宋强-柔性直流输电技术讲座
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
柔性直流配电系统控制策略及保护技术
柔性直流配电系统控制策略及保护技术摘要：柔性直流配电系统是目前电网建设的重要内容，不仅关系到能源多样化、配电结构优化，更有利于确保分布式电源稳定性，但柔性直流配电系统存在技术短板，需要从系统控制策略和保护技术两个方面进行分析，本文研究了柔性直流配电系统运行方式，并从系统级控制和配网级控制两方面提出了柔性直流配电系统的具体控制方法，探究了直流配电系统的故障检测与定位、隔离手段，以此增强理论研究和实践经验，更好的保障柔性直流配电系统的应用和发展。
关键词：柔性直流配电；控制策略；故障特性柔性直流配电系统属于集成配电、用电、发电为一体的双向能量流动有源网络，利用柔性直流配电系统可以突破传统光电能即时发送的影响，有利于提高用户的使用效率，为构建大容量、高电质的技术性支撑平台提供保障。
同时，柔性直流配电系统不会受到交流同步稳定性的影响，可以避免交流环节能源流失和损耗，有效连接集中式和分布式的能源单元，为城市提供更为理想的供电方式。
1.柔性直流配电系统控制策略1.1柔性直流配电系统运行方式柔性直流配电系统的转换器接收来自于交直流电源和再生能源的电能，保证储能系统和微电网之间的能量传递，因为柔性直流配电系统运行方式存在多样性特点，不同运行方式可以引起网络潮流分布变化，因此需要有效控制柔性直流配电系统的运行方式，避免功率问题造成直流电压波动，影响敏感负荷的电能需求。
1.2柔性直流配电系统的具体控制方法1.2.1系统级控制系统级控制是根据协调系统稳定各设备的运行状态，确保电能的稳定供给。
柔性直流配电系统不会受到频率和功率的影响，因此只要在电压方面进行稳定控制，即可保证该系统的正常运行。
常见的系统级控制方式有三种，一是主从控制，是借助各个换流器进行信息传输，这种方法的控制效率较差。
二是下垂控制，通过静差调节下垂系数，根据预先设定形式了解到能量的动态变化裕量，这种方法的功率波动能力差，反应速度较慢，容易影响敏感负荷的正常运行。
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、应用及发展一、本文概述1、简述柔性直流输电技术的背景和发展历程随着能源结构的优化和电网互联的需求增长，直流输电技术以其长距离、大容量、低损耗的优势，在电力系统中占据了举足轻重的地位。
然而，传统的直流输电技术，如基于晶闸管的直流输电（LCC-HVDC），存在换流站需消耗大量无功、无法独立控制有功和无功功率、对交流系统故障敏感等问题。
因此，柔性直流输电技术（VSC-HVDC）应运而生，它采用电压源型换流器（VSC）和脉宽调制（PWM）技术，实现了对有功和无功功率的独立控制，并具有快速响应、灵活调节、易于构成多端直流系统等优点。
柔性直流输电技术的发展历程可以追溯到20世纪90年代初，当时基于绝缘栅双极晶体管（IGBT）的VSC技术开始应用于风电场并网和孤岛供电等领域。
随着电力电子技术的快速发展，VSC的容量和电压等级不断提升，使得柔性直流输电技术在电网互联、新能源接入、城市配电网等领域得到了广泛应用。
进入21世纪后，随着全球能源互联网的提出和新能源的大规模开发，柔性直流输电技术迎来了快速发展的黄金时期。
目前，柔性直流输电技术已经成为直流输电领域的研究热点和发展方向，其在全球范围内的大规模应用也为电力系统的智能化、绿色化、高效化发展提供了有力支撑。
2、阐述柔性直流输电技术在现代电力系统中的重要性在现代电力系统中，柔性直流输电技术已经日益显示出其无法替代的重要性。
它作为一种先进的输电技术，不仅克服了传统直流输电技术的局限性，还以其独特的优势在现代电网建设中占据了举足轻重的地位。
柔性直流输电技术的灵活性和可控性使得它在大规模可再生能源接入电网中发挥了关键作用。
随着可再生能源如风能、太阳能等的大规模开发和利用，电网面临着越来越大的挑战。
这些可再生能源具有随机性、波动性和间歇性等特点，对电网的稳定性造成了威胁。
而柔性直流输电技术通过其独特的控制策略，可以实现对有功功率和无功功率的独立控制，从而有效地解决可再生能源接入电网所带来的问题，提高电网的稳定性和可靠性。
