轻型直流输电介绍..

浅谈轻型直流输电技术应用黎献腾(广东电网汕尾供电局，广东汕尾516600)摘要：轻型高压直流输电是在电压源换流器和绝缘栅双极晶体管基础上开发出来的一种新型输电技术。

它轻型、高效。

具有可观的经济效益和环保价值，同时它的操作极其灵活且可大大改善电能质量。

在阐述基本运行原理的基础上，分析了轻型高压直流输电的特点和应用场合。

关键词：轻型高压直流输电；电压源换流器；脉宽调制。

前言目前新型、清洁、可再生能源发电已成为未来电力系统的发展方向，风力、太阳能等新型能源发电在世界范围内逐步扩展，其主要特点之一是分散化与小型化。

地理条件与发电规模的制约使得利用现有交流输电技术将这些“孤岛”电源与电网连接经济性差、环保压力大。

同时钻探平台、岛屿、矿区等“孤岛”负荷目前多采用污染性大的柴油发电机供电，若采用交流输电技术供电也有同样问题。

另外，随着电力工业的不断发展，用电负荷不断增加，空中输电线路走廊日趋饱和，架设新的线路受到环境、经济条件等因素的限制，变得越发困难。

现有的传统高压输电线路的使用已接近它们的边缘。

尤其在城市负荷中心，增加传统的架空交流输电线几乎不可能。

为此，需要一种经济、灵活、高质量的输电方式解决上述问题。

轻型高压直流输电作为一种经济、灵活、高质量的输电方式，已用于国外许多直流高压输电工程中，并产生了良好的输电及环保效益。

1轻型高压直流输电技术简介轻型高压直流输电技术是一种采用最新电力电子技术，进行交流与直流电流之间相互转换与传输的新技术。

它采用大功率的可任意开断的绝缘栅双极晶体管(I G B T)，作为电子元件来取代传统的半控型元件“晶闸管”。

换流器则采用电压源换流器(vsc)技术，来取代传统的相控换流器(PC C)技术。

控制系统采用脉宽调制技术(PW M)，使得对有功和无功的调节、控制都变得十分快捷方便。

1．1电压源换流器(V S C)技术在传统电力工业中用于高压直流输电的基于PC C技术，如今已几乎全被V SC技术所取代。

直流输电技术概述直流输电技术近年来发展迅速，应用范围广阔，技术影响深远，发展潜力较大。

为了更好地将直流输电输电技术应用到工程中去，本文首先对直流输电技术的发展、分类与应用进行了介绍，再定性的对直流输电方式与交流输电方式的优缺点及适用范围进行了比较，最后对于不同直流输电技术的经济性、可靠性、适应性及可行性等方面对其进行了定性分析。

标签：直流输电; 柔性直流; 经济性; 可靠性;0 引言电力技术是从直流电开始的，早期的直流输电是直接从直流电源送往直流负荷，无需进行换流。

随着三相交流发电机、感应电动机和变压器的迅速发展，在发电和用电领域，交流电取代了直流电系统。

但是直流在远距离电缆输电，不同频率电网间联网等领域仍有重要作用。

近年来，直流输电技术发展迅速，在国内外众多大型工程得到应用，有力推动了电网发展，技术进步，保证了地区清洁能源的开发与经济发展的能源供应[1，2]。

为了更好地应用直流输电技术，本文对直流输电的发展、分类及应用情况进行了简介，对直流输电与交流输电进行对比，并对常规直流与柔性直流技术进行了分析。

1 直流输电技术发展直流输电技术的关键在于换流问题，根据换流技术的发展，直流输电可以分为三个时期。

即汞弧阀换流时期，晶闸管阀换流时期以及新型半导体换流设备时期。

1）汞弧阀换流时期1901年发明汞弧整流管，但只能用于整流，不能逆变，1928年研制成功了具有栅极控制能力的汞弧阀，既可以整流又可以实现逆变，使直流输电成为现实。

但存在制造复杂，价格昂贵，故障率高，可靠性低，维护不便等缺点。

2）晶闸管阀换流时期20世纪70年代后，大功率晶闸管问世，促进了直流输电技术的发展。

相较于汞弧阀换流器，其制造、运行维护和检修都比较简单而方便。

之后的直流工程都采用晶闸管换流阀。

3）新型半导体换流设备时期20世纪90年代后IGBT得到广泛运用。

1997年3月，世界上第一個采用IGBT 组成的电压源换流器的直流输电工业性试验工程在瑞典中部投入运行。

直流输电基础知识单选题100道及答案1. 直流输电系统中，主要的损耗不包括以下哪种？（）A. 换流站损耗B. 变压器损耗C. 直流输电线路损耗D. 接地极系统损耗答案：B。

