柔性直流输电基本控制原理参考资料

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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。

柔性直流输电

* Vc* V ' kp (I* I ) k ( I c c i c I c )dt
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。

柔性直流输电基本控制原理

详细描述
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。

多端柔性直流输电(VSC—HVD)系统直流电压下垂控制资料

多端柔性直流输电(VSC—HVD)系统直流电压下垂控制学院：姓名：学号：组员：指导老师：日期：摘要：多端柔性直流输电系统(voltage sourcedconverter basedmulti-terminal high voltage direct current transmission，VSC-MTDC)与传统的电网换相换流器构成的多端直流输电系统相比，具有控制灵活、能够与短路容量较小的弱交流系统甚至无源交流系统相连、扩建容易等诸多优点直流电压的稳定直接影响到直流潮流的稳定，因此直流电压控制是多端柔性直流输电系统稳定运行的重要因素之一。

下垂控制策略具有无需通讯、可靠性较高等优点，但存在直流电压质量较差、功率分配不独立、参数设计困难等问题。

本文首先介绍了多端柔性直流输电系统控制方法的分类比较，然后重点介绍了下垂控制数学模型，分析MTDC 系统中下垂控制参数对直流电压与电流(功率)的影响机理，研究满足MTDC 系统功率平衡和直流电压稳定的V-I(V-P)下垂特性曲线。

关键词：VSC-MTDC 下垂控制模块化多电平换流器一、引言基于电压源换流器（Voltage Source Converter，VSC）的高压直流输电（High Voltage Direct Current，HVDC）技术（HVDC based on VSC，VSC-HVDC，也称柔性直流输电技术）系统以其灵活性、经济性和可靠性，在新能源并网、城市直流配电网、孤岛供电等领域有着广泛的应用前景。

MTDC 系统接线方式分为串联、并联和混联等，目前主要采用并联式[1]。

并联接线的MTDC 系统中所有VSC 工作于相同直流母线电压下，因此直流电压控制是系统稳定运行的关键，类似于交流系统中的频率控制。

多端柔性直流输电系统级直流电压控制策略可以分为三大类，分别是单点直流电压控制策略、多点直流电压控制策略以及直流电压斜率控制策略。

单点直流电压控制策略将一个换流站作为直流电压控制站，其余换流站负责控制其他的变量，例如交流功率、交流频率、交流电压等，系统中仅有一个换流站对直流电压进行控制，如果这个换流站失去了直流电压的控制能力，整个柔性直流输电系统的潮流将失稳，因此单点直流电压控制策略的适用性较差。

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。

柔性直流输电基本控制原理[优质ppt]

超高压输电公司
柔性直流输电系统的基
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课程内容目录
1 abc坐标系下MMC的数学模型 2 坐标系的变换 3 dq坐标系下的数学模型
4
瞬时无功理论

三相abc坐标下数学模型

L
c

d ia dt

R ia
u conv_a
usa

L
c

d ib dt

R ib
u conv_b
usb

L
c
d ic dt

R ic
u conv_c
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.
超高压输电公司
MMC换流器控制策略
dia

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SM 1
Ud
2
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SM 2
……
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.
超高压输电公司
MMC换流器控制策略
Ud (napnan)E
Usa-LcddaitpnaE p U2d Usa-Lcddait n-naE n -U2d
.
超高压输电公司
MMC换流器控制策略
Id

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SM 1
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Usa-LcddaitpnaE p U2d
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SM 1
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SM 2
SM 2

多端柔性直流输电技术资料

1、简介从上个世纪五十年代至今，高压直流输电技术( High Voltage DirectCurrent,HVDC) 经历了跨越式发展，己经广泛应用于风电场并网、大容量远距离输电、非同步大电网互联、孤岛和弱电网供电等领域HVDC 技术从早期的汞弧阀换流技术发展到高压大功率晶闹管换流器技术，极大地促进了直流输电技术的发展。

