(完整版)电压源换流器型高压直流输电技术
直流电压换流器在高压直流输电系统中的优化设计
直流电压换流器在高压直流输电系统中的优化设计随着能源需求的增加和可再生能源的发展，高压直流输电系统在电力传输领域中的应用越来越广泛。
而直流电压换流器作为直流输电系统的核心设备之一，在实际应用中起着至关重要的作用。
本文将详细介绍直流电压换流器在高压直流输电系统中的优化设计。
首先，直流电压换流器的优化设计需考虑到高压直流输电系统的特点和要求。
高压直流输电系统由于其输电距离长、耗损小、稳定性好等优点，被广泛应用于大规模远距离的电力输送。
因此，在优化设计直流电压换流器时，应考虑其能够适应不同输电容量和距离的要求，以提高系统的稳定性和效率。
其次，直流电压换流器的优化设计需考虑到系统的安全性。
高压直流输电系统输送的是直流电，而直流电一旦失控可能会引发火灾、爆炸等安全事故，对系统设备和人身安全造成威胁。
因此，在优化设计直流电压换流器时，应考虑到其对系统的保护功能，如过流、过压、温度等方面的监测和保护装置的设计，以确保系统的安全运行。
第三，直流电压换流器的优化设计需考虑到系统的可靠性。
高压直流输电系统往往是在恶劣环境中运行，故障发生的概率较高。
因此，在优化设计直流电压换流器时，应考虑到其硬件和软件的可靠性，如采用可靠性高的元器件和控制系统，保证设备长期稳定运行，减少维修和更换的频率，提高系统的可靠性和可用性。
第四，直流电压换流器的优化设计需考虑到系统的经济性。
高压直流输电系统的建设和运行成本较高，因此，在优化设计直流电压换流器时，应考虑到其在成本和性能之间的平衡。
一方面，要选择成本相对较低的元器件和设备，降低系统的建设成本；另一方面，要优化系统的效率，提高输电能力和能源利用率，降低系统的运行成本。
最后，直流电压换流器的优化设计需考虑到系统的可扩展性。
高压直流输电系统是一个工程性质的系统，随着应用领域的不断扩大和技术的不断发展，系统容量和输电距离可能发生变化。
因此，在优化设计直流电压换流器时，应考虑到其扩展性，尽可能地降低系统升级和扩容的成本，以适应未来发展的需求。
高压直流输电原理
高压直流输电原理高压直流输电是一种通过直流电进行能量传输的技术，它在长距离输电和特定场合下具有明显的优势。
其原理是利用变流器将交流电转换为直流电，通过输电线路将电能传输到目标地点，再通过逆变器将直流电转换为交流电。
高压直流输电技术已经在世界各地得到广泛应用，为电力输送提供了新的解决方案。
高压直流输电的原理主要包括三个方面，变流器、输电线路和逆变器。
首先是变流器，它是将交流电转换为直流电的关键设备。
变流器通过控制晶闸管或者其他功率半导体器件的导通和关断，实现对交流电的整流和逆变。
在直流电系统中，变流器能够实现对电压和频率的控制，保证电能的稳定输送。
同时，变流器还能实现对电能的调节和平衡，提高电能的利用效率。
其次是输电线路，它是高压直流输电的传输通道。
输电线路需要具备足够的绝缘强度和导电能力，以保证电能的稳定传输。
在高压直流输电系统中，输电线路通常采用特殊的材料和结构设计，以满足长距离输电和大功率输送的需求。
同时，输电线路还需要考虑环境因素和安全要求，确保电能传输的可靠性和稳定性。
最后是逆变器，它是将直流电转换为交流电的关键设备。
逆变器通过控制晶闸管或其他功率半导体器件的导通和关断，实现对直流电的逆变和变频。
在直流电系统中，逆变器能够实现对电压和频率的控制，保证电能的稳定输出。
同时，逆变器还能实现对电能的调节和平衡，提高电能的利用效率。
综上所述，高压直流输电原理是通过变流器将交流电转换为直流电，通过输电线路将电能传输到目标地点，再通过逆变器将直流电转换为交流电的技术。
这种技术在长距离输电和特定场合下具有明显的优势，为电力输送提供了新的解决方案。
随着技术的不断发展，高压直流输电将在未来得到更广泛的应用，为能源领域的发展带来新的机遇和挑战。
高压直流输电系统换流器技术综述
高压直流输电系统换流器技术综述内蒙古自治区锡林郭勒盟锡林浩特市 026000摘要：高压直流输电因其在长距离大容量输电、海底电缆输电、异步联网等领域的独特优势而得到广泛应用。
本文详细论述了高压直流输电系统换流器技术。
关键词：高压直流；输电；换流器高压直流输电核心设备是换流器，其是影响高压直流输电系统性能、运行方式、设备成本和运行损耗等的关键因素，是实现交直流电相互转换的设备。
因此，其对整个直流输电系统的安全稳定运行具有重要影响。
一、高压直流输电高压直流输电(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。
其包括换流器、换流变压器、平波电抗器、交流滤波器等。
换流器又称换流阀是换流站的关键设备，实现整流和逆变。