直流输电系统损耗主要有两端换流站损耗、直流输电线路损耗、接地极系统损耗。

2. 以下关于直流输电的优势，说法错误的是（）A. 适合远距离大容量输电B. 不存在交流输电的稳定性问题C. 可以灵活调节输电功率D. 建设成本比交流输电低答案：D。

直流输电建设成本较高，但其在远距离大容量输电、稳定性等方面具有优势。

3. 两端直流输电系统的构成不包括以下哪个部分？（）A. 整流站B. 逆变站C. 交流变电站D. 直流输电线路答案：C。

两端直流输电系统的构成主要有整流站、逆变站和直流输电线路三部分。

4. 单极系统的接线方式不包括以下哪种？（）A. 单极大地回线方式B. 单极金属回线方式C. 单极混合回线方式D. 以上都是单极系统的接线方式答案：C。

单极系统的接线方式有单极大地回线方式和单极金属回线方式两种。

5. 双极系统的接线方式可分为（）A. 双极两端中性点接地接线方式B. 双极一端中性点接地接线方式C. 双极金属中线接线方式D. 以上都是答案：D。

双极系统的接线方式可分为双极两端中性点接地接线方式、双极一端中性点接地接线方式和双极金属中线接线方式三种。

6. 背靠背直流系统的特点是（）A. 输电线路长度较长B. 输电线路长度为零C. 主要用于远距离输电D. 不需要换流站答案：B。

背靠背直流系统是输电线路长度为零的两端直流输电系统。

7. 换流器的主要作用是（）A. 将交流电转换为直流电B. 将直流电转换为交流电C. 升高或降低电压D. 调节输电功率答案：A（对于整流器）和B（对于逆变器）。

换流器包括整流器和逆变器，整流器将交流电转换为直流电，逆变器将直流电转换为交流电。

8. 6 脉动换流器在交流侧产生的特征谐波次数为（）A. 6k±1 次B. 6k 次C. 12k±1 次D. 12k 次答案：A。

轻型直流输电的应用【摘要】本文主要阐述的是轻型直流输电的应用。

先概述了轻型直流输电的特点及优势，然后介绍了其对应的各种应用场合。

选取了其中一种应用，vsc-hvdc应用于清洁能源（以海上风电为例），进行了详细的阐述。

最后介绍了轻型直流输电在我国的应用前景。

【关键词】轻型直流输电；应用；海上风电；应用前景1 轻型直流输电应用概述1.1轻型直流输电特点轻型直流输电技术是一种基于可关断电力电子器件电压源换流器（vsc）和脉宽调制技术的直流输电技术。

轻型直流输电的特点和优势主要有:①控制灵活，可以独立的控制有功功率和无功功率；②可以工作在无源逆变方式，受端可以使无源网络；可以灵活控制潮流方向；不增加系统短路功率；通过模块化设计使hvdc light的设计、生产、安装和调试周期的缩短，换流站占地面积更小；⑥每个站可以独立控制，易于实现无人值守。

1.2轻型直流输电的应用场合基于以上提到的hvdc light的特点和优势，轻型直流输电的主要应用场合有：（1）清洁能源发电。

受环境条件限制，清洁能源发电一般装机容量小、供电质量不高并且远离主网，如中小型水电厂、风力发电站（含海上风力发电站）、潮汐电站、太阳能电站等，由于其运营成本很高以及交流线路输送能力偏低等原因使采用交流互联方案在经济和技术上均难以满足要求，利用轻型直流输电与主网实现互联是充分利用可再生能源的最佳方式，有利于保护环境。

（2）提高配电网电能质量。

非线性负荷和冲击性负荷使配电网产生电能质量问题，如谐波污染、电压间断、电压凹陷、突起以及波形闪变等问题，使一些敏感设备如工业过程控制装置、现代化办公设备、电子安全系统等失灵，造成很大的经济损失，轻型直流输电可分别快速控制有功、无功的能力并能够保持电压基本不变，使电压、电流满足电能质量标准要求，将是未来改善配网电能质量的有效措施。

（3）异步连接。

比邻两交流系统异步运行时不能交换功率，无法相互提供多余的发电容量，须各有独立的调峰电厂。

柔性输电之直流输电内容简介轻型直流输电技术是20世纪90年代开始发展的一种新型直流输电技术，核心是采用以全控型器件（如GTO和IGBT等）组成的电压源换流器（VSC）进行换流。