海上油气平台用柔性直流输电系统分析与设计_赵彪
0 引言随着海上油田平台的大范围联网和向深海进军，海上输电的容量将更大、距离将更远。
若采用传统的中高压交流供电方式［1-2］，由于受限于海底电缆的充电容量，有功负荷一般偏小，控制电压过高，容易击穿海缆，将严重影响平台的正常生产［3-5］。
而若采用常规直流，由于海上平台主要为大功率高压电动机等变频负荷，本身需要消耗无功，无法为换流站提供换流容量，因此无法使用。
相比中高压交流输电和常规直流输电，柔性直流输电不存在交流输电功角稳定性问题、充电容量小；不需借助受端电网换相，可以为海上平台的无源负荷供电；并且谐波电流小、无需滤波装置，可减小海上平台的占地面积［6-10］。
因此，在海上平台输电系统中采用柔摘 要：在海上油气田输电系统中采用柔性直流输电方式，可有效提高输电距离、减小设备占地面积、提高运行可靠性，具有较大的发展前景。
文章探讨了柔性直流输电技术在某海上油气田（A 油气田）中的应用，通过对A 油气田调整工程和输电要求的调研，给出了对应的柔性直流输电系统换流器、主接线和接地方式等设计方案。
在此基础上，根据技术经济性分析，给出了相关主回路参数设计。
最后，搭建了仿真模型，验证了本文分析和设计的正确性和有效性。
关键词：海上油气平台；柔性直流输电；换流器；主接线；接地方式海上油气平台用柔性直流输电系统分析与设计赵彪1，郭宏2，平朝春2，孙大卫1，谢小荣1，宋强1（1.清华大学电机工程与应用电子技术系，北京市 100084；2.中海油研究总院，北京市 100028）基金项目：国家高技术研究发展计划项目（863项目）（2012AA050216）．Supported by the National High Tech-nology Research and Development Program of China（863 Program）（2012AA050216）．性直流输电方式，尤其是在长距离输电方面，可以有效地突破输电距离限制，降低系统造价，提高系统运行稳定性和可靠性等，是具有高度灵活性的海上平台输电系统新型输电方式。
柔性直流输电技术概述
电力电子技术专题大作业——柔性直流输电技术概述0.前言学习电力电子技术专题一学期以来，我感觉受益良多，我收获的不仅仅是各位老师讲座上所教授的内容，更有他们对于电网行业的深入分析以及未来发展方向的预测。
在诸多讲座中，我对宋强老师所讲的柔性直流输电技术最感兴趣，下面我就以此为主题，对柔输技术进行一些简要的概括与探究。
1.背景介绍我们都知道历史上交直流输电之争由来已久，电机系的许多老师都经常提到这个话题，而目前普遍的输电方式仍是交流输电。
交流输电线路中，除了有导线的电阻损耗外还有交流感抗的损耗，为了解决交流输电电阻的损耗，还可以采用高压和超高压输电来减小电流来减小损耗，但是交流电感损耗不能减小，因此交流输电不能做太远距离输电。
如果线路过长输送的电能就会全部消耗在输电线路上。
交流输电并网还要考虑相位的一致。
如果相位不一致两组发电机并网会互相抵消。
这时人们又想起了直流输电的方式。
一直以来，直流输电的发展与换流技术（特别是高电压、大功率换流设备）的发展有密切的关系。
但是近年来，除了有电力电子技术的进步推动外，由于大量直流工程的投入运行，直流输电的控制、保护、故障、可靠性等多种问题也越发显得重要。
因此多种新技术的综合应用使得直流输电技术有了新进展。
输电技术的发展经历了从直流到交流，再到交直流共存的技术演变。
随着电力电子技术的进步，柔性直流作为新一代直流输电技术，可使当前交直流输电技术面临的诸多问题迎刃而解，为输电方式变革和构建未来电网提供了崭新的解决方案。
基于电压源型换流器的高压直流输电概念最早是由加拿大McGill大学Boon-Teck等学者于1990年提出的。
通过控制电压源换流器中全控型电力电子器件的开通和关断，改变输出电压的相角和幅值，可实现对交流侧有功功率和无功功率的控制，达到功率输送和稳定电网等目的，从而有效地克服了此前输电技术存在的一些固有缺陷。
国际大电网会议和美国电气与电子工程师协会于2004年将其正式命名为“VSC-HVDC”。
柔性直流输电
