多段柔性直流输电
柔性直流输电技术的应用探究

柔性直流输电技术的应用探究柔性直流输电技术(Flexible DC Transmission, FDCT)是一种新型的输电技术,它采用直流电压进行能量传输,可以有效地解决传统交流输电技术的诸多问题,具有输电损耗小、占地面积小、环境污染小等优点。
随着科技的不断进步,柔性直流输电技术已经开始在实际工程中得到广泛应用。
本文将就柔性直流输电技术的应用进行探究,分析其在电力系统中的优势和发展前景。
一、柔性直流输电技术的原理与特点1. 原理柔性直流输电技术是一种通过控制直流电压和电流来实现能量输送和分配的技术。
其核心是采用高性能的功率电子设备对直流电压进行控制,以实现灵活的功率调节、电压调节和频率调节。
通过控制系统可以实现功率的快速响应和精确调节,使得柔性直流输电系统能够适应复杂多变的电网工况。
2. 特点(1)输电损耗小:相比于传统的交流输电技术,柔性直流输电技术在能量传输过程中损耗更小,能够有效节约能源。
(2)占地面积小:柔性直流输电技术所需的设备相对较小,可以在有限的空间内实现高效的能量传输。
(3)环境污染小:柔性直流输电技术的设备采用先进的电力电子元件,不会产生有害的电磁辐射和废气排放,对环境友好。
二、柔性直流输电技术在电力系统中的应用1. 长距离电力输送柔性直流输电技术在长距离的电力输送中具有明显的优势。
传统的交流输电技术在长距离输电过程中会出现较大的输电损耗,而柔性直流输电技术可以通过控制系统实现功率的精确调节,大大减小了输电损耗,提高了输电效率。
2. 大容量电力输送由于柔性直流输电技术具有较高的电压和电流调节能力,能够实现大容量的电力输送。
在大规模工业园区、城市用电中心等场景下,柔性直流输电技术可以有效地满足电力需求,支持电网的高容量输电。
3. 电力系统稳定性改善柔性直流输电技术在电力系统中的应用可以提高系统的稳定性。
通过柔性直流输电技术可以实现快速的电压调节和频率调节,对电网负载波动具有较强的适应能力,有助于降低电网的故障率和提高电网的可靠性。
多端柔性直流输电技术

1、简介从上个世纪五十年代至今,高压直流输电技术(High V oltageDirectCurrent,HVDC)经历了跨越式发展,己经广泛应用于风电场并网、大容量远距离输电、非同步大电网互联、孤岛和弱电网供电等领域HVDC技术从早期的汞弧阀换流技术发展到高压大功率晶闹管换流器技术,极大地促进了直流输电技术的发展。
与高压输电技术相反的是换流技术几乎仍在原地踏步,线换相换流器(Line Commuted Converter, LCC)直流输电占据主流。
由于晶闸管关断不可控,传统直流输电技术具有明显缺陷。
随着电力电子变流技术的迅猛发展,出现了以脉宽调制(Plus Width Modulation, PWM)技术为基础的变流器。
并且PWM变流器技术也日漆完善。
目前主要应用的主电路类型有电流型变流器(Current Source Converter, CSC)和电压源型变流器(V oltageSource Converter, VSC)。
并且,全控器件电压和容量的等级的不断提升,控制技术的日趋完善,带动VSC开始应用于大容量高压输配电领域,如,灵活交流输电系统(Flexible ACTransmission System, FACTS)、基于电压源变流器的高压直流输电(VSC basedHVDC,VSC-HVDC)、定制电力系统(Custom Power,CP)等典型代表。
VSC设备配合不同的控制策略可以控制系统潮流、调节网络运行参数,进而优化电力统运行状态,提高系统稳定性和运行可靠性。
VSC-HVDC技术是以电压源变流器,可控关断的IGBT和脉宽调制(PWM)为基础的新型输电技术。
VSC-HVDC不仅可以独立快速控制有功无功,还易于翻转潮流,实现了无源网络供电。
同时,随着能源紧缺和环境污染的日益严重,我国开始大力幵发和利用风能、太阳能等可再生清洁能源,优化能源结构。
但是其固有的分散性、小型化、远离负荷中心等特点直接制约了风电利用规模的不断扩大以及传统交流输电技术和CSC-HVDC 输电技术联网的经济性。
柔性直流输电基本控制原理