这种换流器功能强、体积小，可减少换流站的设备、简化换流站的结构，故称之为轻型直流输电，其系统原理如图2-1所示。

图2.1 柔性直流输电系统原理示意图其中两个电压源换流器VSC1和VSC2分别用作整流器和逆变器，主要部件包括全控换流桥、直流侧电容器；全控换流桥的每个桥臂均由多个绝缘栅双极晶体管IGBT或门极可关断晶体管GTO等可关断器件组成，可以满足一定技术条件下的容量需求；直流侧电容为换流器提供电压支撑，直流电压的稳定是整个换流器可靠工作的保证；交流侧换流变压器和换流电抗器起到VSC与交流系统间能量交换纽带和滤波作用；交流侧滤波器的作用是滤除交流侧谐波。

由于柔性直流输电一般采用地下或海底电缆，对周围环境产生的影响很小。

1引言随着科学技术的发展，到目前为止，电力传输经历了直流、交流和交直流混合输电三个阶段。

早期的输电工程是从直流输电系统开始的，但是由于不能直接给直流电升压，使得输电距离受到较大的限制，不能满足输送容量增长和输电距离增加的要求。

19世纪80年代末发明了三相交流发电机和变压器，交流输电就普遍地代替了直流输电，并得到迅速发展，逐渐形成现代交流电网的雏形。

大功率换流器的研究成功，为高压直流输电突破了技术上的障碍，因此直流输电重新受到人们的重视。

直流输电相比交流输电在某些方面具有一定优势，自从20世纪50年代联接哥特兰岛与瑞典大陆之间的世界第一条高压直流输电（HVDC）线路建成以来，HVDC在很多工程实践中得到了广泛的应用，如远距离大功率输电、海底电缆输电、两个交流系统之间的非同步联络等等。

目前，国内已有多个大区之间通过直流输电系统实现非同步联网：未来几年，南方电网将建成世界上最大的多馈入直流系统；东北电网也有多条直流输电线路正在建设或纳入规划。

1、简述直流输电的基本原理从交流电力系统1向系统2输电时，换流站CS1将送端功率的交流电变换成直流电，通过直流线路将功率送到换流站CS2，再由CS2把直流电变换成三相交流电。

通常把交流变换成直流称为整流，而把直流变换成交流称为逆变。

CS1也称为换流站，CS2又称为逆变站。

2、简介“轻型直流输电”。

轻型HVDC是在绝缘栅双极晶闸管IGBT和电压源换流器基础上发展起来的一种新型直流输电技术，可自由地控制电流的导通或关断，从而使HVDC换流器具有更大的控制自由度。

3、列举直流输电适用场合远距离大功率输电；海底电缆输电；不同频率或者同频率非同步运行的两个交流系统之间的联络；用地下电缆向用电密度高的大城市供电；交流系统互联或配电网增容时作为限制短路电流的措施之一；配合新能源的输电。

4、延迟角、重叠角、超前角、熄弧角的概念延迟角：从自然换相点到阀的控制极上加以控制脉冲这段时间，用电气角度表示。

重叠角：换相过程两相同时导通时所经历的相位角。

超前角：从逆变器阀的控制极上加以控制脉冲到自然换相点这段时间，用电气角度来表示。

熄弧点：在自然换相结束时刻到最近一个自然换相点之间的角度。

5、见图6、见图7、为什么逆变器的熄弧角必须有一个最小值？在换相结束（V5关断）时刻到最近一个自然换相点（c4）之间的角度成为熄弧角。

由于阀在关断之后还需要一个使载流子复合的过程，因此熄弧角必须足够大，使换流阀有足够长的时间处于反向电压作用之下，以保证刚关断的阀能够完全恢复阻断能力。

如果熄弧角太小，在过c4点后V5又承受正向电压，而此时载流子尚未复合完，则V5不经触发就会导通，使V1承受反向电压而被迫关断。

这种故障被称为换相失败。

这就要求逆变器的熄弧角必须有一个最小值，其大小为阀恢复阻断能力所需时间加上一定裕度，一般为15度或更大一些。

8、见图9、见图10、HVDC对晶闸管元件的基本要求有哪些？耐压高；载流能力大；开通时间和电流上升率di/dt限制，防止刚刚开通时晶闸管局部过热而损坏元件；关断时间与电压上升率dV/dt的限制，防止未加触发脉冲时晶闸管提前导通。

