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hvdc在数据中心的原理
HVDC在数据中心的原理
1. HVDC是什么？
HVDC（High Voltage Direct Current）是指高压直流输电技术。
与传统的交流输电技术不同，HVDC技术可以通过将电能转换为直流电来实现更高效的电力传输。
2. HVDC在数据中心的应用
在数据中心中，HVDC技术可以用于数据中心的电力传输。
传统的交流输电技术存在能量损耗较大、传输距离限制等问题，而HVDC技术可以有效地解决这些问题。
3. HVDC在数据中心的工作原理
HVDC技术通过将交流电转换为直流电，然后通过直流电缆进行传输。
在数据中心中，HVDC技术可以通过将电源转换为直流电，然后通过HVDC电缆将电力传输到数据中心的各个设备中。
4. HVDC技术的优势
HVDC技术具有以下优势：
（1）能量损耗小：HVDC技术传输电力时，能量损耗较小，可以实现更高效的电力传输。
（2）传输距离更远：与传统的交流输电技术相比，HVDC技术可以实现
更长距离的电力传输。
（3）稳定性更高：HVDC技术可以通过控制电压和电流来实现更高的稳定性，可以减少电力传输中的波动。
5. HVDC技术的局限性
虽然HVDC技术具有很多优点，但它也存在一些局限性：
（1）成本较高：HVDC技术的建设成本较高，需要投入大量的资金。
（2）技术要求较高：HVDC技术需要高水平的技术人员来进行维护和运营，技术要求较高。
6. 结论
HVDC技术在数据中心中的应用可以有效地解决传统的交流输电技术存在的问题，具有很多优点。
随着技术的不断发展，HVDC技术将会在数据中心中得到更广泛的应用。
电力电子技术在高压领域应用概况(一)电力电子技术在电力传输系统及在高压电器中的应用已十分广泛，已经显示出它越来越重要的作用。
这里所说的“高压”应在6KV以上。
主要应用领域为：1、高压交、直流输电;2、静止型动态无功补偿装置SVC;3、高压电机软启动;4、高压直流电源及高压变频;一、高压交、直流输电现代电子技术、控制技术、计算机技术等与传统电力技术的融合产生了发展前景广阔的电力电子技术。
电力电子技术在高压直流输电(HVDC)、静止无功补偿器(SVC)等领域已有广泛的应用。
八十年代后期，为了充分利用已有的输电设备、有效地控制系统潮流分布、提高对电力系统稳定性的控制能力，提出了…灵活交流输电技术(FACTS)‟并得到了很快发展，FACTS装置的目的都是通过利用大功率电力电子器件的快速响应能力，实现对电压、有功潮流、无功潮流等的平滑控制，从而在不影响系统稳定性的前提下，提高系统传输功率能力，改善电压质量，达到最大可用性、最小损耗、最小环境压力、最小投资和最短的建设周期的目标。
可控串补(TCSC)、新型无功发生器(STATCOM)、统一潮流控制器(UPFC)等工业样机相继投运。
九十年代中期，为解决日益突出的电能质量问题，国外又提出了…定制电力(Custom Power)‟技术，即把电力电子技术用在配电领域。
属于这类技术的新型电力设备，如配电用新型静止无功补偿器(DSTATCOM)、动态电压恢复器(DVR)、静止开关(SSB)等也相继投运。
我国对电力电子技术的研究经过40多年的努力，特别是近十多年的迅速发展，在部分领域已经初步形成了分析研究、试验仿真、设备制造、系统集成的能力，但整体技术与国际先进水平相比还有较大的差距。
我国电网现状迫切需要上述各项技术，因为：⑴我国电网面临的主要问题应该是大幅度提高电网的大容量、远距离输电能力。
其次，要增强电网的安全可靠性以及改善电能质量;再次，经济性和环境问题。
