电压源变流器的高压直流输电教学内容
《高压直流输电》课件
研究高压直流输电线路和换流站对周边电磁环境的影响，制定相应的防护措施和标准，降低对环境和人体的影响。
研究高压直流输电在电网中的稳定运行机制，通过优化无功补偿、有功滤波等技术手段，提高系统的稳定性和可靠性。
高压直流输电系统的核心，负责将交流电转换为直流电或反之。
换流站
直流输电线路
接地极
用于传输直流电，通常采用架空线或海底电缆。
为系统提供参考地电位，并泄放多余的电流。
03
02
01
01
02
03
04
实现交流电与直流电相互转换的核心元件。
换流阀
用于调整电压等级，使换流站能与不同电压等级的电网连接。
变压器
用于滤除换流过程中产生的谐波，减少对周围环境的干扰。
《高压直流输电》PPT课件
目录
高压直流输电概述高压直流输电的基本原理高压直流输电系统的构成与设备高压直流输电的优缺点与关键技术问题高压直流输电的工程实例与展望
01
高压直流输电概述
Chapter
总结词
高压直流输电是一种利用高压直流电进行远距离传输的输电方式，具有输送容量大、损耗小、稳定性高等特点。
详细描述
总结词
换流技术是高压直流输电的核心技术之一，涉及到整流和逆变两个过程。
详细描述
在整流过程中，交流电源转换为直流电源，通过控制晶闸管或绝缘栅双极晶体管的开关状态实现。逆变过程则是将直流电源转换为交流电源，同样通过控制开关状态实现。换流技术的关键在于保证电流的稳定和减小谐波干扰。
VS
高压直流输电的损耗主要包括线路损耗和换流损耗，提高效率是重要目标。
高压直流输电 课程设计 报告
摘要HVDc-Vsc系统是一种基于电压型自换相换流器即电压源换流器(vsc)和由PwM 控制的串联绝缘栅双极晶体管IGBT)或门极可关断晶闸管(GTO)的新型直流输电技术。
由于是一种新的技术，与其相关的许多技术问题还没有解决或解决的不够好，特别是换流器拓扑结构和控制策略等方面。
本文首先对高压直流输电技术的发展应用进行了综述，研究了适用于HVDc-Vsc的电压源换流器的基本特点。
其次，分析了电压源换流器的基本原理，对两电平换流器的拓扑结构进行的了详细的分析，并且由两电平换流器基本结构出发，给出了基于两电平换流器多脉波换流器的组成结构。
然后分析了多电平换流器的拓扑结构，主要包括二极管钳位式多电平换流器、飞跨电容式多电平换流器及级联式多电平换流器。
并且详细讨论了三相三电平换流器的拓扑结构．再次，对目前应用较为广泛的两电平换流器的正弦SPWM调制策略原理进行了详细的分析，建立了基于开关桥臂函数的两电平换流器数学模型。
在此基础上，建立了三电平换流器的正弦sPwM控制策略并且建立了三电平换流器的数学模型．介绍了换流器空间矢量调制策略的基本方法。
详细分析了电压合成矢量的空闻调制算法，通过矢量在坐标轴上投影的内在联系，实现了开关矢量快速识别．通过与sPwM算法的比较，证明了空间矢量调制算法的快速性与高效性。
最后采用MA TLab／simulink对各种控制方法进行了仿真，验证了控制算法的正确性，并且建立了基于vSC的直流输电系统的稳态模型，给出了定直流电压和定直流电流控制端控制量与被控制量之间的关系．并且进行了HVDc-Vsc 的系统仿真，获得了较理想的输出波形．HVDC．VSC的基本原理轻型直流输电技术(基于电压源换流器的输电技术)，其核心是采用适用于高压大容量输变电的全控型电力电子期间如GTO、IGBT、IGCT等及脉宽调制(PwM)技术的直流输电。
目前在HvDc一VSC中应用较多的是可关断器件IGBT，相对于GTO与IGCT，其通断容量小，开关频率高，通断损耗较小，且驱动电路简单。
高压直流输配电技术
一、教学目的高压直流输电系统的运行和控制是电力系统及其自动化、电力电子等专业的一门重要技术基础课程。
高压直流输电系统主要研究的内容是如何依靠电力电子变流技术以直流的形式实现电能的远距离传递的系统。
通过本课程的学习，学生应掌握高压直流输电系统的基本原理、在实际电能生产系统中的运行特性、控制特性及其结构和元件等理论知识，为从事实际工作打下坚实的基础。