柔性直流输电技术介绍1引言柔性直流输电技术（Voltage Sourced Converter,VSC）是一种以电压源变流器、可关断器件（如门极可关断晶闸管（GTO）、绝缘栅双极晶体管（IGBT））和脉宽调制（PWM）技术为基础的新型直流输电技术。

国外学术界将此项输电技术称为VSC-HVDC，国内学术界将此项输电技术称为柔性直流输电，制造厂商ABB 公司与西门子公司分别将该项输电技术命名为HVDC Light和HVDC Plus。

与传统基于晶闸管的电流源型直流输电技术相比，柔性直流输电技术具有可控性高、设计施工方便环保、占地小及换流站间无需通信等优点，在可再生能源并网、分布式发电并网、孤岛供电、城市电网供电等方面具有明显的优势。

随着大功率全控型电力电子器件的迅速发展，柔性直流输电技术在高压直流输电领域受到越来越广泛的关注及应用。

传统的低电平VSC具有开关频率高、输出电压谐波大、电压等级低、需要无源滤波器等缺点，而且存在串联器件的动态均压问题；多电平变流器提供了一种新的VSC实现方案。

它通过电平叠加输出高电压，逼近理想正弦波，输出电压谐波含量少，无需滤波设备。

自1997年赫尔斯扬试验工程投入运行以来，柔性直流输电技术迅速发展，目前已有13项工程投入商业运行，最高电压等级已达±200kV，最大工程容量达到400MW，最长输电距离为970km。

通过各个领域专家的不断创新和工程建设运行经验的不断积累，柔性直流输电技术作为一种先进的输电技术已具备大规模应用的条件。

图1两端VSC-HVDC系统典型结构图2008年12月，“柔性直流输电关键技术研究与示范工程”作为国家电网公司的重大科技专项正式启动。

该工程联接上海南汇风电场与书院变电站，用于上海南汇风电网并网，是中国首条柔性直流输电示范工程。

该工程由中国电力科学研究院开发，负责接入系统设计、设备供货及工程实施等工作。

2柔性直流输电技术的研究现状2.1高压大容量电压源变流器技术2.2.1模块化多电平变流器（Modular Multilevel Converter,MMC）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2所示。

关于轻型高压直流输电及前景展望摘要:本文主要以高压直流输电（HVDC）为基础,通过绝缘栅双极晶体管以及电压换流器为主要部件的轻型高压直电流技术展开了一系列分析。

分析的主要内容有,高压直流输电的技术特点以及基本原理,轻型高压直流输电与传统高压直流输电的差别。

并且还简要介绍了轻型高压直流输电在我国的研究现状以及国外的工程应用情况,其中侧重的分析了我国高压直流输电的主要领域及其发展前景。

关键词:高压直流输电轻型电压源换流器1954年,世界第一条高压直流输电联络线被运用到了商业之中,随着它日益成熟的技术p(1)电压源换流器的电流可以自动断开并工作在无源逆变方式,因此它无需另外的换相电压。

与传统高压直流输电的有源网络不同的是,轻型高压直流输电的受端系统是无源网络的,因此克服了受端系统必须是有源网络的根本缺陷,继而促进了高压直流输电对远距离孤立负荷进行送电的实施。

(2)同传统的高压直流输电正好相反,在潮流进行反转的时候,直流电流方向能在直流电压极性不变的情况下进行反转。

HVDC的这个特点能够促进不仅为潮流控制提供便利且提供较为可靠的并联多段直流系统的构成,继而使传统多端的高压直流输电系统在并联连接时不方便进行潮流控制以及串联连接时影响可靠性的问题得到有效解决。

(3)对轻型电压直流输电进行模块设计能够极大的缩短其设计、安装、生产以及调试周期。

与此同时,电压源换流器所采用的脉冲宽度调制（PWM）技术,其有着相对较高的开关频率,在高通的滤波后便能够产生所需的交流电压,省略了变压器不仅简化了换流站的结构,同时还大大减少了所需滤波装置的容量。

(4)传统的高压直流输电因为其控制量只有触发角,所以传统HVDC是无法对无功功率和有功功率进行单独控制的。

而轻型高压直流输电在正常运行的时候,其电压源换流器能够对有功功率以及无功功率同时进行独立控制,甚至可以使功率因数为1。

此种调节不仅能够提高完成效率,还能对之加以灵活的控制。

另外,电压源换流器不但无需交流侧提供无功功率并且还起着静止同步补偿器的作用,使无功功率的交流母线得到动态补偿继而促进交流母线电压的稳定性。