柔性直流输电系统换流器技术规范()
柔性直流输电技术
3)容量相对较小:由于目前可关断器件的电压、电流额定值都比晶闸管低，如不采用多个可关断器件并联，MMC 的电流额定值就比LCC低，因此相同直流电压下MMC基本单元的容量比LCC基本单元(单个6脉动换流器)低。但是， 如采用MMC基本单元的串、并联组合技术，柔性直流输电达到传统直流输电的容量水平是没有问题的，技术上 并不存在根本性的困难。本书后面有专门章节讨论将MMC基本单元进行串、并联组合构成大容量换流器的技术。 可以预期，在不远的将来，柔性直流输电也会采用特高压电压等级，其输送容量会与传统特高压直流输电相当。
柔性直流输电技术
4)不太适合长距离架空线路输电:目前柔性直流输电采用的两电平和三电平VSC或多电平MMC,在直流侧发生短路 时，即使ICBT全部闭锁，换流站通过与IGBT反并联的二极管，仍然会向故障点馈入电流，从而无法像传统直流输 电那样通过换流器自身的控制来清除直流侧的故障。所以，目前的柔性直流输电技术在直流侧发生故障时，清 除故障的手段是跳换流站交流侧开关。这样，故障清除和直流系统再恢复的时间就比较长。当直流线路采用电 缆时，由于电缆故障率低，且如果发生故障，通常是永久性故障，本来就应该停电检修，因此跳交流侧开关并 不影响整个系统的可用率。而当直流线路采用长距离架空线时，因架空线路发生暂时性短路故障的概率很高， 如果每次暂时性故障都跳交流侧开关，停电时间就会太长，影响了柔性直流输电的可用率。因此，目前的柔性 直流输电技术并不完全适合用于长距离架空线路输电。针对上述缺陷，目前柔性直流输电技术的一个重 要研究 方向就是开发具有直流侧故障自清除能力的电压源换流器,本书后面多章内容就是针对此问题而展开的。可以预 期，在很短的时间内，这个问题就能被克服。
(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。
DC
技术内容
关注点
14
功率器件的开通和关断过程
门极控制电压 导通电流
• 导通和关断由门极信号控制 • 导通和关断过程快速，但非
理想 • 导通和关断存在尖峰电流和
电压
集电极和发射 极电压
实际关断和导通波形
15
功率器件的发展
半控器件
• 开通可控 • 关断不可控
全控器件
• 开通可控 • 关断可控
IGBT/IEGT
GTO和IGCT
GTO
IGCT
集成门极
缓冲层 透明阳极 逆导技术
• 最早的全控器件 • 开关频率低，已很少使用
• 上海50MVAr STATCOM
采用IGCT
19
• 目前只有ABB公司供应
IGBT IGBT和PP IGBT(IEGTP)P IGBT(IEGT)
电子注入增强 低导通电压降 宽安全工作区
• 模块塑封 • 应用最广的全控器件 • 三菱、英飞凌、日立、
ABB等多个供应商
• 压接式封装，双面散热
• 失效后处于短路状态
• 主要供应商有东芝、ABB和
Westcode
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模块式封装(PMI) 功率器件封装模式
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
直流输电换流阀用阻尼吸收电容器技术规范
高压直流输电换流阀用阻尼吸收电容器技术规范西安华超电力电容器有限公司2012年11月目录1 范围和目的 (1)2 引用标准 (1)3 产品特点 (2)4 使用条件 (2)5 技术参数 (2)6 质量要求和试验方法 (3)6.1.外观质量、外形尺寸及重量（例行试验） (3)6.1.1. 质量要求 (3)6.1.2. 试验方法 (3)6.2.密封性试验（例行试验、型式试验） (3)6.2.1. 质量要求 (3)6.2.2. 试验方法 (3)6.3.电容及TANΔ测量（例行试验、型式试验） (4)6.3.1. 质量要求 (4)6.3.2. 试验方法 (4)6.4.端子间电压试验（例行试验、型式试验） (4)6.4.1. 质量要求 (4)6.4.2. 试验方法 (5)6.5.端子与外壳间交流电压试验（例行试验、型式试验） (5)6.5.1. 质量要求 (5)6.5.2. 试验方法 (5)6.6.局部放电试验（例行试验、型式试验） (5)创新不止自强不息追求和谐精品报国6.6.1. 质量要求 (5)6.6.2. 试验方法 (5)6.7.均压试验（例行试验） (6)6.7.1. 质量要求 (6)6.7.2. 试验方法 (6)6.8.绝缘电阻测量（例行试验） (6)6.8.1. 质量要求 (6)6.8.2. 试验方法 (6)6.9.谐振频率测量（型式试验） (6)6.9.1. 质量要求 (6)6.9.2. 试验方法 (7)6.10.绝缘子及引出电极导杆强度试验（型式试验） (7)6.10.1. 质量要求 (7)6.10.2. 试验方法 (7)6.11.