5-柔性直流输电系统的几个问题
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。
柔性直流配电网的若干问题研究
柔性直流配电网的若干问题研究一、本文概述随着能源结构的转型和电力电子技术的快速发展，柔性直流配电网作为一种新兴的配电方式，受到了广泛关注。
其独特的优势，如能够灵活控制潮流、实现多源协调互补、适应分布式新能源接入等，使得柔性直流配电网在解决传统配电网面临的一系列问题上展现出巨大潜力。
柔性直流配电网在实际应用中仍面临诸多问题和挑战，如系统稳定性、经济性、控制策略、保护技术等方面的问题，亟待解决。
本文旨在深入研究柔性直流配电网的若干关键问题，通过对现有文献的梳理和分析，结合国内外相关研究成果，探讨柔性直流配电网的理论基础、技术难点和发展趋势。
文章首先对柔性直流配电网的基本原理和主要特点进行概述，然后重点分析其在运行控制、保护技术、经济性评估等方面的关键问题，并提出相应的解决方案和策略。
文章还对柔性直流配电网的未来发展方向进行展望，以期为我国配电网的升级改造和新能源消纳提供理论支持和实践指导。
二、柔性直流配电网的基本原理与关键技术柔性直流配电网采用基于电压源型换流器（VSC）的直流配电系统，通过PWM（脉宽调制）技术实现直流电压的灵活控制。
VSC换流器通过调整其输出电压的幅值和相位，能够独立地控制有功功率和无功功率，从而实现对配电网的灵活控制。
VSC换流器还具有快速响应、易于扩展和模块化等优点，使其成为构建柔性直流配电网的理想选择。
（1）VSC换流器技术：VSC换流器是柔性直流配电网的核心设备，其性能直接影响整个配电网的运行效率和稳定性。
研究高效、可靠的VSC换流器技术是柔性直流配电网发展的关键。
（2）直流保护技术：由于直流配电网的故障特性与交流配电网存在显著差异，传统的交流保护方法无法直接应用于直流配电网。
需要研究适用于直流配电网的故障检测、隔离和恢复技术，以确保配电网的安全稳定运行。
（3）直流配电网的规划与优化技术：随着分布式电源和电动汽车等直流负荷的快速发展，直流配电网的规划与优化问题日益突出。
需要研究考虑多种因素的直流配电网规划方法，以及基于多目标优化的配电网运行控制技术，以实现配电网的经济性、可靠性和环保性的协调优化。
柔性直流输电、储能与智能微电网建设测试
柔性直流输电、储能与智能微电网建设测试一、单选题共30题，共60分1、双极大地接线的两端柔性直流输电系统不可以选择哪种运行方式？（）• A.地网临时接地的运行方式• B.双极大地运行方式• C.单极大地运行方式• D.单极金属回线运行方式正确答案是A2、柔性直流输电设备的核心装备是（）。
• A.直流电抗器和直流电缆• B.直流电抗器和交流电缆• C.电力电子换流器和直流电缆• D.电力电子换流器和交流电缆正确答案是C3、柔性直流输电工程系统的设计主要方法是（）。
• A.绝缘配合计算• B.电力系统仿真计算• C.电网特性计算• D.电网演化路径计算正确答案是B4、高压输电技术的发展主要取决于哪个因素？（）• A.我国资源的地域分布• B.我国政策颁布的时间分布• C.我国经济规律的逆向分布• D.我国资源供应和需求的逆向分布正确答案是D5、目前我国柔性直流输电的国家标准一共有多少项？（）• A.14• B.15• C.16• D.17正确答案是D6、根据本讲，下列说法正确的是（）。
• A.半桥子模块的损耗小、成本高• B.半桥子模块的损耗小、成本低• C.全桥模块不具备直流侧故障自清除功能• D.全桥模块的启动慢7、南澳多端柔直工程是柔性直流输电的典型工程，它的用途是（）。
• A.用于新能源送出• B.用于电网互联• C.用于远距离架空线输电• D.用于远距离调水正确答案是A8、张北柔直的直流电网示范工程的系统配置是（）。
• A.有金属回线的混合型拓扑结• B.有金属回线的网形拓扑结• C.有金属回线的环形拓扑结构• D.有金属回线的双极拓扑结构正确答案是D9、根据本讲，下列说法正确的是（）。
• A.半桥子模块的损耗小、成本高• B.半桥子模块的损耗小、成本低• C.全桥模块不具备直流侧故障自清除功能• D.全桥模块的启动慢正确答案是B10、张北柔性直流工程可以提供绿色电能总量达到（）亿千瓦，相当于北京市年用电量的（）。
柔性直流供电
柔性直流输电适合应用的领域
一、岛屿供电和海上平台供电。以往此类供电通常 采用昂贵的本地发电系统，比如柴油机。但使用 柔性直流输电系统可以直接从大陆上直接输电， 不仅更加便利、便宜，而且没有环境污染。同时 一些偏远地区的发电系统也可以回馈电网。
二、电力系统的互连。当两个独立的电力系统互连， 柔性直流输电的好处能够得到最大的体现，特别 是对于异步的电力系统。这是由于柔性直流输电 系统可以同时控制互连的两个电力系统的无功功 率和电压。
