可控电压源型柔性直流输电换流器拓扑综述
柔性直流输电

V ' Vs Rc I c js Lc I c
向无源网络供电时,无PLL,θs可由控制器决定
-33电力工程系
3.2 VSC-HVDC的控制策略
VSC-HVDC 功率外环控制
• 定直流电压控制
– 基于电压源换流器的高压直流输电技术( VSC-HVDC)
-11电力工程系
1.2 不同输电方式的对比
-12-
电力工程系
1.2 不同输电方式的对比
LCC-HVDC VSC-HVDC
采用晶闸管,相当于电流源,直流电流单向流 采用 IGBT (反并联二极管),相当于电压源,直 通。 流电流可双向流通。 电网换相,需要较强交流系统支撑,否则存在 自换相,可以给无源网络供电。 换相失败的危险。 控制有功时,无功也随之变化,吸收 40%-60% 可以同时相互独立的控制有功和无功,可以吸收/ 的无功,不能独立控制有功和无功。 发出无功,可四象限运行。 含有大量低次谐波,需大量滤波器及无功补偿 不需无功补偿装置,只需少量高次谐波滤波器, 装置,占地面积大。 占地面积小,约为相同容量传统直流的20%。 使用架空线路、电缆或二者结合。 目前商用化工程使用电缆(有利于降低直流线路 故障率,减小高次谐波对通信影响)。
2.2 VSC-HVDC的基本原理
• VSC的有功与无功:
P U s U c sin Xc
Q U s U s U c cos Xc
• 通过调节δ角可以控制VSC传输有功的大小和方向:
– 当δ<0时,运行于整流状态,从交流电网吸收有功; – 当δ>0时,运行于逆变状态,向交流电网发出有功。
柔性直流输电技术概述

电力系统2020.9 电力系统装备丨79Electric System2020年第9期2020 No.9电力系统装备Electric Power System Equipment2006年,中国电力科学研究院组织研讨会将基于电压源换流器(VSC )技术的直流输电(第三代直流输电技术)统一命名为“柔性直流输电”。
“柔性”翻译自单词“Flexible ”,主要指相较于常规直流输电技术。
柔性直流输电技术的控制手段更为灵活[1],并且具有对交流系统无依赖、运行方式多样等优点,为异步电网互联、新能源接入、电力市场构建等应用场景提供了新的解决方案[2]。
我国首个柔性直流输电工程于2011年投运。
经过近年来不断发展,在电压等级、系统容量、拓扑结构等方面均取得了长足的进步,已经在柔性直流技术的诸多领域处于世界领先地位[3]。
1 发展历程回顾通过电压源换流器来实现高压直流输电的技术方案最早由加拿大McGill 大学的Boon-Teck 等人于1990年提出。
随着柔性直流技术的发展,国际上多个电力权威学术组织将这种新兴输电方式命名为电压源换流器型直流输电(VSCHVDC )。
ABB 公司对其投入大量研究力量,取得一系列专利成果,多年来一直在该领域处于世界领先地位,并将这种输电方式称为轻型直流输电(HVDCLight )。
2006年,中国电力科学研究院经过讨论将其统一命名为“柔性直流输电”。
世界上第一条柔性直流输电工程于1997年投入工业试验运行,由瑞典投资建设,电压等级10 kV ,容量3 MW 。
随后,欧美各国纷纷开始了柔性直流输电技术的理论研究与工程建设,主要应用于新能源并网、电网互联、海上钻井平台供电等领域,早期的柔性直流工程几乎全部由ABB 制造。
国内的柔性直流输电工程最早始于2011年,经历了从无到有,电压等级从低到高,输电容量从小到大,拓扑结构由简单到复杂的发展历程。
2011年7月,亚洲首个具有自主知识产权的柔性直流工程上海南汇风电场工程投运,电压等级±30 kV ;2013年12月,世界上第一个多端柔性直流工程南澳示范工程顺利投产,电压等级±160 kV ;2014年7月,世界范围内首个五端柔性直流输电工程舟山工程建成,电压等级±200 kV ;2015年12月,采用真双极接线的厦门柔性直流输电示范工程正式投运,电压等级±320 kV ,标志着我国在高压大容量柔性直流输电工程设计、设备制造、工程施工调试、运营等关键技术方面达到世界领先水平;2016年8月,位于云南省曲靖市罗平县的鲁西背靠背异步联网工程顺利投运,电压等级±350 kV ,是世界上首次采用大容量柔性直流与常规直流组合的背靠背直流工程;2016年12月,渝鄂直流背靠背联网工程正式核准建设,电压等级±420 kV ,是世界上电压等级最高、规模最大的柔性直流背靠背工程;2019年12月,张北±500 kV 柔性直流示范工程进入全面调试阶段,构建了输送大规模风、光、抽蓄等多种能源的四端环形柔性直流电网,标致着我国柔性直流输电技术迈向新的高度。