暂态稳定性分析是评估柔性直流输电系统在故障或其他大的扰动情况下的性能的重要手段。通过模拟 系统在各种故障情况下的响应,可以了解系统的暂态行为和稳定性,为控制策略的制定提供依据。
运行稳定性分析
总结词
运行稳定性分析是研究系统在正常运行 条件下的动态性能,通过仿真和实验等 方法,分析系统的运行稳定性和控制性 能。
促进可再生能源的接入
柔性直流输电能够更好地接入可再生能源,有助于实现能源 的可持续发展。
02
柔性直流输电系统概述
柔性直流输电系统的基本结构
换流阀
换流阀是柔性直流输电系统的核心部件,负责 实现直流电的转换和传输从一端传 输到另一端。
滤波器
滤波器用于滤除谐波和噪声,保证传输电能的 纯净。
柔性直流输电基本控制原理
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目 录
• 引言 • 柔性直流输电系统概述 • 柔性直流输电系统的控制策略 • 柔性直流输电系统的稳定性分析 • 柔性直流输电系统的保护与控制
一体化 • 柔性直流输电系统的应用与发展
趋势
01 引言
背景介绍
传统直流输电的局限性
传统直流输电在电压源换流器(VSC) 控制策略上存在局限,难以满足现代 电力系统的需求。
3
保护和控制设备之间的通信应具有高可靠性和实 时性,以确保快速响应和准确控制。
保护与控制一体化的优点与挑战
优点
保护和控制一体化可以提高系统的快速响应 能力和稳定性,减少故障对系统的影响,降 低维护成本和停机时间。
挑战
保护和控制一体化需要解决多种技术难题, 如传感器精度、数据处理速度、通信可靠性 和实时性等,同时也需要加强相关标准和规 范的建设和完善。
柔性直流输电系统的未来展望
2024年柔性直流输电市场发展现状

2024年柔性直流输电市场发展现状引言柔性直流输电(Flexible Direct Current Transmission,简称FDCT)作为一种新型的输电技术,具有多种优势,如高效、低损耗和灵活性等。
随着电力需求的不断增长和可再生能源的迅速发展,柔性直流输电市场正逐渐展现出巨大的潜力。
本文将对柔性直流输电市场的发展现状进行分析和探讨。
主要内容1. 柔性直流输电技术简介柔性直流输电技术是一种将输电线路由传统的交流形式转变为直流形式的技术。
该技术利用高压直流输电(High Voltage Direct Current,简称HVDC)系统,通过转换站将交流电转换为直流电进行输送。
相较于传统的交流输电方式,柔性直流输电可以实现更高效率和更远距离的电能传输。
2. 柔性直流输电市场发展趋势柔性直流输电市场正逐渐蓬勃发展,并且呈现出以下几个主要的发展趋势:•可再生能源促进发展:随着可再生能源的快速发展,如风能和太阳能等,柔性直流输电正成为将这些能源从产地输送到用电地点的理想选择。
柔性直流输电系统可以实现大规模清洁能源的长距离传输。
•输电效率提高:与高压交流输电相比,柔性直流输电系统的输电效率更高。
因为直流电在输送过程中的能量损失较小,可以大幅度降低电力传输过程中的能量损耗,提高输电效率。
•电网稳定性提升:柔性直流输电系统具备快速响应和调节电网负荷等特点,可以提高电网的稳定性。
在能源供需波动较大的情况下,柔性直流输电系统可以有效地平衡能源供给和需求,提高电网的可靠性和稳定性。
3. 柔性直流输电市场的挑战柔性直流输电市场的发展也面临着一些挑战,主要包括以下几个方面:•技术难题:柔性直流输电技术相对较新,还存在一些技术难题,如电能转换效率、电气设备可靠性和环境适应能力等问题,需要进一步解决和改进。
•经济可行性:虽然柔性直流输电具有诸多优势,但是其建设和运营的成本相对较高,需要对投资回报作出准确评估,以确保项目的经济可行性。
柔性直流输电技术简述