短路放电试验（型式试验） (7)6.11.1. 质量要求 (7)6.11.2. 试验方法 (7)6.12.热稳定试验（型式试验） (7)6.12.1. 质量要求 (7)6.12.2. 试验方法 (8)6.13.高温下电容器损耗角正切值测量（型式试验） (8)6.13.1. 质量要求 (8)6.13.2. 试验方法 (8)6.14.熔丝隔离试验（型式试验） (8)6.14.1. 质量要求 (8)6.14.2. 试验方法 (8)6.15.压力隔离试验（型式试验） (9)创新不止自强不息追求和谐精品报国6.15.1. 质量要求 (9)6.15.2. 试验方法 (9)6.16.耐久性试验（型式试验） (9)6.16.1. 质量要求 (9)6.16.2. 试验方法 (9)6.17.破坏试验（型式试验） (9)6.17.1. 质量要求 (9)6.17.2. 试验方法 (9)6.18.湿热试验（型式试验） (10)6.18.1. 质量要求 (10)6.18.2. 试验方法 (10)6.19.机械试验（型式试验） (10)6.19.1. 质量要求 (10)6.19.2. 试验方法 (10)7 标志、包装、储存和运输 (11)7.1.电容器单元标志 (11)7.2.合格证 (12)7.3.包装 (12)7.4.储存 (12)7.5.运输 (12)8 质保期限 (13)9 外形图 (13)创新不止自强不息追求和谐精品报国1范围和目的本技术条件规定了直流输电阀用阻尼吸收电容器的使用条件、性能与结构要求、试验方法、检验规则、包装运输等。
柔性直流输电技术概述
柔性直流输电技术概述1柔性直流输电技术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。
与基于相控换相技术的电流源换流器型高压直流输电不同，柔性直流输电中的换流器为电压源换流器(VSC)，其最大的特点在于采用了可关断器件（通常为IGBT）和高频调制技术。
详细地说，就是要通过调节换流器出口电压的幅值和与系统电压之间的功角差，可以独立地控制输出的有功功率和无功功率。
这样，通过对两端换流站的控制，就可以实现两个交流网络之间有功功率的相互传送，同时两端换流站还可以独立调节各自所吸收或发出的无功功率，从而对所联的交流系统给予无功支撑。
2. 技术特点柔性直流输电技术是采用可关断电压源型换流器和PWM技术进行直流输电，相当于在电网接入了一个阀门和电源，可以有效控制其通过的电能，隔离电网故障的扩散，还能根据电网需求，快速、灵活、可调地发出或者吸收一部分能量，从而优化电网潮流分布、增强电网稳定性、提升电网的智能化和可控性。
它很适合应用于可再生能源并网、分布式发电并网、孤岛供电、城市电网供电、异步交流电网互联等领域。
柔性直流输电除具有传统直流输电的技术优点外，还具备有功无功单独控制、可以黑启动对系统强度要求低、响应速度快、可控性好、运行方式灵活等特点，目前，大容量高电压柔性直流输电技术已具备工程应用条件，并且具有以下优点：（1）系统具有2个控制自由度，可同时调节有功功率和无功功率，当交流系统故障时，可提供有功功率的紧急支援，又可提供无功功率紧急支援，既能提高系统功角稳定性，还能提高系统电压稳定性；（2）系统在潮流反转时，直流电流方向反转而直流电压极性不变，这个特点有利于构成既能方便地控制潮流又有较高可靠性的并联多端直流系统，实现多端之间的潮流自由控制；（3）柔性直流输电交流侧电流可被控制，不会增加系统的短路功率；（4）对比传统直流输电方式，采用多电平技术，无需滤波装置，占地面积很小；（5）各站可通过直流线路向对端充电，并根据直流线路电压采取不同的控制策略，因此换流站间可以不需要通讯；（6）柔性直流输电具有良好的电网故障后快速恢复控制能力；（7）系统可以工作在无源逆变方式，克服了传统直流受端必须是有源网络，可以为无源系统供电。
柔性输电与直流输电技术
柔性输电与直流输电技术柔性直流输电技术随着能源紧缺和环境污染等问题的日益严峻，国家将大力开发和利用可再生清洁能源，优化能源结构。
然而，随着风能、太阳能等可再生能源利用规模的不断扩大，其固有的分散性、小型性、远离负荷中心等特点，使得采用交流输电技术或传统的直流输电技术联网显得很不经济。
同时海上钻探平台、孤立小岛等无源负荷，目前采用昂贵的本地发电装置，既不经济，又污染环境。
另外，城市用电负荷的快速增加，需要不断扩充电网的容量，但鉴于城市人口膨胀和城区合理规划，一方面要求利用有限的线路走廊输送更多的电能，另一方面要求大量的配电网转入地下。
因此，迫切需要采用更加灵活、经济、环保的输电方式解决以上问题。
柔性直流输电原理与基于自然换相技术的电流源型换流器的传统直流输电不同，VSC-HVDC是一种以电压源换流器、可控关断器件和脉宽调制(PWM技术)为基础的新型直流输电技术。
这种输电技术能够瞬时实现有功和无功的独立解耦控制、能向无源网络供电、换流站间无需通讯、且易于构成多端直流系统。