柔性输电技术简介

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。
柔性直流换流器拓扑方案研究

201 3, Vo 1 . 7, No.3
南 方 电 网 技 术
S oUTH ERY
特约专稿
F e a t u r e d Ar t i c l e s
文章 编号 :1 6 7 4 . 0 6 2 9 ( 2 0 1 3 ) 0 3 — 0 0 0 7 . 0 6
Ke y wo r d s : t wo l e v e l c o n v e te r r ; t h r e e l e v e l c o n v e te r r ; MMC c o n v e te r r
近年 来 , 随着 电力 电子 半导 体 的不断 发展 进 步 , 基 于 电力 电子全 控型 器件 和 电压源 型换 流器 ( VS C) 的轻 型 直流 输 电 ( VS C . H VDC)成 为一 种新 型 的 电
The Re s e a r c h o f Fl e x i bl e D C Co nv e r t e r To po l o g y
C HE N Mi n g , R AO Ho n g , XU S h u k a i , S O NG Qi a n g , L I Xi a o l i n
中图分类号 :T M7 2 1 . 1 ; T M4 6
文献标志码 :A
柔性直流换流器拓 扑方案研 究
陈名 , 饶 宏 , 许树楷 ,宋强 , 黎小林
( 1 .南方电网科 学研 究院,广 州 5 1 0 0 8 0 ;2 .清华 大学 电机 工程与应用电子技 术 系,北京 1 0 0 0 8 4) 摘要 :对 于柔性 直流工程 ,分别采 用两电平换 流器、三 电平换流 器、MMC换流 器方案等进行 了初步设计 。对不 同方案
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。
关于柔性直流输电技术的探讨

关于柔性直流输电技术的探讨摘要:柔性直流输电技术是一种新型的直流输电技术,能够对电力系统进行快速调节,确保电力输送的稳定性,同时增加电力系统的动态无功补偿,进一步提升了电能质量,是现代化智能电网建设的重要应用技术。
本文围绕柔性直流输电技术,对其基本原理、系统结构等进行了分析,并探讨了柔性直流输电技术的应用。
关键词:柔性直流输电技术;原理;特点;应用引言近年来,全球能源消耗情况日渐严峻,我国也提出了建设资源节约型、环境友好型社会的要求,在这种背景下,构建智能、清洁、高效、可靠的输电网络成为电力行业的重要发展目标。
随着智能电网、分布式电源、可再生能源等技术的应用和发展,电网的运行压力不断增加,传统交直流输电技术呈现出很多不足之处,而柔性直流输电技术具有独立调节无功功率、无源供电能力、易于构建直流电网等特点,能够解决非线性负荷、冲击性负荷以及新能源发电并网发电等问题,在现代电网中得到了广泛应用。
在科学技术的推动下,可关断器件、直流电缆等技术进一步提升了柔性直流输电技术的性能,在未来的电网升级改造中将会发挥更大的效用,进一步推动我国电力事业的蓬勃发展。
1柔性直流输电技术概述1.1基本原理柔性直流输电技术是电力电子技术发展到一定阶段的产物,是一种基于电压源型换流器(VSC)、可控关断器件和脉宽调制技术(PWM)的新一代直流输电技术,其中电压源型换流器(VSC)为柔性直流输电技术的控制核心。
柔性直流输电技术主要是利用脉冲调制技术(PWM)控制电压源型换流器(VSC)实现直流输电,在这个过程中,调制波与三角载波通过比较生成触发脉冲,如图1所示,施加到电压源型换流器中,使其上下臂的开关实现高频通断,开关的通断桥臂中点电压Uc在+Ud和—Ud两个固定电压之间进行反复切换,之后通过电抗器进行滤波处理,从而生成三项交流电压Us,反馈到电网中【1】。
柔性直流输电技术能够实现无功功率和有功功率的同步控制,具有灵活的控制方式,从而为电网提供可靠的交流电压。
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、应用及发展摘要:柔性直流输电作为新一代直流输电技术,在世界范围内已经得到广泛发展和应用。
文中针对柔性直流输电在工程技术、工程应用与未来发展3个方面分别进行了总结和分析。
针对柔性直流输电系统主接线、换流器拓扑结构、控制和保护技术、柔性直流电缆、换流阀试验等多方面进行了全面的技术分析,并指出其技术难点以及未来发展的目标和方向。