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。
柔性直流输电技术应用、进步与期望

柔性直流输电技术应用、进步与期望一、概述随着全球能源结构的转型和电力电子技术的飞速发展,柔性直流输电技术(VSCHVDC)作为一种新型的输电方式,正逐渐受到广泛关注和应用。
柔性直流输电技术以其独特的优势,如可独立控制有功和无功功率、无需交流系统提供换相电压支撑、易于构成多端直流系统等,在新能源接入、城市电网供电、海岛供电、分布式发电并网等领域展现出广阔的应用前景。
自20世纪90年代以来,柔性直流输电技术经历了从理论研究到工程实践的发展历程。
随着电力电子器件的不断进步和控制策略的优化,柔性直流输电系统的容量和电压等级不断提升,系统效率和可靠性也得到了显著提高。
目前,柔性直流输电技术已成为解决新能源大规模并网、提高电网智能化水平、推动能源互联网发展的重要技术手段。
尽管柔性直流输电技术取得了显著的进步,但仍面临一些挑战和期望。
一方面,随着应用领域的不断拓展,对柔性直流输电系统的性能要求也越来越高,如更高的容量、更低的损耗、更快的响应速度等。
另一方面,随着可再生能源的大规模开发和利用,电网的复杂性和不确定性也在增加,这对柔性直流输电技术的稳定性和可靠性提出了更高的要求。
1. 简述柔性直流输电技术的背景和重要性随着全球能源需求的日益增长,传统直流输电技术在面对能源紧缺、环境压力以及现代科技发展的挑战时,已显得力不从心。
在这样的背景下,柔性直流输电技术应运而生,成为了一种顺应社会发展的新型输电技术。
从能源角度来看,随着城市化进程的加快和工业化水平的提高,能源需求呈现出爆炸式增长。
传统的直流输电技术,虽然在一定程度上能够满足能源传输的需求,但在面对大规模、远距离的电能输送时,其局限性逐渐显现。
同时,随着可再生能源的快速发展,如风能、太阳能等,这些能源具有分散性、远离负荷中心以及小型化的特点,传统的直流输电技术难以满足这些新能源的接入和调度需求。
柔性直流输电技术的出现,正好弥补了这一技术短板,使得大规模、远距离的电能输送以及新能源的接入和调度成为可能。
柔性直流输电工程技术研究、应用及发展

柔性直流输电工程技术研究、应用及发展一、本文概述1、简述柔性直流输电技术的背景和发展历程随着能源结构的优化和电网互联的需求增长,直流输电技术以其长距离、大容量、低损耗的优势,在电力系统中占据了举足轻重的地位。
然而,传统的直流输电技术,如基于晶闸管的直流输电(LCC-HVDC),存在换流站需消耗大量无功、无法独立控制有功和无功功率、对交流系统故障敏感等问题。
因此,柔性直流输电技术(VSC-HVDC)应运而生,它采用电压源型换流器(VSC)和脉宽调制(PWM)技术,实现了对有功和无功功率的独立控制,并具有快速响应、灵活调节、易于构成多端直流系统等优点。
柔性直流输电技术的发展历程可以追溯到20世纪90年代初,当时基于绝缘栅双极晶体管(IGBT)的VSC技术开始应用于风电场并网和孤岛供电等领域。
随着电力电子技术的快速发展,VSC的容量和电压等级不断提升,使得柔性直流输电技术在电网互联、新能源接入、城市配电网等领域得到了广泛应用。
进入21世纪后,随着全球能源互联网的提出和新能源的大规模开发,柔性直流输电技术迎来了快速发展的黄金时期。
目前,柔性直流输电技术已经成为直流输电领域的研究热点和发展方向,其在全球范围内的大规模应用也为电力系统的智能化、绿色化、高效化发展提供了有力支撑。
2、阐述柔性直流输电技术在现代电力系统中的重要性在现代电力系统中,柔性直流输电技术已经日益显示出其无法替代的重要性。
它作为一种先进的输电技术,不仅克服了传统直流输电技术的局限性,还以其独特的优势在现代电网建设中占据了举足轻重的地位。
柔性直流输电技术的灵活性和可控性使得它在大规模可再生能源接入电网中发挥了关键作用。
随着可再生能源如风能、太阳能等的大规模开发和利用,电网面临着越来越大的挑战。
这些可再生能源具有随机性、波动性和间歇性等特点,对电网的稳定性造成了威胁。
而柔性直流输电技术通过其独特的控制策略,可以实现对有功功率和无功功率的独立控制,从而有效地解决可再生能源接入电网所带来的问题,提高电网的稳定性和可靠性。
柔性直流输电技术概述