与高压输电技术相反的是换流技术几乎仍在原地踏步，线换相换流器( Line Commuted Converter, LCC) 直流输电占据主流。

由于晶闸管关断不可控，传统直流输电技术具有明显缺陷。

随着电力电子变流技术的迅猛发展，出现了以脉宽调制( Plus Width Modulation, PWM) 技术为基础的变流器。

并且PWM 变流器技术也日漆完善。

目前主要应用的主电路类型有电流型变流器( Current SourceConverter, CSC)和电压源型变流器( VoltageSource Converter, VSC) 。

并且，全控器件电压和容量的等级的不断提升，控制技术的日趋完善，带动VSC 开始应用于大容量高压输配电领域，如，灵活交流输电系统 ( Flexible ACTransmission System, FACTS) 、基于电压源变流器的高压直流输电(VSC basedHVDC ，VSC-HVDC) 、定制电力系统( Custom Power，CP)等典型代表。

VSC 设备配合不同的控制策略可以控制系统潮流、调节网络运行参数，进而优化电力统运行状态，提高系统稳定性和运行可靠性。

VSC-HVDC 技术是以电压源变流器，可控关断的IGBT 和脉宽调制( PWM )为基础的新型输电技术。

VSC-HVDC 不仅可以独立快速控制有功无功，还易于翻转潮流，实现了无源网络供电。

同时，随着能源紧缺和环境污染的日益严重，我国开始大力幵发和利用风能、太阳能等可再生清洁能源，优化能源结构。

柔性直流输电

柔性直流输电一、概述（一）柔性直流输电的定义高压直流（HVDC）输电技术始于1920年代，到目前为止，经历了3次技术上的革新，其主要推动力是组成换流器的基本元件发生了革命性的重大突破。

第一代直流输电技术采用的换流元件是汞弧阀，所用的换流器拓扑是6脉动Graetz桥，其主要应用年代是1970年代以前。

第二代直流输电技术采用的换流元件是晶闸管，所用的换流器拓扑仍然是6脉动Graetz桥，因而其换流理论与第一代直流输电技术相同，其应用年代是1970年代初直到今后一段时间。

通常我们将基于Graetz桥式换流器的第一代和第二代直流输电技术称为传统直流输电技术，其运行原理是电网换相换流理论。

因此我们也将传统直流输电所采用的Graetz桥式换流器称为“电网换相换流器”，英文是“Line Commutated Converter”，缩写是“LCC”。

这里必须明确一个概念，有人将电流源换流器（CSC）与电网换相换流器（LCC）混淆起来，这是不对的。

LCC属于CSC，但CSC的范围要比LCC宽广得多，基于IGBT构成的CSC目前也是业界研究的一个热点。

1990年，基于电压源换流器的直流输电概念首先由加拿大McGill大学的Boon-Teck Ooi等提出。

在此基础上，ABB公司于1997年3月在瑞典中部的Hellsjon和Grangesberg之间进行了首次工业性试验（3 MW，±10kV），标志着第三代直流输电技术的诞生。

这种以可关断器件和脉冲宽度调制（PWM）技术为基础的第三代直流输电技术，国际权威学术组织国际大电网会议（CIGRE）和美国电气和电子工程师协会（IEEE），将其正式命名为“VSC-HVDC”，即“电压源换流器型直流输电”。

2006年5月，由中国电力科学研究院组织国内权威专家在北京召开“轻型直流输电系统关键技术研究框架研讨会”，会上，与会专家一致建议国内将基于电压源换流器技术的直流输电（第三代直流输电技术）统一命名为“柔性直流输电”。

