柔性直流输电系统拓扑结构研究综述_蒋冠前
柔性直流输电系统的换流器拓扑结构
Ｓ Ｏ Ｉ Ｅ Ｎ Ｃ Ｅ ＆ Ｔ Ｅ Ｃ Ｈ Ｎ ０ Ｌ Ｏ Ｇ Ｙ ２ ０ 。 １ ３ Ｎ Ｏ ， 。 ． ２ ３ ． １ ｊ ｛ 圆
柔性 直 流输 电 系统 的换 流器 拓 扑 结构
屠 卿 瑞 （ 广东 电网 电力调 度控 制 中， 广东广州 ５ １ ０ ６ ０ ０ ） 摘 要： 为研 究柔性直 流输 电系统的发展趋 势 ， 通过 分析 不 同类型的换 流 阀拓扑结 构， 比较 它们的优缺 点 ， 指 出采 用 包舍 全桥 子模块或籍 住 双 子 模 块 的 模 块 化 多 电平 换 流 器 ， 是 未来 柔 性 直 流 输 电 技 术 的 发展 方 向 ， 关键 词 ： 柔性直流输 电 模块化 多电平 半桥子模块 全桥 子模块 藉住双 子模块 中圈 分 类 号 ： Ｔ Ｍ４ ６ 文献标识码 ： Ａ 文章 编 号 ： １ ６ ７ ２ － ３ ７ ９ １ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ８ （ ｂ ） 一 ０ １ １ ３ － ０ １ 根据 换流 阀能 否主动 切断 电流 ， 一 般 电 科 院 组 织 国 内 权 威 专 家 在 北 京 召 开 的 轻 型 直 流 输 电 系 统 关 键 技 术 研 究 框架 研 将 高压 直 流 输 电 技 术 分 为两 类ｎ １ 。 第 一类 以 “ 晶闸管为主 要器件 ， 需 要 交 流 电 网 提 供 换 讨 会 ” ， 与 会 专 家 一致 建 议 将 基 于 ＶＳ Ｃ 技 术 相 电压 ， 因此 被 称 为 电 网换 相 换 流 器 型 直 的 直 流 输 电 统称 为 “ 柔性直流输 电” Ｉ ｔ 】 。 流输 电（ Ｌ ｉ ｎ ｅ Ｃ ｏ ｍｍｕ ｔ ａ ｔ ｅ ｄ Ｃ ｏ ｎ ｖ ｅ ｒ ｔ ｅ ｒ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ
ＨＶＤＣ， ＬＣＣ—ＨＶＤＣ） ； 另 一 类 换 流 阀 采 用
柔性直流输电技术概述
电力系统2020.9 电力系统装备丨79Electric System2020年第9期2020 No.9电力系统装备Electric Power System Equipment2006年，中国电力科学研究院组织研讨会将基于电压源换流器（VSC ）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”翻译自单词“Flexible ”，主要指相较于常规直流输电技术。
柔性直流输电技术的控制手段更为灵活[1]，并且具有对交流系统无依赖、运行方式多样等优点，为异步电网互联、新能源接入、电力市场构建等应用场景提供了新的解决方案[2]。
我国首个柔性直流输电工程于2011年投运。
经过近年来不断发展，在电压等级、系统容量、拓扑结构等方面均取得了长足的进步，已经在柔性直流技术的诸多领域处于世界领先地位[3]。
1 发展历程回顾通过电压源换流器来实现高压直流输电的技术方案最早由加拿大McGill 大学的Boon-Teck 等人于1990年提出。
随着柔性直流技术的发展，国际上多个电力权威学术组织将这种新兴输电方式命名为电压源换流器型直流输电（VSCHVDC ）。
ABB 公司对其投入大量研究力量，取得一系列专利成果，多年来一直在该领域处于世界领先地位，并将这种输电方式称为轻型直流输电（HVDCLight ）。
2006年，中国电力科学研究院经过讨论将其统一命名为“柔性直流输电”。
世界上第一条柔性直流输电工程于1997年投入工业试验运行，由瑞典投资建设，电压等级10 kV ，容量3 MW 。
随后，欧美各国纷纷开始了柔性直流输电技术的理论研究与工程建设，主要应用于新能源并网、电网互联、海上钻井平台供电等领域，早期的柔性直流工程几乎全部由ABB 制造。
国内的柔性直流输电工程最早始于2011年，经历了从无到有，电压等级从低到高，输电容量从小到大，拓扑结构由简单到复杂的发展历程。