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,这个特点有利于构成既能方便地控制潮流又有较高可靠性的并联多端直流系统,实现多端之间的潮流自由控制;(3)柔性直流输电交流侧电流可被控制,不会增加系统的短路功率;(4)对比传统直流输电方式,采用多电平技术,无需滤波装置,占地面积很小;(5)各站可通过直流线路向对端充电,并根据直流线路电压采取不同的控制策略,因此换流站间可以不需要通讯;(6)柔性直流输电具有良好的电网故障后快速恢复控制能力;(7)系统可以工作在无源逆变方式,克服了传统直流受端必须是有源网络,可以为无源系统供电。
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sum to a large ac grid-side VSC. Because of Schwarz’s Inequality
where Si (i=l,2, ...,n) is the complex power, the MVA ofthis large converter is smaller than the sum of the MVAs of converters serving individual DFIGs. Aside from the introduction, this paper is organized into six parts. Part I1 is a short description about MTDC-DFIG system. Part I11 demonstrates how the wind energy can be optimally captured and converted by a wind turbine with a doubly fed induction generator. Part IV shows how the stator side Ps and Qs can be controlled in a decoupled way by the rotor side converter voltage. Part V introduces the control of the grid-side voltage regulator. Part VI lists some simulation results to show that acquiring optimal wind power at varying wind velocities can be carried out in a DFIG and the MTDC-DFlG system. Part VI1 gives some conclusions.
I.
INTRODUCTION
11.
DESCRIPTION MTDC-DFIG SYSTEM OF
Wind energy is presently one of the most widely used renewable energy sources. Doubly-Fed Induction Generators (DFIGs) are ideal for wind turbines because both their real and reactive powers can be controlled on the rotor side using back-to-back converter pairs at slip (reduced) MVA ratings [ 1-31. This paper shows that there can be a further reduction in component count and in MVA by organizing the converter pairs in a multi-terminal DC (MTDC) system. In the MTDC system, the many individual grid-side converters and transformers (needed for voltage matching) are merged into a single large converter and transformer. The MTDC arrangement exploits the fact that wind power is never evenly distributed across the wind farm [I]. As a matter of fact, compensating high wind velocity at one turbine location with low velocity wind at a neighboring location is already seen as a method of averaging the temporal stochastic variations. Another factor which needs emphasizing is that the real power outputted on the rotor side of a DFIG is sPairgap, where s is the slip and, , . P is the air gap power. As the wind velocity drives the rotor speed U& above and below the synchronous speed w.y., the rotor power reverses direction with the positive or negative sign of the slip. The dc bus of the MTDC system collects the rotor powers of varying magnitudes and polarities before channeling the algebraic
In conventional operation, when all the DFIGs rotate at super-synchronous speeds (negative slip), the rotor ac power of each DFIG is rectified by its VSC. The dc outputs of the VSCs are connected to the dc bus ofthe MTDC system which aggregates the slip powers of the rotors before inverting them to the ac bus through the VSC (higher rating) which operates as a DC Voltage Regulator. The role of the DC Voltage Regulator is to maintain the dc voltage at the reference setting. To achieve this it invertslrectifies all the power that is rectifiedlinverted so as to prevent the dc capacitors from
In general, a wind farm consists of tens or hundreds of wind turbine-generators but for the purpose of this study it is sufficient to represent them as three DFIGs as shown in the single line diagram of Fig.1. The stators of the three DFIGs are connected to an ac bus directly. The power from these stators are collected at the ac bus and transmitted to the utility grid. Every rotor of the DFIGs is connected to a VSC (Voltage-Source Converter). The kVA rating of each of these VSCs is only s I S I where s is the slip and I S 1 is the complex powerrating ofthe DFIG. The dc terminals ofthese VSCs are connected to a common dc bus. The VSC, laheled as DC Voltage Regulator, maintains the dc power balance in the dc bus and at the same time can provide reactive power on the ac side. A transformer matches the ac voltage levels.
Lianwei Jiao* Geza Joos Chad Abbey Fengquan Zhou Boon-Teck Ooi Electrical and Computer Engineering Department, McGill University, Montreal, Canada *Department of Electrical Engineering, Tsinghua University, Beijing, China, Iwjiao@power.ece.mcgill.ca
Abstract- Of the environmentally friendly, renewable energy sources of the future, wind turbines are, cost-wise, amongst the most competitive. Doubly-Fed Induction Generators (DFIGs) are ideal for wind turbines because both their real and reactive powers can he controlled on the rotor side using back-to-hack converters at slip (reduced) MVA ratings. This paper shows that there can be a further reduction in component count and total MVA by organizing the back-to-back converters in a multi-terminal DC (MTDC) system. In the MTDC system, the many ac grid-side VSCs (and transformers needed for voltage matching) are merged into a single or a few VSC(s). The MVA of the large VSC is smaller than the sum of the MVAs of VSCs serving individual DFlGs because the wind power is never evenly distributed across the wind farm. Simulations show that optimal capture of wind power and ac voltage regulation are achievable under MTDC control.