然而，当前要实现大规模输电面临诸多技术困难;大区电网强互联的格局尚未形成;电网建设滞后，瓶颈增多，威胁电网安全;取得线路走廊和变电站站址日益困难。
电力电子技术专题大作业——柔性直流输电技术概述0.前言学习电力电子技术专题一学期以来，我感觉受益良多，我收获的不仅仅是各位老师讲座上所教授的内容，更有他们对于电网行业的深入分析以及未来发展方向的预测。
在诸多讲座中，我对宋强老师所讲的柔性直流输电技术最感兴趣，下面我就以此为主题，对柔输技术进行一些简要的概括与探究。
1.背景介绍我们都知道历史上交直流输电之争由来已久，电机系的许多老师都经常提到这个话题，而目前普遍的输电方式仍是交流输电。
交流输电线路中，除了有导线的电阻损耗外还有交流感抗的损耗，为了解决交流输电电阻的损耗，还可以采用高压和超高压输电来减小电流来减小损耗，但是交流电感损耗不能减小，因此交流输电不能做太远距离输电。
如果线路过长输送的电能就会全部消耗在输电线路上。
交流输电并网还要考虑相位的一致。
如果相位不一致两组发电机并网会互相抵消。
这时人们又想起了直流输电的方式。
一直以来，直流输电的发展与换流技术（特别是高电压、大功率换流设备）的发展有密切的关系。
但是近年来，除了有电力电子技术的进步推动外，由于大量直流工程的投入运行，直流输电的控制、保护、故障、可靠性等多种问题也越发显得重要。
因此多种新技术的综合应用使得直流输电技术有了新进展。
输电技术的发展经历了从直流到交流，再到交直流共存的技术演变。
随着电力电子技术的进步，柔性直流作为新一代直流输电技术，可使当前交直流输电技术面临的诸多问题迎刃而解，为输电方式变革和构建未来电网提供了崭新的解决方案。
基于电压源型换流器的高压直流输电概念最早是由加拿大McGill大学Boon-Teck等学者于1990年提出的。
通过控制电压源换流器中全控型电力电子器件的开通和关断，改变输出电压的相角和幅值，可实现对交流侧有功功率和无功功率的控制，达到功率输送和稳定电网等目的，从而有效地克服了此前输电技术存在的一些固有缺陷。
国际大电网会议和美国电气与电子工程师协会于2004年将其正式命名为“VSC-HVDC”。
2024年高压直流输电系统（HVDC系统）市场前景分析引言高压直流输电系统（HVDC系统）是一种将电能以直流形式进行长距离传输的技术，在能源领域具有广泛的应用。
随着全球能源需求的增长和可再生能源的普及，HVDC系统在电力输送领域的市场前景变得越来越重要。
本文将对HVDC系统的市场前景进行分析。
HVDC系统的优势HVDC系统相比传统的交流输电系统具有众多的优势，因此在特定场景下得到了广泛的应用。
- 长距离传输：HVDC系统能够有效地在数百至数千公里的距离上传输电能，减少了输电过程中的输电损耗。
- 灵活性：HVDC系统能够方便地实现不同输电距离和功率等级之间的适配，灵活性高。
- 可靠性：HVDC系统的电力传输更稳定，可靠性更高，可以降低输电故障的可能性。
- 少占用土地：HVDC线路相对交流输电线路而言，占用土地较少，对环境影响较小。
HVDC系统市场的发展趋势HVDC系统市场在全球范围内呈现出快速增长的趋势，并且未来几年仍有望保持较高的发展速度。
以下是HVDC系统市场的几个发展趋势： ### 1. 可再生能源的普及随着可再生能源的普及，特别是风力和太阳能等清洁能源的广泛应用，需要将这些能源从发电站输送到消费地点。
HVDC系统可以有效地支持可再生能源的输电需求，因此可以预见，在可再生能源的快速发展下，HVDC系统市场需求将持续增长。
2. 电网互联随着全球电力需求的增长，不同地区之间的电网互联成为了一个重要的趋势。
HVDC系统能够通过长距离的、低损耗的电能传输，实现区域之间的电力交换。
