 进的电压源型换流器和全控器件，是常规直流输电技术的换代升级。与传统的直 流输电不同，是一种采用基于电压源换流器、可控关断器件和脉宽调制（PWM 技术）的新一代直流输电技术。 它可以瞬间实现有功和无功的独立解耦控制，能向无源网络供电，具有良好 的电网故障后的快速恢复控制能力，可以作为系统恢复电源。在传输能量的同时，还能灵活地调节与之相连的交流系统电压。具有可控性较好、运行方式灵活、适 用场合多等显著优点。从用途上看，它可以很好地适应于可再生能源并网、分布 式发电并网、孤岛供电、城市电网供电等领域。
基于VSC的柔性直流输电技术研究 本文介绍了基于VSC的柔性直流型输出电力系统的基本结构、基本工作原理和技术特点，并使用ATP-EMTP软件仿真建立其模型，得出其正常工作时的谐波及其不同故障情况下的运行特点。最后总结了柔性直流型输电系统需重点研究的几个基础理论问题及其发展前景。 1 引言 随着能源日益紧张和环境污染日益严重，目前中国在极力开发和利用可再生的清洁型能源。由于风能、太阳能等可再生能源利用规模的日益增大，其分散性、小规模性、离供电中心较远等问题，使得采用传统的交流输送电力系统或传统的直流输电系统显得不是很经济。 相关电子技术的迅猛发展以及控制技术的突飞猛进使得采用直流型输电力系统即可解决上述问题。采用基于可关断型电压源换流装置和PWM技术进行直流电输送，适合应用于可再生能源并网、分布式发电并网、孤岛供电、城市区域电网供电等诸多领域。 根据实际情况，特别是西电东送、全国电网联网迫在眉睫的情况下，研发直流型输电系统，建设新一代直流型输电联网系统，将会促进大规模电网合并，并逐步完善城市供电和孤岛供电等技术。 2 柔性直流输电的系统结构和基本原理 与传统自然换相技术的直流型输电系统不同，VSC-HVDC(Voltage Source Converter-High Voltage Direct Current)是一种以电压源换流器、可控关断装置和脉宽调制(PWM)技术为基础的新型的直流型输电技术。该技术能在短时间内实现有功率和无功率的独立解耦控制，能够自主地向无源电网供电，极易于构成多端直流型电力系统，能极大的增加供电系统的稳定性，提高电力系统的输电能力。下面将介绍VSC-HVDC 的系统基本结构和基本的工作原理。 2.1 系统结构 图1为柔性直流型输出电力系统的基本原理框图，两端的换流站全部采用VSC基本结构，由换流站、换流变压设备、换流电抗设备、直流电容和交流滤波电路等部分组成。
·12· NO.14 2019 ( Cumulativety NO.50 ) 中国高新科技 China High-tech 2019年第14期（总第50期） 0 引言 随着电子技术的发展和绝缘栅双极性晶体管（Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT）的出现，电压源型换流站（Voltage Source Converter，VSC）技术应运而生，为柔性直流输电奠定了技术基础。柔性直流输电不需要传统交流输电系统的换相容量，并且对无源载荷提供电力，并广泛适用于城市供电、偏远地区供电、新能源发电并网等供电新领域。此外，柔性直流输电系统还具有较高的可控性，较低的成本，较小的电力损耗，可实现动态无功补偿等，因此成为当前输电领域研究的热点之一。 柔性直流输电技术中，输电系统的拓扑结构是关键环节之一。合理的拓扑结构能够有效提高直流输电系统的输电效率和可靠性，因此是目前柔性直流输电系统研究的重点。本文将分析柔性直流输电系统的技术原理，并对柔性直流输电系统的拓扑结构进行研究，从而为我国柔性直流输电系统的设计与建设提供理论参考。 1 柔性直流输电系统的技术原理 目前工程领域常用的柔性直流输电系统主要采用３种方式：两电平电压源换流器、多电平电压源换流器和模块化多电平电压源换流器（MMC）。1.1 两电平电压源换流器的技术原理 两电平电压源换流器的每一相都有２个桥臂，因此共有6个桥臂构成，每个桥臂都是由二极管和 IGBT通过并联方式组成，如图1所示。在工程应用中，为了提高柔性直流输电系统的供电电压和供电容量，一般可将多个二极管和IGBT并联再串联。并联的二极管与IGBT所串联的个数直接决定VSC的额定功率和耐压强度。