柔性直流输电系统控制研究综述

柔性直流输电系统控制研究综述一、本文概述随着能源转型和可再生能源的大规模开发，电力系统的稳定性和可靠性面临着前所未有的挑战。

柔性直流输电系统（VSC-HVDC）作为一种新型的输电技术，以其独特的优势在解决这些问题中发挥着重要作用。

本文旨在对柔性直流输电系统的控制研究进行全面的综述，以期为未来该领域的研究提供有价值的参考。

本文将简要介绍柔性直流输电系统的基本原理和主要特点，阐述其在现代电力系统中的应用场景和优势。

接着，将重点回顾和梳理柔性直流输电系统在控制策略方面的研究历程和主要成果，包括基本控制策略、保护控制策略、优化控制策略等。

还将对柔性直流输电系统控制中的关键技术问题，如换流器控制、系统稳定性分析、故障穿越能力等，进行深入的分析和讨论。

通过本文的综述，读者可以对柔性直流输电系统的控制研究有一个全面而深入的了解，掌握该领域的研究现状和发展趋势，为相关研究和工程实践提供有益的参考和借鉴。

本文也期望能够激发更多学者和工程师对柔性直流输电系统控制技术的深入研究和探索，共同推动该领域的技术进步和应用发展。

二、柔性直流输电系统控制技术概述柔性直流输电系统（VSC-HVDC）作为新一代直流输电技术，以其独特的优势在电网建设中逐渐占据重要地位。

其核心在于采用了电压源型换流器（VSC），这种换流器能够通过快速控制其开关状态来实现对直流电流和电压的灵活调节，因此得名“柔性”。

柔性直流输电系统的控制技术是确保其高效、稳定运行的关键。

柔性直流输电系统的控制技术主要包括换流器控制、系统控制和保护控制三个方面。

换流器控制直接决定了VSC的运行特性，其核心任务是实现有功功率和无功功率的独立控制。

这通常通过控制VSC的触发角和调制比来实现，从而确保直流电压和电流的稳定。

系统控制则关注于整个直流输电系统的稳定性和经济性。

这包括直流电压控制、有功功率分配、无功功率补偿等。

系统控制需要综合考虑交流侧和直流侧的动态行为，确保在各种运行工况下系统都能够保持稳定。

柔性直流输电(VSC-HVDC)技术

2011/11/23
hfliang@
20
柔性直流输电(VSC-HVDC)技术
3 VSC-HVDC的发展与现状（续）
（3）2000年4月，澳大利亚建成投运Directlink VSC-HVDC工程（4）2000年8月，丹麦修建的第1个用于风力发电的VSC-HVDC示范工程－Tjæreborg 工程正式投运（5）2000年9月，美国的Eagle Pass建设了世界上第1个采用VSC-HVDC技术实现电网背靠背异步互联的工程（6）2002年7月美国Cross Sound VSC-HVDC工程投运
1 VSC-HVDC的基本原理（续）
VSC
直流输电线
VSC
U&S 电抗器
U&C
滤波器
电抗器
滤波器
图1 两端接有源网络的VSC-HVDC系统原理图
P = U SU C sin δ
X1
Q = U S (U S − U C cosδ )
X1
2011/11/23
hfliang@
正常运行时VSC可以同时且独立控制有功和无功，控制更加灵活方便。
2011/11/23
hfliang@
12
柔性直流输电(VSC-HVDC)技术
2 VSC-HVDC的技术特点（续）
VSC不仅不需要交流侧提供无功功率，而且能够起到STATCOM的作用，即动态补偿交流母线无功功率，稳定交流母线电压。这意味着如果VSC 容量允许，故障时VSC-HVDC系统既可向故障区域提供有功功率的紧急支援，又可以提供无功功率的紧急支援，从而提高系统的电压和功角稳定性。
技术
UC由换流器输出的PWM电压脉冲宽度控

柔性直流输电

第一代直流输电技术采用的换流元件是汞弧阀，所用的换流器拓扑是6脉动Graetz桥，其主要应用年代是1970年代以前。

图1.1：汞弧阀图1.2：6脉动Graetz桥第二代直流输电技术采用的换流元件是晶闸管，所用的换流器拓扑仍然是6脉动Graetz桥，因而其换流理论与第一代直流输电技术相同，其应用年代是1970年代初直到今后一段时间。

. . . .1.：光触发晶闸1.：电触发晶闸桥式换流器的第一代和第二代直流通常我们将基于Graetz其运行原理是电网换相换流理输电技术称为传统直流输电技术，桥式换流器称论。