因此，HVDC系统在电网互联方面具有巨大的潜力，并且有望在全球范围内持续发展。
3. 港口供电需求随着港口货运业的不断发展，港口供电需求也在增加。
HVDC系统由于其长距离输电能力和可靠性，可以极好地满足港口供电的需求。
因此，HVDC系统在港口供电领域的应用前景非常广阔。
4. 电力交易随着电力市场的改革和电力交易的开展，HVDC系统作为一种高效、可靠的电能传输技术，有望在电力交易中发挥重要作用。
轻型直流输电（ HVDC Light）直流特高压输电网QINGXING ZHILIU SHUDIAN 条题编号：706005轻型直流输电（ HVDC Light）基于电压源换流器的直流输电技术称为轻型直流输电技术。
目前高压直流输电采用的换相换流器（Phase Commutated Converter），在工业驱动领域中，几乎已被“电压源换流器”（Voltage Source Converter）所代替。
这两种技术的主要差别是“电压源换流器”中所需要的换流开关元件不仅具备被控导通电流的能力，还具有不依赖换相电压而被控关断电流的能力。
因此，在“电压源换流器”中，不需要依靠电网电压来支持换相。
“电压源换流器”的应用，将使得在受端交流系统无发电机或者在系统短路功率极低的情况下，仍能实现直流输电。
直流输电中通常使用的换流元件为晶闸管，其开关切换频率较低，称为“基频换向”（FFC），为了降低谐波，通常可采用12脉动换流器。
如果换流器的开关元件具有更高的通断频率特性，就可采用“脉宽调制技术”（PWM），即通过在两个固定的电压之间快速地切换而建立一个高频交流电压，然后通过低通滤波器，则可建立基频的交流电压。
随着电子技术的发展，目前出现了一种新型的半导体器件，称为绝缘栅双极晶体管（IGBT）。
它属于MOS系列的器件，特点是其所需的控制功率很小，可高频率进行开通/关断的切换，并且切换时间短、切换损耗低。
当它们串接时，即使开断频度达数千赫兹时，也能保证其元件间的电压分布均匀。
在此元件的基础上，使用电压源换流器的技术，可使换流器换相不依赖于所联交流网络的强弱、使电流的关断不取决于换相电压，同时配以脉宽调制技术，建立具有所需要的相角及幅值的电压。
这种元件首先使用于轻型直流输电技术。
图1所示为使用“脉宽调制技术”的“电压源换流器”的原理电路图。
换流器通常由换流桥、换流器电抗器、直流电容器，以及一个交流滤波器组成。
换流桥含有串联的开关元件（如IGBT），每个开关元件配有一个反并联的二极管。
直流电容器的主要作用是为关断电流提供一个低电感的路径和储存能量，还可减少直流侧的谐波。
交流母线电压的谐波成分由交流低通滤波器滤除。
电抗器两端的工频电压确定了交、直流间的功率潮流。
通过改变脉宽调制中的脉冲宽度，以及直流电压的幅值，即可对有功和无功进行控制。
图1 使用PWM技术的电压源换流器原理接线图图2所示为电压源换流器中的脉宽调制波形和低通滤波后的基频电压波形。
图2 电压源换流器的脉宽调制波形及工频电压波形这种技术可以减少甚至不用换流变压器，它的主要特点是能够实现与无源负荷的连接；可以对无功和有功分别进行控制；不提供短路电流；不需要快速通信；紧凑和小型化。
对于向孤立小区域的远方负荷输电、向“孤岛”送电、远方小规模发电设备，如小型水力发电和风力发电厂与主干电网或远方负荷的连接、多端直流输电等方面，具有较好的经济性和良好的控制特性。
该技术的发展取决于电子元件技术和制造水平。
目前，单只IGBT元件的电压水平已达到2.5kV，很快将会出现更高电压水平的元件，但其容量尚未达到与目前可获得的晶闸管可比的程度。