介绍了国内外柔性直流输电工程应用领域及现状,并结合未来电网发展特点及需求,分析了柔性直流输电工程应用的趋势,表明了柔性直流输电技术对促进未来电网的发展具有极其重要的作用。
关键词:柔性直流输电;两电平换流器;模块化多电平换流器;直流电网前言:早期的柔性直流输电都是采用两电平或三电平换流器技术,但是一直存在谐波含量高、开关损耗大等缺陷。
随着工程对于电压等级和容量需求的不断提升,这些缺陷体现得越来越明显,成为两电平或三电平技术本身难以逾越的瓶颈。
因此,未来两电平或三电平技术将会主要用于较小功率传输或一些特殊应用场合该技术的出现,提升了柔性直流输电工程的运行效益,极大地促进了柔性直流输电技术的发展及其工程推广应用。
本文从工程技术、工程应用与未来发展3个层面出发,首先分析了柔性直流输电工程现阶段技术发展所面临的挑战,未来相关技术的发展方向及预期的技术目标;然后总结了世界柔性直流输电工程的发展和应用情况,介绍了国外和国内典型柔性直流输电工程,指出其技术和应用上的特点;最后分析了未来国内外在柔性直流输电工程应用领域可能的发展趋势和前景。
一,柔性直流输电工程技术(一)柔性直流输电系统主接线采用两电平、三电平换流器的柔性直流输电系统一般采用在直流侧中性点接地的方式,而模块化多电平柔性直流输电系统则一般采用交流侧接地的方式。
无论是采用直流侧中性点接地的两电平、三电平换流器还是采用交流侧接地的模块化多电平换流器的柔性直流输电系统均为单极对称系统。
正常运行时接地点不会有工作电流流过,不需要设置专门的接地极,而当直流线路或换流器发生故障后,整个系统将不能继续运行。
柔性高压直流输电综述

起初 的 VS — V C H DC工 程 容 量 和 电压 等 级 为 3MW/ ±1 V, 0k 目前 容量 和 电压等级 达 110MA 30k 0 /± 0 V
的设 计概 念 已经提 出.
1 柔 性直 流 输 电 的结 构 和 工 作 原 理
1 1 系统 结构 .
●
理 想 的换 流器 主 电路拓扑 结构 不仅 可 以降低 电力
第 7卷第 3期
201 1年 7月
沈 阳工程 学 院学报 (自然科 学版 ) Ju a o h n a gIs tt o n ier g N trl c n e o rl fS e y n ntue f gn e n ( a a S i c ) n i E i u e
Vo . . 17 NO 3 J1 2 l u . Ol
收 稿 日期 Байду номын сангаас 0 1— 4—1 21 0 0
交流 系统 与换流 器之 间 的功率 传输 为 :
作者简介 : 王
伟 (9 6一) 男 , 18 , 河南安阳人 , 士研究生 硕
・
26・ 3
沈阳工程 学院学报 (自然科 学版 )
第7 卷
无 功功率
Q: ( 一U c s) co ̄ () 1
HV C)于 19 年 由 B o —ek O i等 人 首 次 提 D 90 o nT c o 出¨-3其主 要特 点是 采 用 由全控 电力 电子 器 件 (G 2, I- B IC 构成 的 电压 源 换 流 器 ( C) 取 代 了 以往 T, T) G VS ,
直 流输 电 中基 于半 控 型器 件 的 电流 源 换 流器 ( S . C C)
简单 , 一般 采用 两 电平 或者 三 电平结构 , 过桥臂 器件 通
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2 其他可控 电压 源型换流器子模块结构
尽 管 M模块 化 程度 上有 着显 著 优势 , 但 该 技 术 本
・
9・
贵州电力技术
第 1 6卷
身 还 带 有 固 定 的 技 术 局 限性 , 如 仍 然 不 具 备 直 流 故 障清除能力 、 在 高 压 大 容 量 应 用 领 域 模 块 数 会 急剧 增 大 造 成 控 制 系 统 的 高 复 杂 性 。 针 对 MMC 拓扑 的不 足 , 工 业 界 和 学 术 界 提 出 了 许 多 方 案 , 最 主 要 的 区 别 在 于 与 图 2( a ) 所 示 子 模
扑 结 构 如 图 1所 示 。
风电接人) 、 向无源 电网供 电( 如海 岛供 电, 海上钻 井平台) 、 异 步 电 网互 联 、 城 市 配 网等 诸 多 领域 有 着
广 阔 的应用 前景 , 因此 吸引 了学 术 界 和 工业 界 越 来 越 多 的关注 。国 内外 投入 的十几 个柔性 直 流输 电工 程也 都 取得 了不 错 的成 效 , 其 中绝 大部 分工 程 的换
可 控 电压 源 型 柔 性 直 流 输 电 换 流 器 拓 扑 综 述
周 敏, 张劲松 , 刘宇 思