因此我们也将传统直流输电所采用的Graetz，Converter”电网换相换流器”，英文是“LineCommutated 为“。

这里必须明确一个概念，有人将电流源换流器”缩写是“LCC）混淆起来，这是不对的。

LCC（CSC）与电网换相换流器（IGBT的范围要比CSCLCC宽广得多，基于LCC属于CSC，但构成的CSC目前也是业界研究的一个热点。

年，基于电压源换流器的直流输电概念首先由加拿大1990公司Ooi等提出。

在此基础上，ABBMcGill大学的Boon-Teck之间进Grangesberg和于1997年3月在瑞典中部的Hellsjon），标志着第三代直流输10kV行了首次工业性试验（3 MW，±）技电技术的诞生。

这种以可关断器件和脉冲宽度调制（PWM国际权威学术组织国际大电网术为基础的第三代直流输电技术，），将其）和美国电气和电子工程师协会（IEEECIGRE会议（2006电压源换流器型直流输电”。

“，VSC-HVDC正式命名为“”即 . . . .年5月，由中国电力科学研究院组织国内权威专家在北京召开“轻型直流输电系统关键技术研究框架研讨会”，会上，与会专家一致建议国内将基于电压源换流器技术的直流输电（第三代直流输电技术）统一命名为“柔性直流输电”。

柔性直流输电

柔性直流输电一、概述(一)柔性直流输电得定义高压直流(HVDＣ)输电技术始于192０年代,到目前为止,经历了3次技术上得革新,其主要推动力就是组成换流器得基本元件发生了革命性得重大突破。

第一代直流输电技术采用得换流元件就是汞弧阀,所用得换流器拓扑就是6脉动Grａetz桥,其主要应用年代就是1９70年代以前。

图1、１:汞弧阀图１.2:6脉动Ｇrａetz桥第二代直流输电技术采用得换流元件就是晶闸管,所用得换流器拓扑仍然就是６脉动Gｒａｅｔz桥,因而其换流理论与第一代直流输电技术相同,其应用年代就是19７0年代初直到今后一段时间。

图１.3:电触发晶闸管图１。

４:光触发晶闸管通常我们将基于Graｅtz桥式换流器得第一代与第二代直流输电技术称为传统直流输电技术,其运行原理就是电网换相换流理论、因此我们也将传统直流输电所采用得Gｒaetz桥式换流器称为“电网换相换流器",英文就是“Linｅmuｔａted Cｏｎvertｅｒ”,缩写就是“LCC"。

这里必须明确一个概念,有人将电流源换流器(CＳC)与电网换相换流器(LＣＣ)混淆起来,这就是不对得。

ＬCＣ属于CSC,但CSＣ得范围要比LCＣ宽广得多,基于IGBT构成得CSC目前也就是业界研究得一个热点。

199０年,基于电压源换流器得直流输电概念首先由加拿大MｃＧiｌl大学得Bｏon—ＴecｋOoi等提出。

在此基础上,ABB公司于1９9７年3月在瑞典中部得Ｈelｌsjｏｎ与Ｇrangesbｅrg之间进行了首次工业性试验(３MW,±10kV),标志着第三代直流输电技术得诞生。

这种以可关断器件与脉冲宽度调制(ＰWM)技术为基础得第三代直流输电技术,国际权威学术组织国际大电网会议(CIＧRE)与美国电气与电子工程师协会(IEEE),将其正式命名为“VＳC—HＶDC”,即“电压源换流器型直流输电”。

2００６年5月,由中国电力科学研究院组织国内权威专家在北京召开“轻型直流输电系统关键技术研究框架研讨会”,会上,与会专家一致建议国内将基于电压源换流器技术得直流输电(第三代直流输电技术)统一命名为“柔性直流输电”。