目前换流器多采用晶闸管可控硅整流管组成三相桥式整流作为基本单元，称为换流桥。
一般由两个或多个换流桥组成换流系统，实现交流变直流直流变交流的功能。
换流器在整流和逆变过程中将要产生5、7、11、13、17、19等多次谐波。
为减少各次谐波进入交流系统在换流站交流母线上要装设滤波器。
它由电抗线圈、电容器、小电阻串联组成通过调谐的参数配合可滤掉多次谐波。
一般在换流站的交流侧母线装有5、7、11、13次谐波滤波器组。
单极又分为一线一地和单极两线方式。
直流输电一般采用双极线路，当换流器有一极退出运行时，直流系统可按单极两线运行，但输送功率要减少一半。
二、采用晶闸管的UHVDC换流器1、电路结构、工作原理和控制。
适用于UHVDC的换流器有两种接线方式：每极两组12脉冲换流器串联、每极两组12脉冲换流器并联。
我国采用每极2组12脉冲换流器串联接线方式，这是因换流器制造难度不会增加太多，也不会显著增加换流变压器制造与运输难度，所以能充分利用常规换流器在设计与制造方面的成熟经验。
适用UHVDC的换流器由于以12脉冲换流器为基本单元，其工作原理与常规高压直流换流器相同。
电压源型高压直流输电
是负载向直流侧反馈能量的通道并使负
载电流连续。换相电容的作用是为换流 器提供电压支持、缓冲桥臂关断时的冲 击电流和减少直流侧谐波并储备能U S 0 U S U S 0
2：稳态功率特性
图2表示用于计算交流系统与VSC之间基频 潮流的简化等值电路。 图中, U S U S 0 , U CON U CON , S P jQ 。 交流系统以换流变压器一次侧母线电压为电势的 电压源表示(为简化起见, 取该电压为参考电压, 其 相位角为零)换流器则以换流变压器二次侧母线电 压为电势的电压源表示, 而换流变压器用等值电抗 表示(假定换流变压器无损)。 设电流及功率(仅计及基频分量)流向如图2所示, 则有如下关系：
U SU CON P sin X T Q U S U S U CON cos XT
(1)
(2)
2：稳态功率特性
由式(1)可知, 当
时,P>0,VSC从交流系统吸收有功功率而运行于整流器状态;当
S
时,P<0,VSC向交流系统送出有功功率而运行于逆变器状态。由此可知通过控制U 与
电压源换流器型直流输电技术
引言
• 换流器是高压直流输电（HVDC）系统中最重要、最关键的设备。传 统HVDC采用基于晶闸管的自然换相的换流器技术，但该技术存在着 一些固有缺点。
1：由于触发延迟角 和换相角的存在以及波形的畸变，传统的 HVDC吸收的无功功率为传输直流功率的40%~60%，这就需要大量的 无功功率补偿及滤波设备；
通过控制调制正弦波形的幅值, 可以控制VSC发出/吸收无功功率;通过控制调制正弦波形的
频率和相位则可以控制VSC有功功率的输送方向及大小。因此, 通过SPWM可以实现VSC 同时且相互独立地对有功功率和无功功率的调节, 从而使控制更为灵活;并且在故障时, 如 果VSC容量允许,VSC-HVDC系统既可以向交流系统提供有功功率的紧急支援又可以提供无 功功率支持, 从而提高系统的稳定性。
电压源换流器型高压直流输电技术PPT课件
5
工程
Eagle Pass 2000 36 ± 15.9 132/132 1100 0(B-B) 电力交易，系统 互联，电压控制
Cross Sound 2001 330 ± 150 345/138 1175 2×40 电力交易，urray Link 2002 200 ± 150 132/220 1400 2×180 电力交易，系统 互联，地下电缆
VTc1
ip p iL1
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C VTc3
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-1.00 _ 0.31500.32000.32500.33000.33500.34000.34500
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VSC-HVDC的主要工程
TrollA Estlink
Valhall
投运 输送功 直流电 两侧交 直流电 电缆长
用途
年 率/MW 压/kV 流电压 流/A 度/km
2005 2×42 ±60 56/132 400 4×70 绿色环保， 海底电缆
2006 350 ±150 400/330 1230 2×72 电力交易， 系统互联，
三电平电压源换流器拓扑结构及其输出交流波形
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电压源换流器常见拓扑结构