柔性直流输电技术目录简介 (1)原理 (2)战略意义 (3)应用前景展望 (4)常规直流输电与柔性直流输电的对比 (5)一、常规直流输电技术 (5)二、柔性直流输电技术 (6)三、常规直流输电技术和柔性直流输电技术的对比 (7)四.运行方式 (8)简介柔性直流输电作为新一代直流输电技术，其在结构上与高压直流输电类似，仍是由换流站和直流输电线路(通常为直流电缆)构成。
基于电压源换流器的高压直流输电（VSC-HVDC）技术由加拿大McGill大学的Boon-Teck Ooi 等人于1990年提出，是一种以电压源换流器、自关断器件和脉宽调制（PWM）技术为基础的新型输电技术，该输电技术具有可向无源网络供电、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优点。
李岩，罗雨，许树楷，周月宾等.柔性直流输电技术：应用、进步与期望．《南方电网技术》，2015讲述了柔性直流输电技术是构建灵活、坚强、高效电网和充分利用可再生能源的有效途径,代表着直流输电的未来发展方向,已成为新一代智能电网的关键技术之一。
概述了国内外柔性直流输电工程的现状以及柔性直流输电技术在交流电网的异步互联、风电场并网、海上平台供电和城市负荷中心供电等领域的应用情况;重点介绍了世界第一个多端柔性直流输电工程——南澳多端柔性直流输电示范工程的研发情况,尤其是其技术难点;指出了直流输电混合化,高电压大容量化,直流输电网络化和直流配电网等未来柔性直流输电技术发展的主要方向;提出了柔性直流输电系统亟待解决的关键问题,诸如具有直流短路故障电流清除能力的电压源换流器拓扑结构,高压直流断路器技术和直流电网运行的基础理论及控制保护技术。
柔性直流输电系统中两端的换流站都是利用柔性直流输电，由换流器和换流变压设备，换流电抗设备等进行组成。
其中最为关键的核心部位是 VSC ，而它则是由流桥和直流电容器共同组成的。
系统中，综合考虑它的主电路的拓扑结构及开关器件的类型，能够采用正弦脉宽调制技术，将此类技术在调制参考波与三角载波进行数据的对比，在后者数据相对较小的情况下，就会发生触发下桥臂开关导通并关断下桥臂。
一种柔性直流背靠背系统[实用新型专利]
![一种柔性直流背靠背系统[实用新型专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/024bf1bf3c1ec5da51e2702e.png)
专利名称：一种柔性直流背靠背系统
专利类型：实用新型专利
发明人：赵彪,宋强,余占清,屈鲁,曾嵘,李海波,高浪申请号：CN202020632434.4
申请日：20200424
公开号：CN211958778U
公开日：
20201117
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型公开了一种柔性直流背靠背系统，包括第一MMC拓扑、DC‑DC变换器模块及第二MMC拓扑，所述DC‑DC变换器模块的两端分别与第一MMC拓扑、第二MMC拓扑连接，所述第一MMC拓扑和第二MMC拓扑均为具有故障自清除能力的高纹波MMC拓扑。
本实用新型所述的柔性直流背靠背系统取消了联结变压器，采用直流变压器实现‑‑电气隔离，可以大幅减小系统重量和体积。
同时，本实用新型可以实现交直流故障在us级切断，和传统的柔性直流背靠背系统在ms级切断故障点相比，反应速度更快，系统可靠性更高。
申请人：清华大学,清华四川能源互联网研究院
地址：100084 北京市海淀区清华园1号
国籍：CN
代理机构：北京知联天下知识产权代理事务所(普通合伙)
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柔性直流输电技术：应用、进步与期望 付金琪
柔性直流输电技术：应用、进步与期望付金琪发表时间：2019-07-23T14:10:07.560Z 来源：《基层建设》2019年第13期作者：付金琪王帅[导读] 摘要：柔性直流输电技术总体来说比较灵活，且为能源再生、电网的高效利用提供便利的途径，而当前资源的发展讲究可持续，这代表着直流输电未来的主要发展方向是可持续，逐渐成为智能实现的关键技术之一。