世界第一个轻型直流输电的工业性试验工程是在瑞典中部的Hellsjon与Grangesberg之间，长10公里、电压为±10kV、输送容量为3MW，于1997年3月投运。
目前，在瑞典、澳大利亚和爱沙尼亚等地，还计划有4个轻型直流工程于1999－2000年建成。
轻型直流输电——一种新一代的HV DC技术文俊，张一工，韩民晓，肖湘宁（华北电力大学，北京102206）摘要：文章在阐明基于相控换流器（PCC）技术的传统高压直流（HV DC）输电技术特点及其不足后，介绍了基于电压源换流器（VSC）技术和全控型电力电子器件的直流输电即轻型直流输电的工作原理、技术特点及其应用前景，指出轻型直流输电技术将在更多的应用领域发挥积极的作用。
关键词：轻型直流输电；高压直流输电；电压源换流器；相控换流器1引言人类对电的认识和应用以及电力科学的发展首先是从直流电开始的。
1882年，法国物理学家M·得彼列茨进行了历史上第一次直流输电试验，将1.5kW、1.5-2kV的直流电通过电报线路驱动57km外的水泵旋转[6][9]，这次试验虽然线路功耗高达78[15]，几乎没有使用价值，但它标志着高电压、远距离大容量输电的崭新开始。
这次试验由于具备发电、输电和用电设备，所以也被认为是世界上第一个电力系统[9]。
1954年，第一座高压直流（HV DC）输电工程投入工业化运行，它是从瑞典本土至果特兰（Gotland）岛之间的一条20MW、100kV海底电缆直流输电线，线路全长96km。
1972年，加拿大伊尔河（EelRiver）HV DC 输电工程正式投入使用，这座20MW、2×80kV背靠背式HV DC输电工程以首次全部采用晶闸管阀而著称于世。
到目前为止，全世界共有70多个HV DC输电工程[11]，其中，大部分电压等级超过400kV，输送功率大于1000MW或线路长度大于600km。
19世纪80-90年代，人类掌握了三相交流电路原理，不久运行效率更高的交流电机和变压器问世。
1888年，俄国科学家发明了三相交流系统。
当时由于交流电在发电、输电、配电和用电方面比直流电更方便、经济且可靠性更高，所以应用范围逐步扩大。
20世纪50年代初出现超高压交流输电后，交流电的应用领域进一步扩大。
2基于PCC技术的HV DC输电原理及特点传统HV DC输电的核心是相控换流器（PCC）技术，其原理是：以交流母线线电压过零点为基准，一定时延后触发导通相应阀，通过同一半桥上两个同时导通的阀与交流系统形成短时的两相短路，当短路电流使先导通阀上流过的电流小于阀的维持电流时，阀关断，直流电流经新导通阀继续流通。
通过顺序发出的触发脉冲，形成一定顺序的阀的通与断，从而实现交流电与直流电的相互转换。
由于采用了半控型电力电子器件——晶闸管，所以基于PCC技术的HV DC输电在以下方面具有交流输电无可比拟的优点：（1）可实现不同额定频率或相同额定频率交流系统之间的非同步联络，提高了两侧交流系统互为备用以及事故时紧急支援的能力，从而提高了系统的稳定性和供电的经济性。
如日本新信侬背靠背HV DC输电工程将额定频率为50Hz和60Hz的两个交流系统进行联网；我国潘家口抽水蓄能电站采用背靠背HV DC输电方式使50Hz交流系统与站内3台可逆式抽水蓄能机组实现互联，蓄能机组的频率在36-50Hz 范围内变化[14]，可使机组运行在最佳效率区。
（2）特别适合高电压、远距离大容量输电HV DC输电不改变功角关系，因此不会由于静态稳定或暂态稳定性能变差而降低输送容量。
此外，当架空线路超过700km或电缆线路超过40km时，采用HV DC 输电比采用交流输电更经济[8]。
（3）尤其适合大区电网间的互联大区电网互联是为了实现资源共享以及故障后的紧急支援，要求线路上的潮流变化迅速并能双向传送，只有采用电力电子器件的HV DC输电才能得以实现。