本课程具有较强的综合性和实用性，与工程实际联系密切，对培养学生联系工程实际，提高科学的思维能力具有重要的促进作用。
二、教学内容与要求第一章绪论（讲课2学时）了解课程的主要内容，重点了解高压直流输电系统的发展概况、基本组成及与交流输电相比第二章换流器理论及特性方程（讲课4学时）换流器的主要功能是完成交－直流转换，并通过HVDC联络线来控制潮流，是直流输电系统中完成电能传递的关键设备。
通过本章的学习，了解掌握换流器的阀特性以及实际换流电路的结构和运行情况，掌握换相、触发延迟角、换相角、熄弧角等基本概念，整流器和逆变器的工作方式。
具体教学内容和学时安排如下：2.1、阀特性（讲课1学时）2.2、换流器电路分析（讲课1学时）2.3、整流器和逆变器工作方式（讲课1学时）2.4、交流量和直流量之间的关系（讲课0.5学时）2.5、多桥换流器（讲课0.5学时）重点：整流器和逆变器工作方式。
难点：多桥换流器的工作方式。
作业：什么是整流器和逆变器，其各自的工作方式是怎样的？第三章谐波及其抑制（讲课4学时）谐波及其抑制是高压直流输电中的重要技术问题之一。
通过本篇学习，了解高压直流输电系统中的谐波来源以及类型、谐波的影响和危害、滤波装置的特性和设计办法,重点掌握换流站交、直流侧的谐波类型以及抑制，了解交流绕组的术语，认识展开图，懂得三相绕组空间对称的道理，掌握相电势有效值公式，知道其中各物理谐波的基本方法。
具体教学内容和学时安排如下：3.1、高压直流输电系统的谐波（讲课1学时）3.2、谐波抑制装置的选择（讲课1学时）3.3、交流滤波器的设计（讲课0.5学时）3.4、直流侧滤波器设计（讲课1学时）3.5、增加脉波数来抑制谐波的办法（讲课1学时）重点：抑制谐波的办法。
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
1010/58
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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
高压直流输电系统PPT课件
（3）过负荷能力
通常，交流输电线路具有较高的持续运行能力，受发热
条件限制的允许最大连续电流比正常输送功率大得多， 其最大输送容量往往受稳定极限控制。
直流线路也有一定的过负荷能力，受制约的往往是换流
站。通常分2h过负荷能力、10s过负荷能力和固有过负荷 能力等。前两者葛上直流工程分别为10％和25％，后者 视环境温度而异。
以下是维持高功率因数的几个原因：
在给定变压器和阀的电流和电压额定值的 条件下，使换流器的额定功率尽可能高；
减轻阀上的应力； 使换流器所连接的交流系统中设备的损耗
和电流额定最小； 在负荷增加时，使交流终端的电压降最小； 使供给换流器的无功功率费用最小。
控制特性
图4.1.2 理想的稳态伏安特性（Vd是在整流器上测量的值；
当电压降低时，也会面临换相失败和电压不稳定的风险。 这些和低电压条件下的运行状况有关的问题可通过引入 “依赖于电压的电流指令限制”（VDCOL）来防止。当 电压降低到预定值以下时，这个限制降低了最大容许直流 电流。VDCOL特性曲线可能是交流换相电压或直流电压 的函数。图示出了这两种类型的VDCOL。
Id
Vdorcos Vdoi cos Rcr RLRci
Pdr VdrId
P di VdiIdP drRLId 2
图3.1.1 HVDC输电联络线 （a）示意图；（b）等值电路；（c）电压分布。
高压直流系统通过控制整流器和逆变器的 内电势（Vdorcosα）和（Vdoicosγ）来控制 线路上任一点的直流电压以及线路电流 （或功率）。这是通过控制阀的栅／门极 的触发角或通过切换换流变压器抽头以控 制交流电压来完成的。
高压直流输电
总计
0.82
0.69 0.057 0.018
直流输电与交流输电的可靠性相当
*
.