国网冀北电力有限公司工程管理分公司北京市 100067摘要：柔性直流输电技术总体来说比较灵活，且为能源再生、电网的高效利用提供便利的途径，而当前资源的发展讲究可持续，这代表着直流输电未来的主要发展方向是可持续，逐渐成为智能实现的关键技术之一。
在这个的大环境中，本文在分析中以异步互联、风电场并网、海上平台供电、城市负荷中心供电为大环境的根本，以此为原点进行柔性直流输电技术应用、进步、期望的简要分析，笔者希望通过自己的分析为相关的发展提供建设性的建议，推动直流电网的充分发展。
关键词：柔性直流输电；应用；期望引言所谓的柔性直流输电，其实就是对脉宽调制技术电压源直流气的建立，这个概念首次出现是在加拿大，并在这之后出现电压源换流技术的直流输电工程，简称为赫尔斯杨试验。
由于电压源型换流器在使用中能进行有效的控制、谐波性能良好，因此在国内推广使用中被称之为柔性直流输电。
早期使用的直流输电一般是采用两电平、三电平的换流器结构，但在这个结构中IGBT器件的串联存在动态均压方面的难题，且低电平树木的电压源换流器谐波、损耗性都有较大的区别，这一方面为早期柔性直流输电系统的发展带去难题。
基于上述的问题，本文着重对柔性直流输电技术的应用进行分析，此外还分析了柔性直流输电技术的发展方向。
1我国柔性直流输电技术的发展状况具笔者的了解来看，我国最早出现的柔性直流输电技术应该是在20世纪初期，最初的应用是因为模块化多电平结构的运转离不开柔性直流换技术的支持，与国外的柔性直流输电技术相比而言，国内的发展速度更快。
《《国家电网》杂志大篇幅报道自主知识产权柔性直流技术》
《国家电网》杂志大篇幅报道自主知识产权柔性直流技术发布时间：2011-07-04 来源：中电普瑞电力工程有限公司字体：【大中小】点击次数：《国家电网》杂志2011年11期上，大篇幅报道我国自主知识产权柔性直流技术，全文如下：在电网发展日新月异的今年，柔性直流输电系统无疑为我国智能电网又注入新的技术活力。
一头连着新能源电源，一头连着大电网，它的柔性让两者顺畅相联，让我们见识到柔性的力量。
柔性的力量——记我国自主知识产权柔性直流技术本刊记者王彦5月3日上午10点，我国首条自主知识产权的柔性直流输电试验示范工程——上海南汇风电场柔性直流输电并网工程成功投入试运行。
上海南汇风电场柔性直流输电工程联结上海南汇风电场与书院变电站，工程容量为20兆瓦，直流电压等级为±30千伏。
柔性直流输电作为电力系统电力电子领域最高端的技术，属于高端电力装备制造产业，其技术的研究和产业化对推动我国电力装备向着技术高端化、能源节约化、设备智能化发展有着重要的意义。
同时，由于柔性直流技术对新能源并网具有重要意义，示范工程未来对新能源产业发展也有巨大的推动作用。
什么是柔性直流？柔性直流输电是采用基于电压源换流器的新一代直流输电技术，其发展和应用将给输电方式和电网架构带来重要的变革。
国际权威学术组织将其定义为“电压源换流器型高压直流输电”（VSC HVDC）。
该项技术在国外被称为轻型直流输电（HVDC Light）或新型直流输电（HVDC Plus）并作为商标注册，国家电网公司则将其命名为柔性直流输电（HVDC Flexible）。
柔性直流输电系统通过对两端电压源换流器的有效控制，可以实现两个交流有源网络之间有功功率的相互传送。
同时，两端电压源换流器还可以调节各自所吸收或发出的无功，对所联结的交流系统进行无功支持。
由于柔性直流输电技术可以独立、快速地控制其输出电压的相位和幅值，从而能够快速、灵活地调节其输出的有功和无功功率，并具有运行方式灵活、可控性强、适用场合多、占地面积小、环保性好等突出优势。
基于RT-LAB的MMC换流器HVDC输电系统实时仿真
基于RT-LAB的MMC换流器HVDC输电系统实时仿真汪谦;宋强;许树楷;饶宏;刘文华
【期刊名称】《高压电器》
【年(卷),期】2015(51)1
【摘要】基于RT-LAB实时仿真平台,研究了实时仿真技术在基于模块化多电平换流器(MMC)的柔性直流输电系统(HVDC)中的应用。
建立了基于MMC的柔性直流输电系统的实时仿真模型,并将RT-LAB的实时仿真结果与PSCAD/EMTDC的离线仿真结果进行了对比验证。
两种仿真结果在暂态和稳态下都比较一致,这说明通过RT-LAB可以得到MMC高压直流输电系统的正确仿真结果。