MMC柔性直流电基本原理精选全文

可编辑修改精选全文完整版MMC柔性直流电基本原理通常，为了减小长距离输电线路的损耗必须提高输电线路的电压等级，即必须采用高压输电。

现有的高压输电技术主要包括高压交流（HVAC）和高压直流（HVDC）两种主流技术。

由于输电线路造价低、相同绝缘条件下线路的电力输送能力强，高压直流输电技术更适用于长距离大容量的电力输送，目前，高压直流输电技术主要有：基于电流源型换流器的HVDC（LCC-HVDC），即常规直流输电技术基于电压源型换流器的HVDC（VSC-HVDC）由于可控性和兼容性更佳，VSC-HVDC在中国也被称为柔性直流输电，简称“柔直”。

近年来，模块化多电平换流器（MMC）以其模块化的结构、低谐波含量、高运行效率等优点在柔性直流输电领域获得了广泛关注，并在多个实际工程中获得应用。

对应用于直流输电系统的MMC来说，具有如下特点：换流器容量大——通常在数百至上千MW电压等级高——交、直流电压在百kV等级功率模块数量巨大——高达数百至数千例如：广东南澳多端柔直工程容量200MW，直流电压±160kV，交流电压166kV，青澳站换流器功率模块数量为1320个云南鲁西背靠背柔直工程容量1000MW，直流电压±350kV，交流电压380kV，广西侧换流器功率模块数量高达2808个现有文献对应用于柔性直流输电系统的MMC开展了较多的研究，包括电路拓扑、数学模型、调制与均压、桥臂环流谐波抑制、快速仿真方法、故障保护策略等在电路拓扑方面，现有文献重点研究了具有直流短路故障抑制能力的换流器拓扑基于半桥型功率模块构建的换流器结构简单，运行效率高，但是无法抑制直流短路故障基于全桥或者双箝位型功率模块构建的换流器具有短路故障抑制能力，但是所需功率器件多，损耗大，造价高在MMC的数学模型方面，现有文献主要对MMC的交流侧、直流侧等效模型进行了研究，分析了电容参数及桥臂电感参数的设计方法现有文献对MMC的均压与调制策略也进行了研究载波移相脉宽调制策略开关频率固定，需要对每个功率模块都进行闭环均压控制，功率模块数量较多时几乎难以实现最近电平逼近调制策略具有开关频率低、均压实现简单的特点，但是模块的开关具有随机性，功率模块的开关频率不固定在基于最近电平逼近调制策略的低开关频率均压策略方面，现有文献提出了若干方法，但是这些方法在基波周期中的大多数时间内令功率模块投切状态不变，导致模块电容电压波动范围很大现有文献分析了桥臂环流谐波分量产生的原因，推导了桥臂环流谐波特性，提出了桥臂环流dq同步旋转坐标系下多PI控制器的抑制方法，实现较为复杂；基于PR控制器的抑制方法坐标变换简便，易于实现另外，在实际工程中发现，功率模块中的控制电路具有恒功率的负载特性，负载的恒功率特性导致了MMC在不控充电阶段会出现正反馈机制的电压发散现象2.MMC基本原理MMC特点：模块化结构，冗余设计降低系统停机概率多电平输出，输出电压谐波含量低储能电容分散，降低了直流储能电容的体积单个功率模块电压等级低通过功率模块串联可以适用于高压大功率场合功率模块介绍:半桥功率模块工作状态上管（S1）开：输出电压为UC上管（S2）开：输出电压为0上管开，对电容进行充放电，定义为投入状态下管开，功率模块不参与工作，定义为切除状态2个半桥功率模块串联输出电压S2开（切除）， S4开（切除），输出电压之和为0S2开（切除）， S3开（投入），输出电压之和为UC2S1开（投入）， S3开（投入），输出电压之和为UC1+ UC2两个功率模块串联连接时输出电压为0，UC，2 UC所以当多个半桥功率模块串联输出电压所有功率模块均处于切除状态，输出电压为零；任意一个处于投入状态，输出电压为UC；任意两个处于投入状态，输出电压为2UC；任意x个功率模块均处于投入状态，输出电压为xUC。