28
chap.1 绪论1.2.1 高压直流输电的优点
➢ 三、从经济性看，HVDC具有如下优点：
√ 1. 线路造价低 输送同样功率条件下，直流架空线路节省1/3 的导线，1/3～1/2的钢材，造价为交流线路的 60％～70％。
· 等价距离： HVDC与HVAC总投资费用相等时，输电线路 的长度。
√ 500kV架空线路：400-600km √ 800kV架空线路：700-900km √ 电缆线路： 20-40km
*
.
34
1.3 chap.1 绪论HVDC的历史与国外发展现状
➢人类输送电力已有一百多年的历史。输电方式是 从直流输电开始的。
*
.
16
chap.1绪论1.1.2.4 背靠背直流输电系统
Back-to-back HVDCtransmission, b-tbHVDCtransmission
·背靠背直流输电系统：直流线路长度为零的
HVDC系统。又称为“背靠背换流站” ，“非同步 联络站”，或“变频站” 。
· 接线方式：单极、双极或同极方式
高压直流输电
HVDCtransmission
*
.
1
chap.1 绪论
HVDC
High Voltage Direct Current transmission
*
.
2
chap.1 绪论
主要参考书
·韩民晓，等编著．高压直流输电原理与运 行 ．北京：机械工业出版社，2009．
·浙江大学发电教研组直流输电科研组．直 流输电．北京：水利电力出版社，1985．
电压源变流器的高压直流输电
电压源变流器的高压直流输电（VSC-HVDC ）1.引言晶闸管的应用领域主要是在整流（交流-直流）、逆变 (直流-交流)、变频 (交流-交流)、斩波（直流-直流）。
传统的高压直流输电采用晶闸管变流器，而新型的直流输电技术（VSC-HVDC ）采用IGBT 、IGCT 等全控器件组成电压源变流器(VSC)完成交流-直流-交流的变换。
两个VSC 分别作整流器和逆变器，一个工作在定直流电压模式，另一个工作在定有功功率模式。
两个变流器的无功功率都可以单独调节。
其核心是利用由全控型电力电子器件构成并基于脉宽调制 ( P WM)技术控制的VS C 代替了常规 HVDC 中的可控硅换流器。
该输电技术可向无源网络供电．不会出现换相失败、换流站间无需通信以及易于构成多端直流系统等。
如图 1 所示，常用的两端 VSC —HVDC 的主要部件包括：电压源换流器( v s c )、绝缘栅双极晶体管( I G B T )、脉宽调制( P WM)、控制系统。
VSC —HVDC 的基本控制原理：δsin TS C X U U P = Q=)cos (S C T C U U X U —δ 其中：Uc 为换流器输出电压的基波分量，Us 为交流母线电压基波分量，δ为Uc 和 Us 之间的相角差，T X 为换流电抗器的电抗。
2. VSC-HVDC的基本控制方式及特点定直流电压控制方式，用以控制直流母线电压和输送到交流侧的无功功率，定直流电流( 功率) 控制方式，用以控制直流电流(功率)和输送到交流侧的无功功率，定交流电压控制方式，仅控制交流侧母线电压，适用于向无源网络供电，通常对于一个两端VSCHVDC系统，必须有一端采用定直流电压控制方式。
3. VSC-HVDC的仿真将两个230KV，2000MVA的交流系统通过VSC-HVDC相连，进行功率传输。
图为仿真电路图：图中的station1和station2为两个VSC，分别做整流器和逆变器运行。
第五章 电压源换流器型高压直流输电技术
14:14
§1.2 VSC-HVDC的基本原理
电压源换流器常见拓扑结构
+
u
u1 ur
0
t
-
uc Ud
uc
ucf
0
-U d
t
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
ip p VTa1 Ps Qs Us ﮮδ A Xf is VTa3 VTa4 VTb3 VTb4 B VTc3 VTc4 in n C Ucﮮ0 VTa2 VTb1 VTb2 VTc1 VTc2 io O udc1 udc iL1
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不同的称谓