还对两种仿真方法的仿真时间进行了对比,说明通过RT-LAB的实时仿真可以大幅度提高对MMC 换流器的仿真效率。
研究结果为采用RT-LAB平台对柔性直流输电系统等大规模电力电子装置实时仿真研究应用提供了参考。
【总页数】5页(P36-40)
【关键词】模块化多电平变流器;高压直流输电;实时仿真;离线仿真
【作者】汪谦;宋强;许树楷;饶宏;刘文华
【作者单位】清华大学电机系;湖北省宜昌供电公司;南方电网公司科学研究院【正文语种】中文
【中图分类】TM721.1
【相关文献】
1.±50kV MMC-HVDC的双极直流输电系统的仿真研究
2.基于Rt-Lab的模块化多电平换流器实时仿真
3.基于RT-LAB的机电-电磁暂态混合实时仿真及其在MMC-HVDC中的应用
4.MMC-HVDC系统换流器桥臂短路故障暂态特性分析
5.基于SSN解算器的MMC-HVDC系统RT-LAB实时仿真
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我国掌握柔性直流输电核心技术
我国掌握柔性直流输电核心技术
佚名
【期刊名称】《机电一体化》
【年(卷),期】2011()1
【摘要】我国在世界公认的新能源接入电网最佳方式——柔性直流输电技术领域取得重大突破。
国家电网中国电力科学研究院研制的柔性直流输电成套设备，在通过国际标准、国内行业标准规定的全部试验之后，于1月3日下午顺利完成国内第一个柔性直流输电示范工程首站设备的包装、装货，正式发往上海南汇风电场的工程现场。
【总页数】1页(P9-9)
【关键词】直流输电;输电技术;柔性;中国电力科学研究院;成套设备;最佳方式;接入电网;国家电网
【正文语种】中文
【中图分类】TM721.1
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1.我国掌握柔性直流电输电核心技术 [J], 无;
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3.我国掌握柔性直流输电核心技术 [J],
4.我国掌握柔性直流输电核心技术 [J],
5.我国完全掌握新一代柔性直流输电核心技术术 [J],
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柔性直流输电技术_应用_进步与期望_李岩
2015 年 第 9 卷 第 1 期 2015 Vol. 9 No. 1
南方电网技术
SOUTHEＲN POWEＲ SYSTEM TECHNOLOGY 中图分类号： TM721
特约专稿 Featured Articles 文献标志码： A
0629 （ 2015 ） 01000707 文章编号： 1674DOI： 10. 13648 / j. cnki. issn16740629. 2015. 01. 002
表2
Tab. 2 序号 1 工程 名称 上海示范工程 （ Nanhui） 南方电网 南澳多端 柔性直流工程 国家电网 舟山多端 柔性直流工程
— —美国的 Trans Bay Cable 工程投入商业运行。 程— 此后，柔性直流输电工程绝大部分都采用 M M C 技 术。目前 M M C 换流器的容量已经达到 1 000 M W 等级，单端换流器的损耗率已经降到 0. 8% 以下， 单个 M M C 换 流 器 的 最 大 直 流 电 压 达 到 500 kV 。 M M C 技术 极 大 地 促 进 了 柔 性 直 流 输 电 技 术 的 发 展
ʃ 200 kV 400 MW
2014
程如表 1 所示，主要分布在欧洲和美国。
1. 2
柔性直流输电的应用现状 基于国内外已投运的柔性直流输电工程分析，
国外柔性直流输电工程