( 中国能源建设 集团广 东省 电力设计研 究院, 广东 广州 5 1 0 6 6 3 )
摘
要: 为分析 不 同可控 电压 源型 柔性 直流 输 电换 流 器拓扑 结构 的技 术特点 , 围绕模 块化 多 电平 换 流器 ( M o d la u r
柔 性直 流 输 电技术 是 高压大 功率 电力 电子 应用
公 司相 继 提 出 了 许 多 拓 扑 , 基 本 结 构 和 运 行 原 理
领 域 的制高 点 , 该技术 在新能源接入 ( 特 别 是 近海
都 跟 MMC很 类 似 。MMC的 建 模 、 控制、 调制、 器 件 参 数 选 择 在 文献 中有 详 细 论 述
流储 能 电容器 组 并 接 于直 流侧 , 运 行 时换 流 桥 臂 中 电流 不 连 续 ; 而 以 MMC为 代 表 的 可 控 电压 源 型 拓
扑 的储能 电容 器分 布在 换 流桥 臂 的子 模 块 中 , 运 行 时换 流桥 臂 中有连 续 电流 流过 。两 类拓 扑各 自的优 势 在 相关文 献 中已有较 详 细 的总结 J 。较 晚 出现 的可 控 电压 源 型拓 扑 以其 诸 多 优 势 , 成 为 未 来 柔 性
程、 2 0 1 1 年 的上 海 南汇 工程 ) 和在建 的工 程 ( 如 大 连 跨 海工 程 、 舟 山 5端 工 程 、 南 澳 风 电 场 接 入 3端 工
程、 德国B o r w i n 2工程 ) 中可见 一斑 。
MMC子 模块 半桥 拓 扑 如 图 2( a ) 所示 , 目前 国 内外
流器 采 用两 电平 或 三 电平 拓 扑结 构 。 I E C / T R 6 2 5 4 3技 术 报 告 … 将 电压 源 型 柔 性 直
, MMC的拓
茸 茸茸
流输 电 换 流 器 拓 扑 分 为 两 种 : 开关 型 ( “ s w i t c h ” t y p e ) 拓 扑 和 可 控 电压 源 型 ( “ c o n t r o l l a b l e v o l t a g e s o u r c e ”t pe) y 拓 扑 。开关 型拓 扑 , 即 目前 绝大 多 数 工程 采用 的两 电平 或 三 电平 拓扑 , 其 明显 特 点 为 直
图1 MMC换 流器 拓 扑 结 构
在 图 1中 , V s a b c为换 流 器 接人 的交 流 系 统 , 为
获 得合 适 的直 流 电压 利用 率 , 换 流器 一 般 通 过 连 接
变 压器 T与交 流 系统 相 接 。 L c为 阀 电抗器 , S M1~ S M n为 可 控 电 压 源 换 流 器 子 模 块 。最 先 提 出 的
直 流 输 电换 流 器拓 扑 的发 展 趋 势 , 这 从 目前 国 内外 最 新投 运 的工 程 ( 2 0 1 0年 的美 国 T r a n s B a y C a b l e工
扫 广 1 — — _ - J广 翘 _ _ L — — — J广 翘 _ L — — _ _ J
2 0 1 3年 1 0月 第 1 6 卷 第 l O期
2 O 1 3,Vo l ,1 6,N o . 1 0
贵州电力技术
GUI ZHoU ELECTRI C P OW ER TECHNOLOGY
电 网科 技
P o we r Gr i d Te c h n o l o g y
最 新投 运 的可控 电压 源 型换流 器柔 性直 流输 电工 程
均使 用 MMC拓 扑 , 该 拓 扑 已经 在工 业 界取 得 了较
高 的认 可度 。
1 MMC换 流 器 基 本 结 构
2 0 0 2年 , 德 国学 者 R.Ma r q u a  ̄和 A.L e s n i c - a g最 早 提 出 了 MMC拓 扑 结 构 的 概 念 , 该 拓 扑 奠 定 可 控 电 压 源 型 换 流 器 的基 础 , 之 后 有 学 者 和
Mu l t i l e v e l C o n v e r t e r , MMC ) , 建 立 了基 于 几 种 可 控 电 压 源 型 换 流 器 拓 扑 的 柔 性 直 流 输 电 系统 电 磁 暂 态 模 型 , 结合 P S C A D / E M I ' D C 的数 字 仿 真 结 果 , 验 证 了所 提 出的 换 流 器 拓 扑 结构 及 其 输 电 方案 的 可行 性 。 关键 词 : 柔性 直流输 电; 可控 电 压 源 型 换 流 器 ; 模 块化 多 电平 换 流 器 文章编号 : 1 0 0 8— 0 8 3 X( 2 0 1 3 ) 1 0— 0 0 0 9— 0 4 中图分类号 : T M 5 文献标志码 : B