在两电平电压源换流器的设计中，每一相的２个桥臂上的IGBT均可以单独导通，并单独输出２个电平，最后通过PWM对输出电平进 行调制，最终得到柔性直流输电波形。 图1 两电平电压源换流器示意图 两电平电压源换流器通过增加串联的二极管和GBIT提高供电电压和电流，因此在大容量直流输电方面存在较大技术缺陷。随着串联的二极管和GBIT 个数的增加，将增加动态电压的不稳定性，而且串联的二极管和GBIT也会增加输电系统输电波形的谐波含量，进而降低柔性直流输电系统的功率和效率。1.2 多电平电压源换流器的技术原理 多电平电压源换流器技术在两电平电压源换流 柔性直流输电系统拓扑结构 叶 林 （中国南方电网有限责任公司超高压输电公司广州局，广东 广州 510000） 摘要：柔性直流输电系统具有线路损耗低、可控性强等优势，成为当前电力网大力发展的输电方案。柔性直流输电系统的拓扑结构则是输电工程中的关键技术之一，决定输电网络的性能。文章分析了柔性直流输电系统的技术原理，重点对柔性直流输电系统的拓扑结构进行了研究，为柔性直流输电系统的拓扑结构方案设计与应用提供理论参考。 关键词：柔性直流；输电系统；拓扑结构；输电方案 文献标识码：A 中图分类号：TＭ131文章编号：2096-4137（2019）14-012-03 DOI：10.13535/https://www.doczj.com/doc/a26856922.html,ki.10-1507/n.2019.14.04 收稿日期：2019-04-30 作者简介：叶林（1987-），男，河南信阳人，供职于中国南方电网有限责任公司超高压输电公司广州局，研究方向：超（特）高压输电运维柔性直流输电系统拓扑结构。
1. 柔性直流输电系统换流站的主要设备。柔性直流输电系统换流站的主要设备一般包括：电压源换流器、相电抗器、联结变压器、交流滤波器和控制保护以及辅助系统(水冷系统、站用系统)等。 2. 柔性直流输电技术的优点。柔性直流输电是在常规直流输电的基础上发展起来的，因此传统的直流输电技术具有的优点，柔性输电大都具有。此外，柔性输电还具有一些自身的优点。 （1）潮流反转方便快捷，现有交流系统的输电能力强，交流电网的功角稳定性高。保持电压恒定，可调节有功潮流；保持有功不变，可调节无功功率。 （2）事故后可快速恢复供电和黑启动，可以向无源电网供电，受端系统可以是无源网络，不需要滤波器开关。功率变化时，滤波器不需要提供无功功率。 （3）设计具有紧凑化、模块化的特点，易于移动、安装、调试和维护，易于扩展和实现多端直流输电等优点。 （4）采用双极运行，不需要接地极，没有注入地下的电流。 3. 柔性直流输电技术的缺点。系统损耗大（开关损耗较大）， 不能控制直流侧故障时的故障电流。在直流侧发生故障的情况下，由于柔性直流输电系统中的换流器中存在不可控的二极管通路，因此柔性直流输电系统不能闭锁直流侧短路故障时的故障电流，在故障发生后只能通过断开交流侧断路器来切除故障。可以使用的最佳解决方式是通过使用直流电缆来提高系统的可靠性和可用率。 三、常规直流输电技术和柔性直流输电技术的对比
1. 换流器阀所用器件的对比。 （1）常规直流输电采用大功率晶闸管，由于晶闸管是非可控关断器件，这使得在常规直流输电系统中只能控制晶闸管换流阀的开通而不能控制其关断，其关断必须借助于交流母线电压的过零，使阀电流减小至阀的维持电流以下才行。 （2）柔性直流输电一般采用IGBT阀，由于IGBT是一种可自关断的全控器件，即可以根据门极的控制脉冲将器件开通或关断，不需要换相电流的参与。 2. 换流阀的对比。 （1）常规直流输电系统中换流阀所用的器件是大功率晶闸管和饱和电抗器，可以输送大功率。 （2）柔性直流输电系统中的换流阀采用了IGBT器件，可实现很高的开关速度，在触发控制上采用PWM技术，开关频率相对较高，换流站的输出电压谐波量较小，主要包含高次谐波。故相对于常规直流输电，柔性直流输电换流站安装的滤波装置的容量大大减小。（3）常规直流输电通过换流变压器连接交流电网，而柔性直流输电是串联电抗器加变压器，常规直流输电以平波电抗器和直流滤波器来平稳电流，而柔性直流输电则采用直流电容器。 3. 换流站控制方式的对比。 （1）常规直流输电系统的换流站之间必须进行通信，以传递系统参数并进行适当的控制，而柔性直流输电系统中各换流站之间的通信不是必需的。