VSCHVDC projects overseas 直流电压 / kV ʃ 10 ʃ 80 ʃ9 ʃ 80 ʃ 15. 9 ʃ 150 ʃ 150 ʃ 60 ʃ 150 – 150 ʃ 150 ʃ 200 350 ʃ 200 ʃ 320 ʃ 300 容量 / MW 3 50 7. 2 3 ˑ 60 36 200 330 2 ˑ 41 350 78 400 400 300 500 800 800 输电线路 / km 10 （ 架空线） 70 （ 电缆） 4. 4 （ 电缆） 65 （ 电缆） 0 180 （ 电缆） 40 （ 电缆） 67 （ 电缆） 105 （ 电缆） 292 （ 电缆） 100 （ 电缆） 88 （ 电缆） 950 （ 架空线） 260 （ 电缆） 165 （ 电缆） 200 （ 电缆） 投产年 1997 1999 2000 2000 2000 2002 2002 2005 2007 2010 2009 2010 2011 2012 2013 2013
我国第一个高压柔性直流输电工程
我国第一个高压柔性直流输电工程
金志明
【期刊名称】《供用电》
【年(卷),期】2011(28)5
【摘要】上海南汇柔性直流输电示范工程是我国第一个高压柔性直流输电工程.阐述了高压柔性直流输电(VSC-HVDC)与高压直流输电相比的技术优势,介绍了上海南汇柔性直流输电示范工程的概况,以及该工程所采用的两端VSC-H VDC输电系统的结构及其特点,最后分析了在该工程中新技术的应用.上海南汇柔性直流输电示范工程的建成投运,标志着我国在智能电网高端装备方面取得了重大突破.
【总页数】4页(P1-4)
【作者】金志明
【作者单位】上海市老年科协电力专委会,上海200002
【正文语种】中文
【中图分类】TM721.1
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1.世界第一个±800千伏特高压直流输电工程投产 [J], 钟和
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光储直柔课题
光储直柔课题是一个涉及多个学科领域的研究课题，旨在探索利用太阳能、储能技术和柔性直流输电技术来构建高效、可靠、环保的电力系统。
该课题的主要研究内容包括：
太阳能电池技术：研究高效、低成本、长寿命的太阳能电池，以提高光电转换效率和降低成本。
储能技术：研究储能设备的性能、储能装置的优化配置和控制策略，以提高储能系统的能量密度、寿命和可靠性。
柔性直流输电技术：研究基于电力电子技术的柔性直流输电系统，实现高效、可靠、灵活的电能传输和分配。
智能电网技术：研究智能电网的架构、通信协议、控制策略和安全防护技术，以提高电网的智能化水平和安全可靠性。
光储直柔课题的研究对于推动可再生能源的发展、提高电力系统的效率和可靠性、促进能源可持续发展等方面具有重要意义。
同时，该课题还需要解决许多技术挑战和难题，如提高光电转换效率、降低储能成本、优化电网架构等。
因此，需要加强跨学科的合作和基础研究，加大投入力度，推动光储直柔技术的创新发展。
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传输线路：架空线，10km 换流器：IGBT串联，2电平。
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赫尔斯杨换流站及技术指标
运行指标
（1）噪声：站墙外40m处≤40dB，不超过设计值。
（2）无线电干扰：符合要求。
（3）谐波：10kV母线THD 3.8% ≤5.0%（高通滤波器容
量为换流器容量1/10）
Uc
δ
UL
I
Us
P<0, 逆变模式
采用VSC的HVDC系统
9
清华大学电机系
基本原理
以电压源换流器、自关断器件和脉宽调制（PWM）为基础 的新型直流输电技术。
CIGRE和IEEE将其命名为VSC-HVDC——电压源换流器高 压直流输电。
ABB—HVDC Light/轻型直流输电，注册商标； SIEMENS—HVDC PLUS (Power Link Universal System )/新型直流输电，注册商标 国内—HVDC Flexible/柔性直流输电。
S4
0110
VO=0
25
+
V dc
VO
-
O
+
V dc
-
S1
D B1
S2
VO
S3 D B2
S4
0011
VO=-Vdc
0 -Vdc 清华大学电机系
多电平变流器
26
由两电平、三电平到更多电平数目
清华大学电机系
Modular Multilevel Converter (模块化多电平变流器27）
清华大学电机系