(2)基于晶闸管的直流输电受端网络必须有足够的容 量，即必须有足够的短路比(SCR—Short Circuit Radio)，受端网络较弱时容易发生换相失败，这 时会造成几个周期内没有电力传送的状况：对于 向无源网络(或孤立负荷)供电，基于晶闸管的 HVDC技术因无法换相更是无法完成。
针对这些缺陷，同时伴随大功率可自关断器件的 发展，一种全新的高压直流输电方式一一柔性直 流输电开始高速发展开始高速发展。
直流输电特点有何特点
直流线路电流和功率调节迅速、方便，短路电流 较小；在导线几何尺寸和电压有效值相等的条件 下，电晕无线电干扰较小；线路在稳态运行时没 有电容电流，沿线电压分布平稳；每个极可以作 为一个独立回路运行，健全极仍可传送一部分功 率。基于这些优势，高压直流输电(HVDC-High Voltage Direct Current)技术得以大力发展。
交流输电局限性
由于集肤效应、电晕效应以及各自本身结构，当 输电距离超过一定距离(400’700KM)，交流输电 成本高于直流输电；交流线路输送功率决定于线 路两端电压相量的相位差，这个相位差随输送距 离增大而增大；交流线路电压控制复杂为了克服 线路电容充电和系统稳定性方面的问题，交流输 电需要进行补偿，直流输电不需要；交流输电无 法实现非同步联网；交流输电中的零序电流在稳 态下是不能容许的，因为大地阻抗很高，不但能 影响电能输送的效率，还会产生电话干扰。
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
柔性直流输电系统的设计与优化
柔性直流输电系统的设计与优化直流输电系统作为电力传输领域的一项重要技术，在解决远距离电力传输、提高输电效率和稳定性等方面具有独特优势。
而柔性直流输电系统作为直流输电的一种新型形式，在电力系统领域得到了广泛关注和研究。
本文将从柔性直流输电系统的设计与优化角度展开讨论，探究其在电力系统中的应用与发展。
一、柔性直流输电系统的基本原理与特点柔性直流输电系统主要由直流母线、换流站、逆变站以及相应控制系统等组成。
其基本原理是通过硅控整流和逆变技术，将交流电能转换成直流电流进行传输，并在需要的地方再次将其转换为交流电能。
在这个过程中，可以通过控制直流母线的电压和频率来实现对输电系统的柔性控制。
相比传统的交流输电系统，柔性直流输电系统具有以下几个特点：1. 高效能：柔性直流输电系统在电能转换的过程中，能够大大减少电能的损耗。
传统交流输电系统由于存在变压器等能量转换设备，会存在一定的能量损耗。
而柔性直流输电系统采用直流电能传输，能够减少能量转换环节，提高能量传输的效率。
2. 高稳定性：柔性直流输电系统具有更好的稳定性。
由于直流电路的特点，柔性直流输电系统能够更好地应对电力系统中的故障和波动。
例如，在输电线路出现瞬态故障时，柔性直流输电系统能够通过控制直流母线电压和频率，迅速稳定系统运行，减少对系统的影响。
3. 较小的占地面积：柔性直流输电系统相比传统交流输电系统在占地面积上具有较大优势。
传统交流输电系统需要设置变电站、输电线路等设备，占用大量土地资源。
而柔性直流输电系统不仅仅可以减少变电站设备，还可以通过多级换流站的方式，进一步减小占地面积。
二、柔性直流输电系统的设计要点柔性直流输电系统的设计涉及到许多技术和工程要点。
下面将从输电线路、换流站和逆变站等方面来介绍设计要点。
1. 输电线路设计：柔性直流输电系统中的输电线路是电力传输的核心环节。
在设计时需要考虑线路的传输能力、损耗、抗风荷载能力等因素。
同时，为提高输电线路的可靠性，还需要进行断面选择和材料选择。
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。
柔性直流输电系统的设计与分析
柔性直流输电系统的设计与分析近年来，随着电力需求的不断增加和清洁能源的广泛应用，柔性直流输电系统作为一种新型的能源输送技术，受到了广泛关注和应用。
本文将对柔性直流输电系统的设计原理和分析方法进行探讨，旨在为相关领域的研究人员和工程师提供参考。
第一部分：柔性直流输电系统的基本原理柔性直流输电系统是一种基于直流电的高效、可靠的能源输送技术。
它通过将交流电转换为直流电，减少输电损耗和电网压力，并能够实现灵活的电力调度和能量存储。
柔性直流输电系统主要由三部分组成：直流输电线路、换流站和电力电子设备。
在柔性直流输电系统中，直流输电线路是实现能量传输的重要部分。
根据输电距离和电流负载的不同，可以选择不同的输电线路类型。
常见的输电线路类型有海底电缆、空中输电线路和地下电缆等。
直流输电线路的设计需要考虑输电效率和成本，保证能量的有效传输和电网的可靠运行。
换流站是柔性直流输电系统中的核心设备，其作用是将交流电转换为直流电，并实现直流到交流的逆变。
换流站主要由换流器、滤波器和控制器等组件组成。
换流器由可控硅和可逆晶闸管构成，能够使直流电的极性和电压保持稳定。