+ SM
SM 1
SM 1
SM 1
SM 2
SM 2
SM 2
SM n
SM n
电压源换流器型直流输电技术综述
电压源换流器型直流输电技术综述在当今社会，随着电力需求的不断增长和环境保护意识的提高，以及可再生能源的广泛应用，对于电力输电技术的要求也日益提高。
在这种背景下，电压源换流器型直流输电技术应运而生，并逐渐成为电力输电领域的热门话题。
本文将对电压源换流器型直流输电技术进行全面评估，并撰写一篇有价值的文章，以便更深入地了解这一技术的深度和广度。
一、电压源换流器型直流输电技术概述电压源换流器型直流输电技术是一种采用电压源换流器作为输电端装置的直流输电技术。
它通过电力电子器件实现了交流电到直流电的变换，并实现了各种功能的控制，例如功率流动的控制、电压的调节等。
相比传统的线性功率放大器直流输电技术，电压源换流器型直流输电技术具有输电能力大、损耗小、对系统的动态稳定性影响小等优点，成为了新一代直流输电技术的热门选择。
二、电压源换流器型直流输电技术的原理和特点电压源换流器型直流输电技术是基于电力电子器件的控制原理实现的。
其核心是电压源换流器，它能够对电压和电流进行灵活的控制，实现了高效的能量转换和输电控制。
电压源换流器型直流输电技术还具有灵活性高、成本低、占地面积小等特点，能够满足复杂电网结构和大容量输电的需求，因此在电力系统中具有广阔的应用前景。
三、电压源换流器型直流输电技术的应用领域电压源换流器型直流输电技术广泛应用于大容量远距离输电、海底电缆输电、电力系统互联、可再生能源接入等领域。
它能够有效解决传统交流输电技术在长距离输电、大容量输电和电网规划等方面面临的问题，成为了电力系统中不可或缺的一部分。
四、电压源换流器型直流输电技术的优势和未来发展趋势电压源换流器型直流输电技术相比传统的交流输电技术具有输电能力大、输电损耗小、对环境的干扰小等优势，未来的发展趋势主要体现在技术的不断创新和完善上。
随着电力系统的智能化和信息化程度不断提高，电压源换流器型直流输电技术将会更加智能化和高效化，以满足电力系统的需求。
五、个人观点和总结在我看来，电压源换流器型直流输电技术作为一种新型的电力输电技术，将会对未来的电力系统产生重要影响。
以电压源换流器为基础的高压直流输电技术探讨
以电压源换流器为基础的高压直流输电技术探讨摘要：在科技迅猛发展的今天，用电需求增加，对电力系统的可靠性要求更为严格，而且电力、电子设备在不断革新，高压输电技术作为这些设施运行的重要保障，保证其运行的可靠具有重要意义，本文就此背景出发，对高压输电技术进行分析，并探讨了以电压源换流器为基础的高压直流输电技术和传统输电技术之间的差异，以电压源换流器为基础的高压直流输电将是输电系统的发展趋势。
关键词：高压输电技术；可靠性；电压源换流器在当下快速发展的社会经济的驱动下，电缆在广播、电视、军工、通信领域发展迅速，这是都是高压输电技术广泛应用的区域，其具备传输量大、传输速度快的特点，当发生失效的情况，将对信息的传播带来重要影响，这也是越来越多的研究人员所着重研究的地方，如何保证高压输电技术的使用可靠性，在一定程度上将影响着科学技术的发展、电子设备的普及生活水平的提高。
为了能够保证其可靠性，很多学者也纷纷展开了研究与讨论，各种分析层出不穷，但是哪些方法更奏效却说法不一，下面我们将对这个问题进行探讨。
一、现阶段城市电网的运行中的问题分析高压输电技术是城市用电设备的保障，高效、稳定的高压输电技术能够满足城市各个行业生产、生活需要，同时，能够满足高压输电运营企业的效益收入，减少输电损耗，提高输电效率，避免输电状况的发生。
在经济高速发展的今天，电力作为不可或缺的一种能源，对其的需求的必要性是不言而喻的，特别是人口稠密的城市，但在高压输电过程中，一些问题随之而来，对城市安全可靠供电过程产生了一定威胁。
1、抗干扰能力有待加强城市电网用电量大，运输距离较长，对于有效的可控技术研发使用不到位，在这一过程中，输配电运输系统的运行方式的原因导致其具备较低的可控性，在发生状况时，难以及时反英；这样一来，就缺少了必要的应对措施和调控手段，使得其抗干扰能力得到无形的下降。
2、城市电网自身供电能力无法满足需求城市化进程加快，人员不断的涌入城市，城市规模不断扩大，生活、企业用电不断增加，城市供电系统自身的负荷逐年增大，原先设计的供电系统有很多已经达到饱和状态，满负荷输电，这就使得供配电系统的设计偏离了预期，预期的寿命使用年限也产生变化，对整个电网的安全造成了潜在的威胁。
高压直流输电原理
高压直流输电原理高压直流输电是一种利用高压直流技术进行能量传输的电力输电方式。
与传统的交流输电相比，高压直流输电具有输电损耗小、线路占地少、环境影响小等优势，因此在远距离、大容量的电力输送中具有重要的应用价值。