另外，该输电技术能同时向系统提供有功功率和无功功率的紧急支援，在提高系统的稳定性和输电能力等方面具有优势。
下面详细介绍VSC-HVDC的系统结构及其基本工作原理。
图2.3为柔性直流输电系统单线原理图，两端的换流站均采用VSC结构，它由换流站、换流变压器、换流电抗器、直流电容器和交流滤波器等部分组成。
图2.3柔性直流输电单线原理图变压器T：变压器可以采用常规的单相或三相变压器。
通常，为了使换流站能够达到最大的有功功功率和无功功率，变压器的二次侧绕组带有分接头开关。
通过调节分接头来调节二次侧的基准电压，进而获得最大的有功和无功输送能力。
另外，变压器连接交流系统侧的绕组（一次侧）一般采用星形接法，而靠近换流器侧的绕组（二次侧）则采用三角形接法。
变压器绕组中基本不含谐波电流分量和直流电流分量；而且这种变压器接法能够防止由调制模式引起的零序分量向交流系统传递。
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。
UPFC和柔性直流输电
UPFC1 UPFC（统一潮流控制器）UPFC（统一潮流控制器）是一种功能最强大、特性最优越的新一代柔性交流输电装置，也是迄今为止通用性最好的FACTS装置，综合了FACTS元件的多种灵活控制手段，它包括了电压调节、串联补偿和移相等所有能力，它可以同时并非常快速的独立控制输电线路中有功功率和无功功率。
UPFC可以控制线路的潮流分布,有效地提高电力系统的稳定性。
UPFC的正常工作，依赖于其连接电容上的直流电压控制。
对于UPFC所需要完成的多个控制功能，通常的设计是在UPFC上安排多个控制器，每一个控制器被赋予一个控制功能。
但对于安装在电力系统中，设计者面临的是一个多输入多输出(MIMO)系统，在UPFC上安排多个控制器的设计，是在设计每一个控制器的时候将其当作单输入单输出(SISO)系统，这时UPFC的各个控制功能之间的交互影响不能忽略，即使每个控制器都能成功地单独设计，也不能保证闭环全系统的稳定性。
故UPFC的有功功率控制器与无功功率控制器之间，存在着较强的交互影响。
2 UPFC系统结构统一潮流控制器的系统构成，如图1所示。
它主要包括主电路(串联单元、并联单元)和控制单元两部分。
其中串联单元可以对i处电压进行补偿，使i处敏感负荷端的电压满足要求；并联补偿单元可以对i处的电流进行补偿；控制单元通过适当的控制策略，对串联和并联单元的可控功率器件进行通断控制。
应用中可根据实际情况，确定UPFC主回路拓扑结构和控制策略，合理分配各整流桥的容量，降低整体造价，并使UPFC的功能得到充分发挥。
图1串联变流器直接与串联变压器T2相连，并通过该变压器向系统注入幅值和相角都可变的电压。
通过串联叠加到UPFC所在线路的接入点电压，可以合成一个幅值和相角均可变的串联输出电压。
这就相当于一个交流电压源，改变其幅值和相角就能实现交流电压的移相调节和串联补偿。
并联变流器1的主要功能，是通过直流连接线向换流器2提供有功功率，而这部分有功功率由交流系统通过耦合变压器提供。
柔性直流输电技术
23
柔性直流输电柔采性用的直功流率输器电件功一率般容器量小较结大
电压等级在3300V以上，有3300V，4500V 通流能力在1000A以上，有1200A，1500A
良好的开通、关断特性，导通特性
开通关断过程尖峰电压和电流 开通、关断过程快速，限制开关损耗 导通压降低，限制通态损耗
电力电子技术已广泛用于电气工程学科， 其装置广泛用于柔性交直流输电、配电网 电能质量补偿与控制、高性能交直流电源 等领域
近年来，能源成为当今人类面临的重大问 题 ，电力电子装置是能源变换的功能性装置， 电力电子技术已成为能源变换与传输的关 键技术
13
交流和直流变换
AC
通过换流器（Converter）实现变换
压接式封装（Press-Pack)
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
• 压接式封装可靠性更高
两种封装模式均有柔直应用 • ABB工程全部采用 StatkPak • 西门子 Transbay工程用PMI
IGBT
• 主要有以下几类
1）ABB StakPakTM IGBT，IGCT
器件串联
换流器输出电平数低，正弦度不高，谐波和损耗大 实现中存在多方面困难
串联器件静、动态均压技术 杂散参数控制、安装、运行维护
ABB的StakPakTMIGBT模块
32
两电平换流器的PWM控制
1
SPWM
0
1
脉冲
0
Vdc (Vdc ) 2
输出电压
(0) Vdc 2
MMC柔性直流输电系统换流阀开关频率优化方法-电源学报
式中 ：ice 和 if 分别 为 IGBT 和二极管 导通时流经 器 件的电流 ；UCE0 为 IGBT 的通态电 压偏置 ；rce 为 IG鄄
第 16 卷 第 6 期
电
源
学
报
Vol.16 No.6
总第 2018 80 期 Nov.