6 默里连接工程
±150kV 200MW
7 美国长岛
±150kV 330MW
8 挪威海上平台
±60kV
2×41MW
9 波罗的海联网
±150kV
10
北海海上Valhall油 田平台
–150kV
11 德国风电并网
±150kV
1清22华0美1国大2T学ra-n3电sB-a机y20系 ±200kV
350MW 78MW 400MW 400MW
容量范围 ☆☆ ☆ ☆ ☆ ☆
无功补偿 ☆
☆☆ ☆ ☆ ☆
功率损耗 ☆☆ ☆ ☆ ☆ ☆ ☆ ☆
可控性 ☆ 传输距离 ☆ ☆
☆☆ ☆☆☆ ☆☆☆ ☆☆☆
VSC-HVDC
清华大学电机系
输送方式比较-传输距离与容量
清华大学电机系
16
大功率电力电子
kV/kA
机械开关
• 高压 • 大电流
Power
+
=
V/mA
列入863智能电网研究课题
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清华大学电机系
43
清华大学电机系
1）赫尔斯杨 - 试验工程
1997年，ABB在瑞典中部的赫尔斯杨-格兰斯堡 改造一条原有的50kV架空线路，接入10kV交流 系统，完成启动、功率调整和故障等试验。
额定功率：3MW 交流电压：10kV 直流电压：±10kV
2002年建成投运。
长岛工程 – ABB第二代技术
南方电网 技术研究
中心
直流电压、电流提升到新等级，实现 138kV/345kV不同电压等级连接
首次采用IGBT 3电平换流器结构（非背靠背），改 善谐波状况，增大换流器容量。
额定容量： 330 MW 直流电压: ± 150 kV 直流电流： 1175 A 传输电缆： 2 x 40 km，埋于2米深海床下，不影响海床
清华大学电机系
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2）哥特兰 - 第一个商业工程
ABB/1999年 哥特兰岛南部风能丰富，中部需要电能 。输电线路经过鸟类保护区，海岛交流系 统较弱，出于环境和技术考虑，选择柔性 直流输电、地下电缆方式送电。
清华大学电机系
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哥特兰工程技术参数
传输线路：地下电缆，70km 换流器：IGBT串联，2电平。 70kV THD：BÄCKS 1.5%，NÄS 1.3% 损耗：每年运行6000小时，其中 2000小时满载。SVC模式时为4%， 传输模式时为11%。 无线电干扰：基本满足要求（围墙外 30m处测量） 可听噪声：100米处37dB（<40dB ）
电网互联，电力交易
2电平 电缆67公里 2005
海上平台供电
2电平 电缆105公里
2电平 电缆292公里
2电平 电缆100公里
多电平 （MMC）
电缆88公里
2007
非同步联网
预计2010年
电机变频驱动，提高 效率
预计 9月
2009
年
世界最大风电场并网
预计 3月
2010
年
电网互联，城市20供电
器件的直接串联
清华大学电机系
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哥特兰工程的意义
优点
匹配风能动态变化，稳定电压； 避免恶化电能质量； 交直流并联协调运行，提高动态稳定性能。
哥特兰工程起到很好的示范作用，该工程的实施 表明基于电压源换流器直流输电技术已日渐成熟， 具备良好的工业应用前景。
此后，柔性直流输电技术得到了较快发展，新建 工程增多，容量和电压等级进一步提高。
清华大学电机系
直流输电 VS 交流输电？
3
输电线路
造价低、损耗小 线路有功损耗和无功损耗小
不存在稳定性问题
可实现非同步联网
可实现功率的灵活调节
清华大学电机系
常规高压直流输电原理
4
晶闸管技术，Line Commutated Converter（LCC-HVDC)
清华大学电机系
孤立负荷送电（海岛等）
海上平台供电
城市配网
非同步电网联网
清华大学电机系
引自ABB参考资料
输送方式比较-成本
13
引自ABB参考资料
清华大学电机系
输送方式比较-损耗
清华大学电机系
14
几种主要的电力传输方式
15
HVAC HVDC
