完整版电压源换流器型高压直流输电技术
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。
电压源换流器型直流输电技术综述_徐政
电压源换流器型直流输电技术综述*徐 政,陈海荣(浙江大学电机系,杭州310027)摘 要:电压源换流器型直流输电采用可关断电力电子器件和PW M技术,是新一代直流输电技术,它能弥补传统直流输电的部分缺陷,其发展十分迅速。
为了进一步推动电压源换流器型直流输电在电力系统中的研究和应用,结合A BB公司几个典型应用工程,在详细介绍电压源换流器型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的基础上,对电压源换流器的拓扑结构、控制与保护策略、开关调制方式等技术问题的国内外研究现状进行了评述。
分析表明:在工程应用中,通常从优化系统运行、可靠性、安全性和经济性等角度出发,选择结构简单的电压源换流器主回路结构,并采用能降低开关损耗的开关调制方式。
最后就我国开发电压源换流器型直流输电技术提出了需要重点研究的几个关键领域。
关键词:电压源换流器;直流输电;脉宽调制;控制策略;保护策略中图分类号:T M721.1文献标识码:A文章编号:1003-6520(2007)01-0001-10Review and Applications of VSC HVDCXU Zheng,CH EN H airong(Departm ent o f Electrical Engineering,Zhejiang University,H angzho u310027,China)A bstract:In this pape r,the structure a nd o per ation principle o f V o ltage Source Co nv erter based Hig h V o ltage Direct Cur rent(V SC HV DC)t ransmissio n is described.T he main technical issues fo r VSC HV DC are reviewed,including co nv erter topolog y,char acte ristics o f two leve l and th ree level conver te rs,pulse width mo dula tion pattern,co ntrol strategy,pro tection st rategy,switching frequency and lo ss reduction.T he po tential applicatio n fields of V SC HV DC are also discussed,such a s pow er supply to small iso la ted loads,pow er supply to isla nds,pow er supply to offsho re platform s,infeed to city center s,wind farm co nnectio n,interconnecting pow er sy stems.Sev eral real pro-jects of VSC HV DC a re presented to demo nstr ate their unique applicatio n area,including Go tland of Sweden fo r co n-necting w ind far m in an enviro nmentally friendly way,T jaereborg of Denma rk fo r optimal e xploitation o f w ind ener-g y,Dir ect Link of A ustralia fo r pow er trading,T ro ll A of N orw ay fo r supply ing powe r to compre sso rs in an off-shor e platfor m.T he key problem s in develo ping VSC H V DC techno lo gy are summa rized,including main circuit re-lated technolo gy,difficulty in connecting IGBT s in series,par ame te r selectio n fo r commutatio n reactor and DC side capacito r,co ntrol sy stem desig n stra teg y,pr otectio n system co nfigura tion,harmo nic filtering and gr ounding sy s-tem,V SC HV DC loss analy sis.Finally,the technolog y dev elopment t rend o f V SC H V DC and its impac t on co nve n-tional HV DC and AC transmissio n is evaluated.Key words:VSC;HV DC;PW M;co ntrol stra teg y;pro tectio n strategy0 引 言自1954年世界上第一个直流输电工程(瑞典本土至Gotland岛的20M W、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。
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
VTc2
C VTc3
udc1
io
O
udc
VTc4
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 _ 0.31500.32000.32500.33000.33500.34000.34500
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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。
科技成果——新一代电压源高压直流换流器关键技术及应用
科技成果——新一代电压源高压直流换流器关键技术及应用技术开发单位全球能源互联网研究院适用范围风力发电并网、孤岛供电、交流系统异步互联、分布式发电并网、多端直流输电以及城市配电网增容等诸多领域成果简介新一代直流输电是基于电压源换流器的新型输电技术（又称柔性直流输电），其运行灵活、可控性高、适应性好，是大规模可再生能源接纳和未来电网构建的重要手段，已成为国际电力领域前沿技术的研究热点。
自1999年该技术出现到本项目立项之前，全球柔性直流输电工程由ABB公司独家垄断，但由于其采用两/三电平电压源换流技术路线，存在参数提升困难、运行损耗高等问题，导致世界范围内仅建成6个小容量的工程，不能满足规模日益增大的风电场接入等场合需求，技术发展和工程应用都遇到瓶颈。
本项目发展了基于模块化多电平换流的新一代直流换流技术路线。
模块化多电平换流电路2002年由德国学者R.Marquart提出，通过对多个功率单元的实时独立控制来实现电力变换，具有容量扩展方便、运行损耗低等特点。
该技术要在高压大容量柔性直流输电中应用，需解决大规模功率单元电力变换机理、调控与保护、系统设计与等效试验等难题，相应关键技术属国际空白。
本项目依托国家973计划等重大课题，历经12年自主创新，突破了新一代电压源直流换流的系列关键技术，取得主要技术发明点如下：1、针对多功率单元的电力变换机理及其调控问题，建立了大规模功率单元协同运行的外特性等效电路模型，揭示了其稳态能量传递差异机理、固有环流特性以及暂态能量转移规律：提出了基于多层能量均衡与损耗最优的稳态电压调制技术，使换流器的环流分量低于5%，系统损耗低于1%：提出了快速配合暂态能量泄放与分流技术，实现了系统的ms级快速保护动作。