滤波器能够过滤电网中的谐波和干扰信号，保证直流电的纯净度。
控制器则通过运行算法和反馈控制，实现对换流站的工作状态和电力调度的控制。
电力电子设备是柔性直流输电系统中的核心技术之一。
它采用了先进的电力电子器件和控制技术，能够实现高效、可靠的能量转换和传输。
电力电子设备主要包括变流器、逆变器和控制系统等。
变流器能够将直流电转换为交流电，并按需调整频率和电压。
逆变器则将交流电转换为直流电，供给直流设备使用。
控制系统通过实时监测和分析电力数据，实现对电力设备和输电线路的监控和故障检测。
第二部分：柔性直流输电系统的设计与优化柔性直流输电系统的设计需要综合考虑输电距离、电流负载、环境影响、成本效益等多个因素。
为了提高输电效率和降低成本，可以采用以下几种设计与优化方法。
首先，选择合适的输电线路类型和参数是柔性直流输电系统设计的基础。
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模块K
模块K
模块K
如此设计有什么好处/benefit from this
3
目录
1
柔性直流输电功率器件 Power Electronic Device
4
功率器件/Power Electronic Device
IGBT/IEGT
GTO
IGCT
ETO
• 电压、电流等级逐渐提高(几kV/几kA)
• 开关速度由低到高（50/60Hz 到几kHz)
5
功率器件的分类和对比/Comparison of different device
厂商 份额
•
三菱 29%
英飞凌 28%
日立 19%
ABB 12%
东芝 9%
丹尼克斯 3%
数据主要以IGBT销售为例，主要用户为机车、风电、造船等，电网用 户较少
株洲南车主要IGBT产品 IGBT of CSR Zhuzhou
1500A/3300V IGBT、1000A/3300V IGBT； 1200A/4500V IGBT、800A/4500V IGBT；
电网设备主要采用3300V及以上等级的高压IGBT(HV IGBT) 6
功率器件封装模式
模块式封装(PMI)
技术成熟 安装工艺简单 器件制造商多 损坏时可能发生爆炸 串联不易实现 器件容量相对较小 器件故障后不会爆炸 故障后处于短路状态 结构上易于串联 散热性能好 封装难度大 供应商少
系统建模和仿真 Modelling and Simulation
模块1 模块2
模块1 模块2
模块1 模块2
模块N
模块N
模块N
Udc
模块1 模块2 模块1 模块2 模块1 模块2
Uac
Upcc
功率器件 Device
控制保护 PCP A PCP B
模块N
模块N
换流器 converter
模块N
功率模块 Power Unit
保留现交流500kV、600MW通道，新增一回VSC-HVDC ，单极接线，容量600MW，直流电压±200kV，直流电 流1500A
直流电压等级±200kV 额定容量（MW） 600 无功输出能力（Mvar） 一 连接变压器 525/220 桥臂电感值（mH） 60 功率器件 4500V/1500A 功率模块数 160 功率模块电容（uF） 8000 桥臂电流有效值（A） 979
2012年底ABB StakPak IGBT 可在中国销售 Infenion等部分器件供应商开始研发压接式IGBT
13
目录
2
柔性直流输电系统电压与容量 Voltage and Power
14
模块多电平换流器 Modular Multilevel Converter
模块1 模块2 模块1 模块2 模块1 模块2
1. 上/下桥臂模块数量/Number of modules:
模块1 模块2
模块1 模块2
模块1 模块2
������ = ������DC /������������
2. 输出交流阀侧电压/Output voltage of valve side:
模块N
模块N
模块N
������������������ ������������������ ������������������������������������ / ������ ∈ − , ������ ������
VSC-HVDC工程应用的几个问题 Several points about VSC-HVDC Application
南方电网科学研究院863课题组 Electric Power Research Institute China Southern Power Grid 2013年5月28日
柔性直流输电技术 Technology of VSC-HVDC
港城
现有交流线路 新建交流线路 直流线路
徐闻 南岭
交流、VSC-HVDC 混合联网1200MW
林诗岛 福山
方案
新建±500kV/3000MW Scheme for ±500kV/3000MW
双极接线 每站每极两个换流器 具备双极、单极运行模式 单换流器运行模式降容量