(完整版)柔性直流输电技术

柔性直流输电与常规直流比较
高压直流输电（LCC-HVDC）
柔性直流输电（VSC-HVDC）
晶闸管
相位角控制
晶闸管通过脉冲信号控制开通，但不能控制关断，电网换相。当承受电压反向时，自动关断。
开关频率50/60 Hz
IGBT或其他可关断功率器件
脉宽调节控制
可关断器件，可以通过控制信号关断，完全可控，自换相。
22
功率器件的电压电流水平
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
强迫换相频率上百赫兹。
运行性能比较
高压直流输电（LCC-HVDC）
柔性直流输电（VSC-HVDC）
换流器产生谐波量大，噪音较大，需要配备交流滤波器
需要无功补偿，最大约为50%输送容量
换流站滤波器小组投切过程较慢，且引起电压波动
电网换相，需要交流系统提供足够的短路容量。
• 变压器损耗大，占地大，逐渐淘汰
• 通过功率模块串联，实现多电平换流器结构
• 成为电网应用的主流 30
➢ 器件串联
ABB公司的两电平换流器的串联IGBT阀，HVDC Light/SVC Light
基于ABB公司StakPakTM IGBT器件，器件不单独出售
...
引自ABB参考资料
31
DC
技术内容

柔性输电的基本原理

ref

式中：即是图8-5 中直线AB的斜率；Ｖ及 I 分别为SVC 的端电压及端电流。当系统电压的变化超出SVC 的控制范围时，SVC 即成为固定电抗
SVC

在电力系统稳定性分析和控制问题中， SVC 可以看成并联在系统中的一个可变电纳，其电纳值由SVC 的控制器决定。
STATCOM的工作原理
STATCOM 的原理接线如图8-6所示。其中控制元件为全控型阀元件GTO。

理想的GTO 开关特性为：当阀有正向电压且在门极加正向控制电流时，阀即时开通。阀在导通状态下阀电阻为零。当在门极加负向控制电流时阀即时关断。阀在关断状态下阀电阻为无穷大。显见，GTO 与普通晶闸管的关键区别是其关断时刻是由门极控制而并不要求阀电流过零。

SVC 的构成形式有多种，但基本元件为晶闸管控制的电抗器（Thyristor Controlled Reactor ）和晶闸管投切的电容器（Thyristor Switched Capacitor ) 。为了降低SVC 的造价，大多数SVC 通过降压变压器并入系统。由于阀的控制作用，SVC 将产生谐波电流，因而为降低SVC 对系统的谐波污染，SVC 中还应设有滤波器。对基波而言，滤波器呈容性，即向系统注入无功功率。

TCSC 中的TCR 与SVC 中的TCR 的运行条件大不相同。注意TCSC 是串联在系统的输电线中，由于谐波管理的要求和系统运行条件的物理约束使得流过TCSC 的电流即线路电流为正弦波。这样，由于阀的控制作用，当流过TCR 支路的电流发生畸变时，与其并联的电容电压必发生畸变而成为非正弦量。这是二者的重要区别。

３）当小于π ／２时，已经处在导通状态的阀，其电流回到零点的时刻将大于尚未导通的阀的触发时刻。在这种情况下，当未导通的阀的触发脉冲发出时，由于已导通的阀尚未关断，故未导通阀的阀电压为零，因而不能被触发而导通。这样，两个阀中总有一个阀在任何时刻都是截止状态。这种状态将导致电感电流中的主要分量为直流分量。

柔性直流输电网的电压控制原理研究

柔性直流输电网的电压控制原理研究摘要: 基于电压源换流器( VSC) 的柔性直流输电技术出现以后，由于直流电流可以反向，直流电网的优势可以充分发挥，因而发展柔性直流电网技术已成为电力工业界的一个新的期望。