解决了故障电流应力下，数千个功率单元的稳定、高效与故障安全运行难题。
2、针对多功率单元协同控制以及快速保护问题，提出了多目标优化脉冲分配算法，实现了数百功率单元间百μs级动态行为的协同精确调控，电压不均衡度小于5%：发明了全数字可变电阻阵列IGBT 驱动技术，实现了对功率单元ns级动态特性的灵活调节，将IGBT开关电压过冲降低到30%以下：发明了过电压阈值自适应保护以及分布式过流保护技术，解决了极端运行工况下（电流变化率6kA/μs，电压变化率2kV/μs），大规模功率单元可靠运行与快速保护难题。
高压直流输电技术
高压直流输电技术学院（系）：电气工程学院班级：1113班学生姓名：高玲学号：21113043大连理工大学Dalian University of Technology摘要本文综述了高压直流输电工程的应用领域及研究现状，并从稳态模型出发分析了其控制方式和运行原理，最后介绍了新型高压直流输电系统基本情况，达到了实际的研究意义。
关键词：高压直流输电；稳态模型；控制；新型目录摘要 (II)1 高压直流输电发展概况 (1)1.1 高压直流输电工程的应用现状 (1)1.2 高压直流输电的发展趋势 (1)1.3 高压直流输电的特点 (2)2 高压直流输电系统控制与运行 (4)2.1 概述 (4)2.2 直流输电系统的控制特性 (5)2.2.1 理想控制特性 (5)2.2.2 实际控制特性 (6)2.3 HVDC系统的基本控制 (7)2.4 HVDC系统的附加控制 (10)2.4.1 HVDC系统附加控制的原理 (10)2.4.2 HVDC系统常见的附加控制 (10)3 新型直流高压输电系统 (12)3.1 概述 (12)3.2 基本结构 (12)参考文献 (13)1 高压直流输电发展概况1.1 高压直流输电工程的应用现状直流输电起步于20世纪50年代，20世纪80年代随着晶闸管应用技术的成熟、可靠性的提高，直流输电得到大的发展。
到目前为止，已建成高压直流输电项目60多项，其中以20世纪80年代为之最，占30项。
表1.1列出世界上长距离高压直流输电项目，表1.2列出我国直流工程项目。
表2.1 世界上长距离高压直流输电项目项目额定电压/kV 额定功率/万kW 输电距离/km 投运年份安装地点及供货商卡布拉-巴萨±533 192 1360 1978 莫桑比克²南非因加-沙巴±500 112 1700 1981 扎伊尔纳尔逊河二期±500 200 940 1985 加拿大I.P.P ±500 192 784 1986 美国伊泰普一期±600 315 796 1986 巴西伊泰普二期±600 315 796 1986 巴西太平洋联络线±500 310 1361 1989 美国魁北克多端±500 225 1500 1986/90/92 加拿大-美国亨德-德里±500 150 814 1992 印度东南联接±500 200 1420 2002 印度表2.2 我国已投运的高压直流工程项目项目额定电压/kV 额定功率/万kW 输电距离/km 单极投运年份双极投运年份葛洲坝-上海±500 120 1052 1989 1990天生桥-广州±500 180 960 2000 2001三峡-常州±500 300 890 2003 2003三峡-广州±500 300 956 2003 2004贵州-广东1回±500 300 900 2004 2004三峡右岸-上海±500 300 950 2007 2007贵州-广东2回±500 300 900 2007 20071.2 高压直流输电的发展趋势目前HVDC输电的换流阀仍然是由半控器件晶闸管组成，使用电网换相的相控换流(Phase Control Converter，PCC)技术，因此存在以下一些固有的缺陷：(1)由于触发角和关断角的存在导致HVDC运行需要大量的无功补偿(约为输出直流功率的40％．60％)，需要大量的滤波设备滤除电压、电流中的谐波分量。
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。
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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
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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。
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
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，系统
Cahle
互联，海底电缆
Murray Link 2002 200 ± 150 132/220 1400 2×180 电力交易，系统 互联，地电缆
VT c1
ip p iL1
VTc2
C VT c3
udc1
io
O
udc
VTc4
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
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 1 SM 2
SM n
SM n
Phase Module
T1 D1 C
T2 D2
Submodule(SM)
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。
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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。
Ud ua
2
UC 0 θ1θ2 θ3θ4
θ5 90
+
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
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”。
作用：
C
滤去交流侧电压谐波分量；
L
对系统提供部分无功补偿的作用。R
C1 L1
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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
P s Qs
Uc? 0VTa2
Us? δ
A
is Xf
VTa3
VTa4
VTb1 VTb2
B VTb3 VTb4
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
12/58
11:19
VSC-HVDC系统简介
330 MW的VSC-HVDC换流站俯视图 13/58
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2/58
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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.DG.il(lMUcnGiviellr)sity
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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
作用
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 年 率/MW 压/kV 流电压 流/A 度/km
用途
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， 地下电缆