2018 年 11 月
电 源 学Supply 报 Journal of Power
中图分类号 ：TM464 文献标志码 ：A
DOI ：10.13234/j.issn.2095鄄２８０５．２０１8．6.84
MMC 柔性直流输电系统换流阀开关频率 优化方法
均压控制引起的投入子模块变化所带来的损耗为附加开关损耗paddswapapsw201年月journalpowersupply201假设mmc换流阀交流侧电流滞后于电压如图3所示dcap上桥臂电流电压关系fig3abovearmvoltageabovearmcurrentconverter图中分析图3可知0所以上桥臂在一个工频周期的必要开关损耗为pmmcswapigbtoffapdioderecapigbtonapigbtoffapdioderecapigbtonmmcsw10将其离散化并转化为1秒内的损耗得
当 MMC 应用于高压系统时 ， 子模块数一 般 较 多 ， 采 用 最 近 电 平 逼 近 调 制 NLM （nearest level mo鄄
dulation ） 方法是其 首选 。 NLM 的工作原理是 ， 控制
单 相上 、 下桥臂 处 于 投入状态 子模块的 总 数 保持 不 变 ， 通过 改 变其中上 （ 下 ） 桥臂 投入状态 子模块的个 数 ， 达到 输出所 需 电压的目的 。 假 设 MMC 的 调 制波为 msin （ωt ）， 其中 m 为 调 制比 ， 则 a 相 上 、 下 桥 臂 处 于 投 入 状 态 的子 模 块 个 数的计算方式
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
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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。
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hfliang@
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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
浅谈柔性直流输电技术
浅谈柔性直流输电技术摘要：柔性直流输电技术是应用开通和关断均可控制的新型电力电子器件(如IGBT),具有两个控制自由度，不需要无功补偿,不依赖交流系统进行换相，确保电能质量和电网安全稳定性要求的一种直流输电技术。
关键词：输电技术柔性直流思考国际大电网会议和美国电气与电子工程师协会于2004年将可关断器件(IGBT)和脉宽调制（PWM）技术为基础的直流输电技术，正式命名为“VSC-HVDC”，即“电压源换流器型直流输电”。
2006年5月，中国电力权威专家将基于电压源换流器技术的直流输电统一命名为“柔性直流输电”。
1．柔性直流输电技术在国内的发展早期的柔性直流输电是采用两电平或三电平换流器技术，存在谐波含量高、开关损耗大等缺陷。
随着电压等级和容量的不断提升，缺陷越来越突显，难以逾越两电平或三电平技术的瓶颈。
因此，两电平或三电平技术主要用于较小功率传输或一些特殊场合的应用。
随着电力电子技术的发展，柔性直流输电技术作为新型的输电技术，使目前交直流输电技术的诸多问题得以解决，为输电方式变革和构建未来电网提供了崭新的解决方案。
柔性直流输电技术在我国直流工程得到快速发展。
柔性直流技术的生命力是可控性，它可以通过模块的重组实现多种功能。
柔性直流技术不是中国首创。
但在发展中，中国实现了柔性直流技术在多端、特高压、柔直电网等工程中的应用。
2020年7月昆柳龙直流工程在世界上首次采用特高压多端直流系统，创造17项世界第一，第一个±800千伏特高压柔性直流输电工程、第一个单站容量最大的柔性直流输电工程、第一个具备架空线路故障自清除及再启动能力的柔性直流输电工程等。
通过在主电网应用、掌握特高压多端柔性直流技术，推动了柔性直流技术的进步，终将为未来电网技术发展起到核心作用，是中国电力对世界电力技术发展做出的贡献。
作为世界上首个多端柔性直流工程，它将柔性直流技术带入了一个新时代。
标志着我国直流输电工程技术再上一个新台阶。
柔性直流输电技术与标准
四、柔性直流输电技术标准
1）IEC 62501:2009 HVDC系统用VSC阀-电气试验 ▪ 适用范围
本标准适用于柔性高压直流输电三相桥式电压源，或背靠背系统 的自换相换流阀。试验内容仅限于电气型式和生产试验。
三、柔直技术研发与关键问题
❖ 2. 柔性直流输电控制保护系统设计关键技术
系统的故障类型与保护分类； 系统的起、停策略研究； 多端柔直系统协调控制研究； 控保系统对测量装置与故障录波的要求。
三、柔直技术研发与关键问题
❖ 3. 柔性直流输电换流阀关键元器件国产化
▪ 柔性直流输电换流阀是柔直工程最为关键的设备，但目前换流阀中的 关键元器件主要来自进口，如：IGBT/IGET、直流电容器、驱动板 、晶闸管等，这对我国柔直工程造价、工程建设周期、售后服务等都 造成一定影响。
2
而变化
化
3
损耗较小（1%）
损耗较大（2%）
4
容量大（数千MW）
容量相对小（数百MW）
5
故障承受能力和可靠性较高
故障承受能力和可靠性较低
二、柔性直流输电的特点及应用
❖ LCC-HVDC与VSC-HVDC的比较
序号
1 2
3 4 5
电流源换流器LCC-HVDC
电压源换流器VSC-HVDC
交流侧提供换相电流，受端为有源网络，且 电流自关断，可向无源网络供电。
该标准列出的试验是基于空气绝缘的换流阀。对于其他绝缘型式 的换流阀，其测试要求和接受标准需要经过进一步协商确定。
四、柔性直流输电技术标准
1）IEC 62501:2009 HVDC系统用VSC阀-电气试验
柔性直流输电系统运行机理分析及主回路相关参数设计
第 31 卷 第 21 期
电
网
技
术
17
直流侧电容参数的设计方法，并通过电磁暂态仿真 软件 PSCAD/EMTDC 按所设计的参数对系统进行 仿真，初步证明了其可行性。