双换流器并联 Two converters
8
功率器件的电压电流水平/Voltage and Current Level
主流型号
• • • •
•
• • •
IGBT 4500V/1200A IGBT 4500V/1500A IEGT 4500V/1500A IEGT 4500V/2100A StakPak IGBT 4500V/2000A StakPak IGBT 2500V/2000A IGCT 4500V/4000A ETO 4500V/4000A
UDC
Uvalve
模块1 模块2 模块1 模块2 模块1 模块2
Uac
Upcc1 Upcc2
3. 变压器变比/Ratio of transformer：
������pcc������ or ������pcc������ Ratio = ������ac
模块N
模块N
模块N
问题：是否可以相同直流电压，输出阀侧电压不一样？ Q: same DC voltage, but different output valve voltage, is that OK?
+500kV 直流线路 容量 3000MW
换流站A
换流站B
-500kV 直流线路
目录
3
连接不同电压等级的系统 Connects different AC Voltage
21
VSC-HVDC接入不同交流电压等级的需要
VSC-HVDC connects different voltage， especially for multi-terminal system
港城
现有交流线路 新建交流线路 直流线路
接入220kV 变电站 接入110kV 变电站
500kV系统
VSC-HVDC 600MW
220kV系统
相同直流电压，相同阀侧电压，不同的变比接入交流电网
Same DC voltage AND same valve side voltage, but different ratio of connecting transformer
16
容量计算考虑因素/Converter Power
• • 功率器件通流能力 接入交流系统电压匹配关系
单极系统容量
单极 1200A 220kV 420kV 200MW 380MW 1500A 250MW 470MW 2000A 330MW 630MW
* 380MW可以提升到400MW，470MW可以提升到500MW
模块N
模块N
模块N
Udc
模块1 模块2 模块1 模块2 模块1 模块2
Uac
Upcc
• • •
需要直流电压平衡控制 直流侧能够实现端对端连接
模块N
模块N
模块N
柔性直流输电主流结构
15
电压容量的选择/consideration of voltage and power level
应用需求决定容量/power
Sp
模块1 模块2 模块1 模块2 模块1 模块2
������DC ’=������DC
2. 输出交流阀侧电压/Output voltage of valve side:
UDC’
模块K
模块K
模块K
Uvalve’
模块1 模块2 模块1 模块2 模块1 模块2
Uac’
Upcc1 Upcc2
������������������������������������ ′/ ������ [������ − (������ − ������)] × ������������ [������ − (������ − ������)] × ������������ Sn ∈ − , ������ ������
application
level determined by
功率器件等参数，决定了直流电压和容量存在匹配关
系/relation of DC voltage and power level level under certain voltage
一定电压下，VSC-HVDC能够输送的功率水平/Power
双极系统容量
双极 1200A ±110kV ±210kV ±500kV 200MW 380MW 900MW 1500A 250MW 470MW 1125MW 2000A 330MW 630MW 1500MW
* 500kV等级采用双极结构，输送极限1500MW
新增海南联网VSC-HVDC VSC HVDC scheme for Hainan
大功率开关器件
晶闸管类 GTO
可关断晶闸管
晶体管类 ETO
发射极关断晶闸管
集成门极换相晶闸管
IGCT
模块式IGBT
绝缘栅双极晶体管
压接式IGBT (IEGT)
门极驱动 导通压降 允许开关频率 电压/电流能力
晶闸管类器件 （GTO,IGCT） 电流控制，所需功率较大 低 低 较大
晶体管类器件 (IGBT,IEGT) 电压控制，所需功率较小 高 高 相对低
备注：IGCT和ETO的标称电流可关断电流，约与IGBT的2000A相等