ABB公司称之为轻型直流输电（HVDC Light）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”。
我国很多专家称为柔性直流输电（HVDC-Flexible）
1.00 0.50 0.00 -0.50 -1.00
c1 _
c2 _
aa _
udc2 iL2
1.00 0.50 0.00 -0.50 -1.00 _ 0.31500.32000.32500.33000.33500.34000.34500.3500
_
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 1 SM 2 SM 1 SM 2 SM 1 SM 2 T1 SM
SM n
SM n
SM n
D1 C
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电压源变流器的高压直流输电（VSC-HVDC ）
1.引言
晶闸管的应用领域主要是在整流（交流-直流）、逆变 (直流-交流)、变频 (交流-交流)、斩波（直流-直流）。
传统的高压直流输电采用晶闸管变流器，而新型的直流输电技术（VSC-HVDC ）采用IGBT 、IGCT 等全控器件组成电压源变流器(VSC)完成交流-直流-交流的变换。
两个VSC 分别作整流器和逆变器，一个工作在定直流电压模式，另一个工作在定有功功率模式。
两个变流器的无功功率都可以单独调节。
其核心是利用由全控型电力电子器件构成并基于脉宽调制 ( P WM)技术控制的VS C 代替了常规 HVDC 中的可控硅换流器。
该输电技术可向无源网络供电．不会出现换相失败、换流站间无需通信以及易于构成多端直流系统等。
如图 1 所示，常用的两端 VSC —HVDC 的主要部件包括：电压源换流器( v s c )、绝缘栅双极晶体管( I G B T )、脉宽调制( P WM)、控制系统。
VSC —HVDC 的基本控制原理：
δsin T
S C X U U P = Q=)cos (S C T
C U U X U —δ 其中：Uc 为换流器输出电压的基波分量，Us 为交流母线电压基波分量，δ为Uc 和 Us 之间的相角差，T X 为换流电抗器的电抗。
2. VSC-HVDC的基本控制方式及特点
定直流电压控制方式，用以控制直流母线电压和输送到交流侧的无功功率，定直流电流( 功率) 控制方式，用以控制直流电流(功率)和输送到交流侧的无功功率，定交流电压
控制方式，仅控制交流侧母线电压，适用于向无源网络供电，通常对于一个两端VSCHVDC系统，必须有一端采用定直流电压控制方式。
3. VSC-HVDC的仿真
将两个230KV，2000MVA的交流系统通过VSC-HVDC相连，进行功率传输。
图为仿真电路图：
图中的station1和station2为两个VSC，分别做整流器和逆变器运行。
以下仅对station1进行分析。
VSC离散控制器模块仍然采用双闭环控制，外环根据控制目的不同为直流电压环或有功功率环。
Station1为定有功功率控制。
调节station1的有功功率，由1下降到0.9，在2s时其无功功率由0变为-0.1，在2.5s时station2的直流电压由1下降到0.95，运行程序得仿真结果如下：
Station1的直流电压波形：
Station1的有功功率波形：Station1的无功功率波形：
在1.5s时station1的有功功率指令发生突变之后。
其实际的有功功率能够迅速的跟随指令变化。
在0.3秒内达到稳定，由于station1为定有功功率控制，因此其直流电压并不固定，而是与station2上的直流电压及直流电阻上的压降有关，将随功率而发生变化。
而在2s时station1的无功功率指令突变后，其实际的无功迅速发生相应变化，而对直流电压和有功的影响很小，说明控制系统的解耦性能良好。
在2.5s时的直流电压突变后，station1的直流电压随之发生变化，有功功率在短时波动后很快恢复设定值，无功功率几乎不受其影响。
4.结语
新型直流输电有着与传统直流输电不同的特性。
首先其换流器控制量不象传统直流输电只有晶闸管触发角，而是同时有电压幅值，电压相角和频率三个可控量，其次，换流器输入输出间可以实现解耦。
控制具有很大的灵活性。