HVAC 电缆造价 ☆
HVDC VSCHVDC
☆☆☆ ☆☆☆
清华大学电机系
38 引自ABB参考资料 引自ABB参考资料
VSC-HVDC与常规直流换流站相比
VSC-HVDC
节 约
空 间
LCC-HVDC
清华大学电机系
电缆
40
Land Cable
Submarine Cable
Deep-sea Cable
清华大学电机系
海底电缆铺设
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清华大学电机系
发展历史
1990年，加拿大McGill大学的Boon-Teck Ooi等人提 出了基于脉宽调制技术电压源换流器的直流输电概念。
21
ABB公司的两电平VSC-HVDC及其串联IGBT阀
清华大学电机系
器件的直接串联
22
可通过器件的串联实现尽可能高 压输出
实现中存在多方面困难
安全性：静、动态均压 结构易实现性：杂散参数、安
装、维护
引自ABB参考资料
清华大学电机系
ABB的StakPakTMIGBT模块
23
清华大学电机系
Electronics
• 高速 • 电子控制 • 低损耗 • 长寿命
17
kV/kA
V/mA
Power Electronics
清华大学电机系
大功率电力电子器件的发展
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IGBT
IEGT
Thyristor
GTO
IGCT
由半控到全控 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)
清华大学电机系
2012-3-20
10
VSC-HVDC(轻型直流输电）
不需借助受端电网换相，对受端电 网无容量要求
无换相失败问题 PWM技术，谐波电流小 快速独立控制有功无功传递 故障隔离
. . .
清华大学电机系
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VSC-HVDC的典型应用
风电场（或其它新能源发电）接入
12
MMC变流器工作原理
28
S1=On, S2=Off : Vx=Vc
S1=Off, S2=On: Vx=0
直流电压控制 Vd=n×VC 交流电压控制 VAC=V1+V2+…Vn
清华大学电机系
Transbay 400MVW HVDC PLUS(MMC)
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清华大学电机系
Transbay 400MVW HVDC PLUS(MMC)
生物
清2华01大2学-3电-机20系
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长岛工程电网结构
南方电网 技术研究
中心
353 to Southington
4T 7T
5T 8T 376 to Haddam Neck
9T New
RM **
Converter
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清华大学电机系
VSC-HVDC变流器拓扑结构技术比较
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清华大学电机系
柔性直流输电系统的静态特性
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Qconv (Capacitive Mode)
Low AC Voltage High AC Voltage
Limitation in capacitive mode
Pconv (Inverter Mode)
1997年，ABB在瑞典中部的赫尔斯杨进行了世界上第一 个VSC HVDC工业试验。
1999年，ABB哥特兰工程投入商业运行。 2002年，ABB美国长岛工程直流电压达到±150kV、输
送容量达到330MW。 2007年，西门子美国跨湾工程采用多电平换流器，直流
电压达到±200kV、输送容量达到400MW。 2007年，中国在上海启动示范工程。 2010年，大型风电场的柔性直流输电