1
1.1
VSC 相关分析
交流侧分析 整流侧 VSC 的基本结构如图 1 所示。图中： Us 为交流母线电压基波分量有效值， Uc 为换流器输 出电压基波分量有效值； L、 R 分别为换流电抗器与 VSC 功率损耗的等效电感和电阻； VSC 被简化为比 例放大器；id1 为 VSC 注入到直流系统的直流电流； udc 为直流母线电压；δ 为换流器端电压滞后其交流 为交流侧电流相量。 系统电压的角度； I
YIN Zi-li，LI Geng-yin，LI Guang-kai，LIANG Hai-feng，ZHAO Cheng-yong （Key Laboratory of Power System Protection and Dynamic Security Monitoring and Control(North China Electric Power
1.2.2 直流电压 为保证 VSC 的正常工作，并输出合适的交流 电压，必须对直流电压有一定的要求。对直流电压 的要求可根据不同的 PWM 方式而定。一般为 U cm ≤ λ udc (5)
式中：Ucm 为 VSC 输出交流侧相电压峰值。采用常 规 PWM 方式(一般采用双极运行)时，λ=1/2；采用
(1)
式中：usd, usq 和 id, iq 分别为交流母线基波电压和基 波电流的 d 轴分量和 q 轴分量；ucd, ucq 分别为 VSC 输出的基波电压的 d 轴分量和 q 轴分量；ω 为系统 角频率。 柔性直流输电系统中需要关注的变量是送入 交流系统的无功功率和注入直流系统的有功功率。 忽略等效电阻 R，并假设交流系统母线电压基波相 量 us 与同步旋转坐标系的 q 轴重合，则 usd=0, usq= Usm，Usm 为交流系统母线电压基波幅值。因此，整 流站从交流系统吸收的功率为 3 ⎧ P= U i ⎪ ⎪ 1 2 sm q (2) ⎨ ⎪Q = − 3 U i 1 sm d ⎪ ⎩ 2 由式(2)可以看出， 由于交流系统母线电压基波 幅值 Usm 视为定值，对有功功率和无功功率的控制
柔性直流输电换流站各类维护项目 、 周期、 方法与要求
接头紧固1次/3年操作检查紧固件连接情况。
5阀避雷器5.1本体外观检查1次/年目测检查设备有无烧灼、放电、氧化痕迹；检查设备有无严重积灰。
5.2计数器功能测试1次/3年采用模拟加压（或注流）方式，模拟避雷器装置动作。
避雷器监测装置能够正确发出光信号，工作站正确发出相应避雷器动作报文。
6阀冷却系统6.1本体外观检查1次/年目测管路、阀门无渗漏水、冻结情况；阀门位置正确，水管流向标识清晰正确。
接头紧固1次/3年操作紧固力矩应符合技术文件要求。
水压试验1）≤6年；2）必要时，内冷水系统大修（拆除检查或更换20个以上水路元件）后对水冷系统水回路通水井施加110%~120%额定静态压力15min(制造方技术文件有更高要求时按制造方技术文件的要求执行)。
水冷却系统的各连接水管、水接头无渗漏水现象，各电气元件的支撑横担无积水现象。
6.2等电位电极外观检查1次/年目测连接线完好，无松动、硬化、变色现象；无结垢、腐蚀；无触碰内冷水管及其他元件情况；密封圈形态完好，弹性正常，无腐蚀；检查处理1次/3年操作当水中部分体积减小超过20%时，需更换。
7支撑绝缘子外观检查1次/年目测无断裂、破损；无严重积灰、放电痕迹。
接头紧固1次/3年操作紧固力矩应符合技术文件要求。
绝缘测试1次/3年用2500V的绝缘电阻表测量阀端对地绝缘电阻。
绝缘电阻值与前次试验值相比无明显变化。
8阀基电子设备外观检查1次/年目测屏柜内设备外观无异常；接线无机械损伤；板卡及配件无弯曲、变形、挤压现象；所有电气连接完好，无松动。
电源检查1次/年操作、测量工作电源正常。
指示灯检查1次/年目测屏柜工作指示灯正常；屏柜内控制器板卡运行指示灯无异常闪烁。
异响检查1次/年听工作正常，无异响。
切换测试1次/年由阀基电子设备的上级控制系统下发系统切换指令。
系统能正确可靠切换。
功能测试1次/3年操作运行状态指示灯亮且后台显示状态功能正确。
通信测试1次/3年操作阀基电子设备与电力电子模块之间通信正常；阀基电子设备各屏柜间通信正常；阀基电子设备与上级控制系统间通信正常。
柔性直流配电网VSC换流器控保系统接
陈 锐（１９７６—），男，高级工程师，主要从事柔性直流输电、交直流配用电研究。
董华梁（１９８３—），男，高级工程师，主要从事柔性直流输电、交直流配用电研究。
曾 杰（１９７９—），男，高级工程师，博士，主要从事交直流配用电技术研究。
柔性直流配电网ＶＳＣ换流器控保系统接口设计陈 锐１， 董华梁１， 曾 杰１， 滕林阳２，３， 何青连２，３， 黄孟俊２，３（１．南方电网电力科技股份有限公司，广东广州 ５１００８０；２．许继电气股份有限公司，河南许昌 ４６１０００；３．许继集团有限公司，河南许昌 ４６１０００）摘 要：结合柔性直流配网换流器控制保护系统的架构，提出了适用于柔性直流配电网的电压源换流器（ＶＳＣ）控保系统接口设计方案。
描述了换流器控制保护、阀控单元以及功率子模块各部分功能，并详细介绍了半桥功率子模块的拓扑架构；对每个层级间的物理层方式以及具体的通讯内容进行了阐述，包括换流器控制保护和阀控单元、阀控单元和功率子模块中控板的上下行通讯内容，并对中控板上传的子模块状态信息进行了详细定义。
研究结果为工程化应用提供了参考和借鉴价值。