（4）很适合电缆供电同型号的电缆在直流下的耐压能力几乎是交流的3倍，例如交流35kV电缆可用于直流100kV左右电压。
当处于同一电压时，2根芯线的直流电缆的传输功率密度约为3根芯线交流电缆的3倍。
（5）线路功耗小、对环境的危害小在电压等级相同、输送功率相等时，直流输电线路较交流线路小，有功损耗减少三分之一，没有无功损耗，而交流输电的无功损耗很大。
直流输电的空间电荷效应使直流架空线路产生的电晕损耗和无线电干扰均较小，更容易满足环保要求。
（6）调节更快速、更准确换流站采用的是晶闸管功率器件，可方便、快速、灵活、准确地实现有功潮流的增减和双向传送，向交流系统提供功率、频率及电压支持。
现代HV DC输电工程的典型方式为双极双桥接线方式，我国葛上HV DC输电工程即为这种接线方式，见图1。
晶闸管的单向导电性使PCC技术只能控制阀的开通而不能控制阀的关断，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能使阀自然关断。
因此基于PCC技术的HV DC输电具有以下不足：（1）不能向小容量交流系统及不含旋转电机的负荷供电如果受端系统短路容量不足，不能提供足够的换相电流，就不能保证可靠换相，逆变器容易发生换相失败故障。
如果受端系统为不含旋转电机的负荷，逆变器因无法换相而不能对交流系统供电。
（2）换流器产生的谐波次数低、容量大双极双桥换流站产生最低次数为11次、13次的谐波电流，其容量分别约占基波容量的9和7.7，加重了滤波的负担。
（3）换流器吸收较多的无功功率正常稳态运行时，整流器和逆变器分别吸收占所输送直流功率30～50和40～60的无功功率[6，7]，暂态运行时换流器吸收的无功功率更多。
（4）换流站投资大、占地面积大为满足谐波标准和换流器的无功需要，换流站装设有大量的无功补偿装置和滤波设备，加大了换流站的投资及占地面积，无功补偿装置和滤波设备的投资约占换流站总投资的15，占地面积约为全站总面积的三分之一[12]。
因此基于PCC技术的传统HV DC输电虽是一门成熟的技术，但在与交流输电的竞争中处于不利地位，其应用领域局限在220kV及以上电压等级的远距离大容量输电、海底电缆输电及不同额定频率或相同额定频率交流系统间的非同步互联等方面。
3轻型直流输电的特点轻型直流输电是在电压源换流器(VSC)技术和门极可关断晶闸管（GTO）及绝缘栅双极晶体管(IGBT)等全控型功率器件基础上发展起来的，由高频开关器件IGBT构成的正弦脉宽调制（SPWM）式VSC，换流器的单相电路如图2所示。
其工作原理是：工频正弦波控制信号uc经与三角波载波信号utri比较产生触发信号ui，见图3。
当2 被触发导通后，输出电压uo=Ud/2；当2-被触发导通后，uo=-Ud/2，由于2 和2-不同时触发导通，所以uo只有±Ud/2两种数值。
经换流电抗器和滤波器滤除uo中的高次谐波分量后，交流母线上可得到与uc波形相同的工频正弦波电压us。
其中，utri决定开关的动作频率，uc决定输出电压uo的相位和幅值。
改变uc的相位，即改变uo与us的相位关系，可改变有功功率的大小和方向；改变uc的幅值，即改变uo与us的数值关系，可改变无功功率的大小和极性（感性或容性）。
因此，VSC换流器可单独调节有功功率和无功功率。
有功功率的计算公式为：式中Uo、Us分别为VSC输出电压uo和母线电压基频分量的有效值，d为uo 与us的相位差，X为换流电抗器的电抗。
到目前为止，世界上已建或在建的轻型直流输电工程有[2][4]：（1）赫尔斯扬（Hellsjon）试验工程：1997年3月10日投运，为历史上第一个试验性轻型直流输电工程。