但发展柔性直流电网除了在设备制造方面还存在瓶颈之外，在控制策略方面同样存在挑战。

基于此,本文对柔性直流输电网的电压控制原理进行了探讨。

关键词:柔性直流输电网;电压控制;1直流电网电压控制的基本原理直流电网功率平衡的指标是直流电网的电压。

当注入直流电网的功率大于流出直流电网的功率时，直流电网电压就会上升;当注入直流电网的功率小于流出直流电网的功率时，直流电网电压就会下降。

因此，直流电网的电压与交流电网中的频率具有相似的特性，都是指示功率是否平衡的指标。

但直流电网电压与交流电网频率在时间和空间特性上具有显著的差别。

在时间响应特性上，直流电网电压比交流电网频率快3个数量级，即直流电网电压的响应时间一般在毫秒级。

而交流电网中的能量储存在发电机转子上，交流电网的频率直接与发电机转子的转速即动能相关，频率响应的时间与发电机的惯性时间常数相当，在秒级。

在空间响应特性上，交流电网频率稳态下是全网一致的;而直流电网中各个节点的电压是不一致的，随运行方式的改变而改变。

因此，为了定义直流电网的电压偏差，首先得设定一个直流电网电压的基准节点，直流电网的电压偏差就定义为基准节点上的电压偏差。

一般将某个容量较大且对全网电压有决定性作用的换流站节点设为电压基准节点。

采用直流电压下斜控制策略时，需要对直流电网中的换流站节点进行分类。

按照输出功率是否能够根据电网运行的需要进行调整，可以将直流电网中的换流站节点分为可调功率节点与不可调节功率节点。

一般接入大电网的换流站节点为可调功率节点;而直接联接负荷的换流站节点以及直接联接风力发电和光伏发电的换流站节点为不可调功率节点。

直流电网若采用电压下斜控制作为一次调压的控制方式，那么除电压基准节点外，功率可调的换流站节点都应设置为电压下斜控制节点，而功率不可调的换流站节点应设置为定功率控制节点。

柔性直流输电【范本模板】

第一代直流输电技术采用的换流元件是汞弧阀，所用的换流器拓扑是6脉动Graetz桥，其主要应用年代是1970年代以前。

图1。

1：汞弧阀图1.2：6脉动Graetz桥第二代直流输电技术采用的换流元件是晶闸管,所用的换流器拓扑仍然是6脉动Graetz桥，因而其换流理论与第一代直流输电技术相同，其应用年代是1970年代初直到今后一段时间。

图1.3：电触发晶闸管图1。

4：光触发晶闸管通常我们将基于Graetz桥式换流器的第一代和第二代直流输电技术称为传统直流输电技术,其运行原理是电网换相换流理论。

因此我们也将传统直流输电所采用的Graetz桥式换流器称为“电网换相换流器”，英文是“Line Commutated Converter”，缩写是“LCC”。

这里必须明确一个概念，有人将电流源换流器（CSC)与电网换相换流器（LCC）混淆起来,这是不对的.LCC属于CSC，但CSC的范围要比LCC宽广得多,基于IGBT构成的CSC目前也是业界研究的一个热点。

1990年，基于电压源换流器的直流输电概念首先由加拿大McGill大学的Boon—Teck Ooi等提出。

在此基础上，ABB公司于1997年3月在瑞典中部的Hellsjon和Grangesberg之间进行了首次工业性试验(3 MW，±10kV)，标志着第三代直流输电技术的诞生.这种以可关断器件和脉冲宽度调制(PWM)技术为基础的第三代直流输电技术，国际权威学术组织国际大电网会议（CIGRE）和美国电气和电子工程师协会（IEEE)，将其正式命名为“VSC—HVDC"，即“电压源换流器型直流输电”.2006年5月，由中国电力科学研究院组织国内权威专家在北京召开“轻型直流输电系统关键技术研究框架研讨会”，会上，与会专家一致建议国内将基于电压源换流器技术的直流输电（第三代直流输电技术）统一命名为“柔性直流输电”.(二）柔性直流与传统直流的优缺点对比不管是两电平、三电平或MMC换流器，由于都属于电压源换流器,其基波频率下的外特性是完全一致的。