高压直流输电的原理主要包括直流发电、换流器、直流输电线路和直流接收端等几个方面。
首先是直流发电，即通过发电机产生直流电能；然后是换流器，将交流电转换成直流电以便进行输电；接着是直流输电线路，将直流电能通过特殊的输电线路输送到目的地；最后是直流接收端，将直流电能转换成交流电以供给用户使用。
在高压直流输电中，换流器是起着至关重要的作用的设备。
换流器主要由整流器和逆变器两部分组成，整流器将交流电转换成直流电，逆变器将直流电转换成交流电。
这样的设计可以有效地减小输电损耗，提高输电效率。
另外，高压直流输电线路也是高压直流输电系统中的关键部分。
相比于交流输电线路，直流输电线路可以减小电能损耗，降低线路的损耗和占地面积，减少对环境的影响。
因此，直流输电线路在远距离、大容量的电力输送中具有明显的优势，是高压直流输电系统的重要组成部分。
总的来说，高压直流输电以其输电损耗小、线路占地少、环境影响小等优势，在远距离、大容量的电力输送中具有重要的应用价值。
通过直流发电、换流器、直流输电线路和直流接收端等关键部分的协同作用，高压直流输电系统可以实现高效、稳定地输送电能，为现代电力系统的发展提供了重要的支持。
随着技术的不断进步和应用的不断推广，相信高压直流输电技术将在未来的电力输送中发挥越来越重要的作用。
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滤除换流器所产生的特征谐波，以 获得期望的基波电流和基波电压； 抑制直流过电流的上升速度。
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VSC-HVDC系统简介--直流电容器
作用： 为逆变器提供电压支撑； 缓冲桥臂关断时的冲击电流； 减小直流侧谐波。
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VSC-HVDC系统简介--直流电容器
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VSC-HVDC系统简介—交流滤波器
换流站在较高的开关频率下，其输出的交流电压和电流中含 有的低次谐波很少。
换流电抗器的滤波作用使得电流的谐波较容易符合标准。然 而，在没有任何滤波装置的情况下，输出的交流电压中还含
波，且其总的谐波 的谐波标准。故装设小容量滤波器。
作用：
C
滤去交流侧电压谐波分量；
从此VSC-HVDC作为一种新兴的输电技术开始 进入大发展的商业应用阶段。
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不同的称谓
➢ABB公司称之为柔性直流输电（HVDCLight）并作 为商标注册；
➢Siemens公司将其注册为HVDCPLUS；
➢国际上电力方面的权威学术组织CIGRE和IEEE将其 正式称为VSC-HVDC，即“电压源换流器型高压直 流输电”。
电压源换流器型高压直流输电技术
2010 4 23
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内容摘要
1. VSC-HVDC的起源 2. 电压源换流器常见拓扑结构 3. 电压源换流器的应用领域及主要工程 4. VSC-HVDC系统简介 5. VSC-HVDC的运行原理 6. VSC-HVDC的控制方式及仿真验证 7. VSC-HVDC的实验方案
2
UC 0 θ1θ2 θ3θ4 θ5 90
+
Phase Module
ห้องสมุดไป่ตู้
多电平电压源换流器拓扑结构及其输出交流波形
θ()
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电压源换流器的应用领域
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VSC-HVDC的主要工程
Hellsjon
投运 输送功 直流电 两侧交 直流电 线路长 年 率/MW 压/kV 流电压 流/A 度/km
L
对系统提供部分无功补偿的作用。R
C1 L1
C1
2×180 电力交易，系统 互联，地下电缆
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VSC-HVDC的主要工程
TrollA Estlink
Valhall
投运 输送功 直流电 两侧交 直流电 电缆长 用途
年 率/MW 压/kV 流电压 流/A 度/km
2005 2×42 ±60 56/132 400 4×70 绿色环保， 海底电缆