关键词：柔性直流配电网；电压源换流器；换流器控制保护；阀控单元；中控板中图分类号：ＴＭ７７１ 文献标志码：Ａ 文章编号：２０９５ ８１８８（２０２２）１１ ００６９ ０５ＤＯＩ：１０．１６６２８／ｊ．ｃｎｋｉ．２０９５ ８１８８．２０２２．１１．０１２ＣｏｎｔｒｏｌａｎｄＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍＩｎｔｅｒｆａｃｅＤｅｓｉｇｎｆｏｒＶＳＣＣｏｎｖｅｒｔｅｒｏｆＦｌｅｘｉｂｌｅＤＣＤｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎＮｅｔｗｏｒｋＣＨＥＮＲｕｉ１， ＤＯＮＧＨｕａｌｉａｎｇ１， ＺＥＮＧＪｉｅ１， ＴＥＮＧＬｉｎｙａｎｇ２，３，ＨＥＱｉｎｇｌｉａｎ２，３， ＨＵＡＮＧＭｅｎｇｊｕｎ２，３（１．ＣｈｉｎａＳｏｕｔｈｅｒｎＰｏｗｅｒＧｒｉｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ５１００８０，Ｃｈｉｎａ；２．ＸＪＥｌｅｃｔｒｉｃＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｘｕｃｈａｎｇ４６１０００，Ｃｈｉｎａ；３．ＸＪＧｒｏｕｐＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｘｕｃｈａｎｇ４６１０００，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＣｏｍｂｉｎｅｄｗｉｔｈｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｔｈｅｃｏｎｖｅｒｔｅｒｃｏｎｔｒｏｌａｎｄｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｉｎｔｈｅｆｌｅｘｉｂｌｅＤＣｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｎｅｔｗｏｒｋ，ｔｈｅｉｎｔｅｒｆａｃｅｄｅｓｉｇｎｓｃｈｅｍｅｏｆｖｏｌｔａｇｅｓｏｕｒｃｅｃｏｎｖｅｒｔｅｒ（ＶＳＣ）ｃｏｎｖｅｒｔｅｒｃｏｎｔｒｏｌａｎｄｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｓｕｉｔａｂｌｅｆｏｒｆｌｅｘｉｂｌｅＤＣｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｎｅｔｗｏｒｋｉｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．Ｔｈｅｆｕｎｃｔｉｏｎｓｏｆｃｏｎｖｅｒｔｅｒｃｏｎｔｒｏｌａｎｄｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ，ｖａｌｖｅｃｏｎｔｒｏｌｕｎｉｔａｎｄｐｏｗｅｒｓｕｂｍｏｄｕｌｅａｒｅｄｅｓｃｒｉｂｅｄ，ａｎｄｔｈｅｔｏｐｏｌｏｇｙｏｆｈａｌｆｂｒｉｄｇｅｐｏｗｅｒｓｕｂｍｏｄｕｌｅｉｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｉｎｄｅｔａｉｌ．Ｔｈｅｐｈｙｓｉｃａｌｌａｙｅｒｍｏｄｅａｎｄｓｐｅｃｉｆｉｃｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｃｏｎｔｅｎｔｂｅｔｗｅｅｎｅａｃｈｌｅｖｅｌａｒｅｄｅｓｃｒｉｂｅｄ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇｔｈｅｕｐ ｄｏｗｎｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｃｏｎｔｅｎｔｏｆｃｏｎｖｅｒｔｅｒｃｏｎｔｒｏｌｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄｖａｌｖｅｃｏｎｔｒｏｌｕｎｉｔ，ｔｈｅｕｐ ｄｏｗｎｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｃｏｎｔｅｎｔｏｆｖａｌｖｅｃｏｎｔｒｏｌｕｎｉｔａｎｄｐｏｗｅｒｓｕｂｍｏｄｕｌｅｃｅｎｔｒａｌｃｏｎｔｒｏｌｂｏａｒｄ，ａｎｄｔｈｅｓｕｂｍｏｄｕｌｅｓｔａｔｕｓｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｕｐｌｏａｄｅｄｂｙｔｈｅｃｅｎｔｒａｌｃｏｎｔｒｏｌｂｏａｒｄｉｓｄｅｆｉｎｅｄｉｎｄｅｔａｉｌ．Ｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｒｅｓｕｌｔｓｐｒｏｖｉｄｅｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｏｒｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｆｌｅｘｉｂｌｅＤＣｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｎｅｔｗｏｒｋ；ｖｏｌｔａｇｅｓｏｕｒｃｅｃｏｎｖｅｒｔｅｒ（ＶＳＣ）；ｃｏｎｖｅｒｔｅｒｃｏｎｔｒｏｌａｎｄｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ（ＣＣＰ）；ｖａｖｌｅｃｏｎｔｒｏｌｕｎｉｔ；ｃｅｎｔｒａｌｃｏｎｔｒｏｌｂｏａｒｄ—９６—０ 引 言伴随城市规模快速增长以及信息技术迅速发展，电网内敏感负荷、非线性负荷，以及其他重要负荷越来越多，交流配电网内线损大、供电走廊紧张等问题日益严重，电压波动、电网谐波、电压瞬时跌落以及三相不平衡现象等问题加剧，现有配电网结构和方式亟需改变［１ ３］。
柔性直流输电系统换流器技术规范()
ICS中国南方电网有限责任公司企业标准Q/CSG XXXXX—2015柔性直流输电换流器技术规范Technical specification of converters for high-voltage direct current (HVDC) transmission using voltage sourced converters (VSC)（征求意见稿）XXXX-XX-XX发布XXXX-XX-XX实施中国南方电网有限责任公司发布目次前言 (III)1 范围 (1)2 规范性引用文件 (1)3 术语和定义 (1)3.1 额定直流电流 rated direct current (1)3.2最大直流电流maximum direct current (2)3.3 短时过载（过负荷）直流电流short time overload direct current (2)3.4 额定直流电压rated direct voltage (2)3.5 额定直流功率rated direct power (2)4 文字符号和缩略语 (2)4.1 文字符号 (2)4.2 缩略语 (2)5 使用条件 (2)5.1 一般使用条件的规定 (3)5.2 特殊使用条件的规定 (3)6 技术参数和性能要求 (3)6.1 总则 (3)6.2 换流器电气结构 (4)6.3 阀设计 (5)6.4 机械性能 (6)6.5 电气性能 (7)6.6 冗余度 (7)6.7 阀损耗的确定 (8)6.8 阀冷却系统 (8)6.9 防火防爆设计 (8)6.10 阀控制保护设计 (8)7 试验 (9)7.1 试验总则 (9)7.2 型式试验 (9)7.3 例行试验 (11)7.4 长期老化试验 (11)7.5 现场试验 (12)8 其它要求 (12)8.1 质量及使用寿命 (12)8.2 尺寸和重量 (12)8.3 铭牌 (12)8.4 包装和运输 (12)8.5 安装 (12)8.6 备品备件 (13)8.7 专用工具和仪表 (13)附录 A （资料性附录）换流器技术参数表 (1)附录 B （资料性附录）换流器及其附属设备损耗表 (1)前言本标准参照了IEC62747《基于电压源换流器的高压直流系统术语》及IEC62501《高压直流输电用电压源换流器阀-电气试验》，规定了柔性直流输电用换流器的使用条件、技术性能和参数要求。
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ICS中国南方电网有限责任公司企业标准Q/CSG XXXXX—2015柔性直流输电换流器技术规范Technical specification of converters for high-voltage direct current (HVDC) transmission using voltage sourced converters (VSC)（征求意见稿）XXXX-XX-XX发布XXXX-XX-XX实施中国南方电网有限责任公司发布目次前言 (III)1 范围 (1)2 规范性引用文件 (1)3 术语和定义 (1)3.1 额定直流电流 rated direct current (1)3.2最大直流电流maximum direct current (2)3.3 短时过载（过负荷）直流电流short time overload direct current (2)3.4 额定直流电压rated direct voltage (2)3.5 额定直流功率rated direct power (2)4 文字符号和缩略语 (2)4.1 文字符号 (2)4.2 缩略语 (2)5 使用条件 (2)5.1 一般使用条件的规定 (3)5.2 特殊使用条件的规定 (3)6 技术参数和性能要求 (3)6.1 总则 (3)6.2 换流器电气结构 (4)6.3 阀设计 (5)6.4 机械性能 (6)6.5 电气性能 (7)6.6 冗余度 (7)6.7 阀损耗的确定 (8)6.8 阀冷却系统 (8)6.9 防火防爆设计 (8)6.10 阀控制保护设计 (8)7 试验 (9)7.1 试验总则 (9)7.2 型式试验 (9)7.3 例行试验 (11)7.4 长期老化试验 (11)7.5 现场试验 (12)8 其它要求 (12)8.1 质量及使用寿命 (12)8.2 尺寸和重量 (12)8.3 铭牌 (12)8.4 包装和运输 (12)8.5 安装 (12)8.6 备品备件 (13)8.7 专用工具和仪表 (13)附录 A （资料性附录）换流器技术参数表 (1)附录 B （资料性附录）换流器及其附属设备损耗表 (1)前言本标准参照了IEC62747《基于电压源换流器的高压直流系统术语》及IEC62501《高压直流输电用电压源换流器阀-电气试验》，规定了柔性直流输电用换流器的使用条件、技术性能和参数要求。
该技术规范的适用范围、规范化引用文件、符号和缩写、术语和定义在规范中进行了描述。
本标准的附录A为资料性附录。
本标准由公司设备部、南方电网科学研究院有限责任公司提出。
本标准起草单位：南方电网科学研究院有限责任公司。
本标准主要起草人：本标准在执行过程中的意见或建议可反馈至**************。
柔性直流输电换流器技术规范1 范围本标准规定了柔性直流输电用模块化多电平换流器阀（以下简称阀）设计的基本要求。
本标准适用于水冷却、空气绝缘、户内安装的阀。
2 规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。
凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文件。
凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
GB/T 3859.1 半导体变流器基本要求的规定（GB/T 3859.1-1993，eqv IEC 60146-1-1:1991）GB/T 13498 高压直流输电术语（GB/T 13498-2007，IEC 60633:1998,IDT）GB/T 17741 工程场地地震安全性评价GB/T 20989 高压直流换流站损耗的确定（GB/T 20989-2007，IEC 61803:1999,IDT）GB 26218.1-2010 污秽条件下使用的高压绝缘子的选择和尺寸确定第1部分：定义、信息和一般原则GBT 29629-2013 静止无功补偿装置水冷却设备GBT 30425-2013 高压直流输电换流阀水冷却设备GB/T30553 基于电压源换流器的高压直流输电GB/T XXXX-XXXX 高压直流输电用电压源变流器（VSC）阀--电气试验(IEC 62501：2014 ,IDT)（待发布）GB 50260-2013 电力设施抗震设计规范IEC 62271-2 高压开关设备和控制设备.