三电平电压源换流器拓扑结构及其输出交流波形
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电压源换流器常见拓扑结构
+ SM
SM 1
SM 1
SM 1
SM 2
SM 2
SM 2
SM n
SM n
SM n
Ud
SM 1 SM 2
SM n
SM 1 SM 2
SM n
SM 1 SM 2
SM n
T1 D1 C
T2 D2
Submodule(SM)
Ud ua
5
工程
Eagle Pass 2000 36 ± 15.9 132/132 1100 0(B-B) 电力交易，系统 互联，电压控制
Cross Sound 2001 330 Cahle
Murray Link 2002 200
± 150 345/138 1175 ± 150 132/220 1400
2×40 电力交易，系统 互联，海底电缆
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电压源换流器常见拓扑结构
+
u
u1 ur
0
t
uc
uc ucf
-
Ud
0 t
-Ud
两电平电压源换流器拓扑结构及其输出交流波形
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电压源换流器常见拓扑结构
VTa1
Ps Qs
Ucﮮ0VTa2
Usﮮδ
A
is Xf
VTa3
VTa4
VTb1 VTb2
B VTb3 VTb4
1997 3 ±10 10/10 150 10
用途 工业试验
Gotland 1999 54
±80 80/80 350 2×70 风力发电，地下 电缆
Directlink 2000 180 ±80 132/110 342 6×59 电力交易，系统 互联，地下电缆
Tjaerebog 2000 7.2
±9 10.5/10. 358 2×4.3 风力发电，示范
VTc1 VTc2
C VTc3 VTc4
ip p iL1
udc1
io
O
udc
udc2
in
iL2
n
_c1
_c2
_aa
1.00
0.50
0.00 -0.50 -1.00
_ 1.00 0.50
0.00
-0.50
-1.00 _ 0.31500.32000.32500.33000.33500.34000.3450
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VSC-HVDC起源
➢1954年，连接Gotland与瑞典大陆之间的世界 上第一条高压直流输电线路建成，标志着 HVDC进入了商业化时代。
➢1990年，加拿大McGill大学的Boon-TeckOoi等 首次提出使用PWM技术控制的VSC进行直流 输电的概念。
➢1997年，ABB公司在瑞典中部的Hallsjon和 Prof. Boon-Teck Ooi Grangesberg之间建成首条的工业试验工程。 PMhc.DGi.l(lMUcnGivielrl)sity
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VSC-HVDC系统简介
330 MW的VSC-HVDC换流站俯视图 13/58
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VSC-HVDC系统简介--换流桥
换流桥每个桥臂是由若干个IGBT级联而成。对于大容量换流 器，每臂可能有上百个IGBT级联而成。IGBT旁边都反并联一 个二极管，它不仅是负载向直流侧反馈能量的通道，同时也 起续流的作用。
2006 350 ±150 400/330 1230 2×72 电力交易， 系统互联，
地下电缆
2010 78 ±150 300/11 -
292 绿色环保， 海底电缆
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VSC-HVDC系统简介
换流桥 换流变压器 换流电抗器 交流滤波器 直流电容器 直流电缆 控制与保护系统
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VSC-HVDC系统简介--换流变压器
不同于CSC-HVDC，VSC-HVDC并不需要特殊的换流变 压器或移相变压器，其所用换流变压器与常规的单 相或三相变压器大体类似。
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VSC-HVDC系统简介--换流电抗器
换流电抗器是VSC与交流侧能量交换的纽带，决定有 功功率与无功功率的控制性能