第2部分:额定电压72.5kV及以上的地震特性IEC 62747：2014 用于高压直流输电的电压源换流器术语[Terminology for voltage-sourced converters (VSC) for high voltage direct current(HVDC) systems]IEC 62751-1：2014 用于高压直流输电的电压源换流器损耗的确定第1部分：基本要求[Power losses in voltage sourced converter(VSC) valves for high-voltage direct current (HVDC) systems-part 1:General requirements]IEC 62751-2: 2014 用于高压直流输电的电压源换流器损耗的确定第2部分：模块化多电平换流器[Power losses in voltage sourced converter (VSC) valves for high-voltage direct current (HVDC) systems-part 2:Modular multilevel converters]3 术语和定义GB/T 13498和IEC 62747界定的以及下列术语和定义适用于本文件。
3.1 额定直流电流 rated direct current按规定的运行条件下，换流器允许长期向负载连续输出的直流电流。
3.2 最大直流电流maximum direct current在规定的运行条件下，换流器长期向负载连续输出的直流电流最大值。
3.3 短时过载（过负荷）直流电流short time overload direct current在规定的运行条件下，换流器短时（如3 s）向负载连续输出的直流电流最大值。
注：一般在不同冷却媒质和环境温度下有不同值。
3.4 额定直流电压rated direct voltage在规定的运行条件下，换流器输出的直流电压。
3.5 额定直流功率rated direct power额定直流电压与额定直流电流之积。
4 文字符号和缩略语4.1 文字符号下列符号适用于本文件。
功率模块电容放电时间常数ΔT 阀进出水温差C冷却液的比热常数F r 单桥臂中串联功率模块冗余度k d单桥臂总电压分布系数k dm 设计余量系数N t 单桥臂中串联功率模块总数N r 单桥臂中串联功率模块冗余数P T 阀总损耗P AV功率器件的稳态损耗ΔP功率器件的瞬态损耗与稳态损耗之差q冷却液流量R jc功率器件的结壳热阻R ja功率器件的总热阻T min 功率模块电容放电时间4.2 缩略语下列缩略语适用于本文件。
IGBT绝缘栅双极型晶体管IEGT注入增强栅型IGBT5 使用条件5.1 一般使用条件的规定5.1.1 抗震要求阀设计应考虑换流站站址的地震条件，按照IEC 62271-2、GB 50260-2013、GB/T 17741的要求设计。
5.1.2 阀的正常使用环境条件阀设计应考虑环境条件，包括以下方面：——阀厅一般按海拔1000 m设计（海拔高于1000 m时，应根据相关标准修正设计）；——阀厅正常温度范围为10℃～50℃；——相对湿度最大值为60％；——污秽等级为户内，爬电比距一般为14mm/kV；——阀厅应保持微正压。
5.1.3 阀控制保护设备的环境条件阀控制保护设备设计应考虑环境条件，包括以下方面：——户内，带通风和空调，需控制湿度和空气温度以防止发生凝露；——正常温度范围为5℃～45 ℃；——相对湿度为25～60%；5.2 特殊使用条件的规定超出5.1条款规定使用条件为特殊使用条件，特殊使用条件的规定应该询价和订货时说明，并在工程技术规范中提出，制造商在设计时充分考虑。
6 技术参数和性能要求6.1 总则换流器必须结构合理、运行可靠、维护方便。
换流器不仅应具有承受正常运行电压和电流的能力，而且还应具有承受由于站内各部分故障或交流系统故障造成的冲击电压和电流的能力。
换流器必须设计成故障容许型。
在两次计划检修之间的运行周期内，阀元部件的故障或损坏不会造成更多元部件级的损坏。
6.1.1 额定直流电压等级额定直流电压（kV）可在下列数值中选取，具体值由业主和制造商确定。
60，160，320，400，500，640，700，1000。
6.1.2 额定直流电流等级额定直流电流（A）可在下列数值中选取，具体值由业主和制造商确定。
156，250，312.5，500，625，750，1000，1250，1429，1560，2000，2500，3000。
注：以上额定值是参考GB/T 3859.1的要求，结合已有直流工程的电压、电流等级在R10数系中选取的。
6.2 换流器电气结构6.2.1 概述柔性直流输电系统多采用模块化多电平换流器拓扑结构。
单个换流器一般由三相、六个桥臂组成。
每相桥臂包含若干个阀塔。
每个阀塔一般分层布置有多个阀段，每个阀段由多个功率模块串联组成。
6.2.2 功率模块最小换流电路单元，具备完整的交直流变换功能。
主要（至少）由两个开关器件（IGBT、IEGT等全控型电力电子器件）和一个直流电容器构成。
功率模块（半桥型）的典型结构如图1所示。
6.2.3 阀段阀段由若干个相同的功率模块串联组成，每个阀段所承受的电压为功率模块数乘以每个功率模块的工作电压。
阀段结构示意如图1所示。
6.2.4 阀塔阀塔由若干个阀段组成，采用独立的支撑/悬吊结构。
6.2.5 桥臂若干个阀塔与一个桥臂电抗器构成一个桥臂。
桥臂结构示意如图1所示。
6.2.6 相单元每相的上、下桥臂构成一个相单元。
相单元结构示意如图1中方框内所示。
6.2.7 换流器通常由3个相单元构成。
换流器结构示意如图1所示。
功率模块相单元换流器阀段桥臂图1 换流器拓扑结构6.3 阀设计6.3.1 一般要求阀的设计应满足柔性直流输电工程技术规范的要求，能够承受正常运行以及由于设备故障或系统故障引起的应力。
在规定的运行周期和冗余范围内，应保证阀在某些部件发生故障或损坏时，仍具有正常的运行能力。
阀设计时应考虑以下基本技术要求（但不限于）：——阀塔类型；——阀组成元件的类型和数量，包括功率器件、直流电容器等；——阀保护类型；——阀电压应力，包括过电压水平等；——阀电流应力，包括故障电流、过载等；——阀冷却系统形式和相关技术参数。