2011年7月，亚洲首个具有自主知识产权的柔性直流工程上海南汇风电场工程投运，电压等级±30 kV ；2013年12月，世界上第一个多端柔性直流工程南澳示范工程顺利投产，电压等级±160 kV ；2014年7月，世界范围内首个五端柔性直流输电工程舟山工程建成，电压等级±200 kV ；2015年12月，采用真双极接线的厦门柔性直流输电示范工程正式投运，电压等级±320 kV ，标志着我国在高压大容量柔性直流输电工程设计、设备制造、工程施工调试、运营等关键技术方面达到世界领先水平；2016年8月，位于云南省曲靖市罗平县的鲁西背靠背异步联网工程顺利投运，电压等级±350 kV ，是世界上首次采用大容量柔性直流与常规直流组合的背靠背直流工程；2016年12月，渝鄂直流背靠背联网工程正式核准建设，电压等级±420 kV ，是世界上电压等级最高、规模最大的柔性直流背靠背工程；2019年12月，张北±500 kV 柔性直流示范工程进入全面调试阶段，构建了输送大规模风、光、抽蓄等多种能源的四端环形柔性直流电网，标致着我国柔性直流输电技术迈向新的高度。
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。
直流配电网拓扑结构与可靠性研究
直流配电网拓扑结构与可靠性研究1、本文概述随着能源结构的转变和电力需求的增长，直流配电网以其高效、低损耗、易于控制等优点引起了人们的广泛关注。
直流配电网的拓扑结构和可靠性是保证其稳定运行的关键因素。
本文旨在深入探讨直流配电网的拓扑设计及其对系统可靠性的影响。
本文将总结直流配电网的基本概念、发展历史以及与传统交流配电网的比较优势。
接下来，将对直流配电网的几种常见拓扑结构进行详细分析，包括径向、环形、多端直流等，并比较这些结构的优缺点。
本文将在深入研究拓扑结构的基础上，进一步探讨直流配电网的可靠性分析。
这包括评估系统从故障中恢复的能力，建立系统组件的可靠性模型，以及基于不同拓扑结构计算可靠性指标。
本文将结合实际案例，分析特定直流配电网拓扑结构在实际运行中的性能，评估其可靠性，并提出优化建议。
通过这些研究，本文旨在为直流配电网的设计、运行和优化提供理论依据和实践指导，促进直流配电网健康发展。
2、直流配电网拓扑结构概述直流配电网作为新型电力系统的重要组成部分，其拓扑结构直接关系到系统的稳定性、可靠性和经济性。
本节将对直流配电网的主要拓扑结构进行概述，旨在为后续的可靠性分析提供理论依据。
辐射拓扑结构：辐射拓扑是直流配电网中最常见的结构，以直流母线为中心，每条支线呈放射状分布。
这种结构简单明了，易于控制和管理，但缺点是一旦总线发生故障，整个系统都会受到影响。
环形拓扑结构：环形拓扑通过多环路设计提高系统可靠性。
在这种结构中，电源和负载通过多个闭合电路连接。
当一个电路发生故障时，其他电路可以继续供电，确保供电的连续性。
但这也增加了系统的复杂性和成本。
多端直流输电（MTDC）系统：MTDC系统通过多个换流站与交流系统相连，实现多方向的电力流动。
这种结构有利于提高系统的灵活性和稳定性，但控制策略更为复杂。
混合拓扑结构：混合拓扑结合了辐射和环形网络的特点，确保了供电的可靠性，同时避免了过于复杂的系统。
这种结构在实际应用中非常常见。
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。
可控电压源型柔性直流输电换流器拓扑综述
２ 其他可控 电压 源型换流器子模块结构
尽 管 Ｍ模块 化 程度 上有 着显 著 优势 ， 但 该 技 术 本
・
９・
贵州电力技术
第 １ ６卷
身 还 带 有 固 定 的 技 术 局 限性 ， 如 仍 然 不 具 备 直 流 故 障清除能力 、 在 高 压 大 容 量 应 用 领 域 模 块 数 会 急剧 增 大 造 成 控 制 系 统 的 高 复 杂 性 。 针 对 ＭＭＣ 拓扑 的不 足 ， 工 业 界 和 学 术 界 提 出 了 许 多 方 案 ， 最 主 要 的 区 别 在 于 与 图 ２（ ａ ） 所 示 子 模
扑 结 构 如 图 １所 示 。
风电接人） 、 向无源 电网供 电（ 如海 岛供 电， 海上钻 井平台） 、 异 步 电 网互 联 、 城 市 配 网等 诸 多 领域 有 着
广 阔 的应用 前景 ， 因此 吸引 了学 术 界 和 工业 界 越 来 越 多 的关注 。国 内外 投入 的十几 个柔性 直 流输 电工 程也 都 取得 了不 错 的成 效 ， 其 中绝 大部 分工 程 的换
可 控 电压 源 型 柔 性 直 流 输 电 换 流 器 拓 扑 综 述
周 敏， 张劲松 ， 刘宇 思
（ 中国能源建设 集团广 东省 电力设计研 究院， 广东 广州 ５ １ ０ ６ ６ ３ ）
摘
要： 为分析 不 同可控 电压 源型 柔性 直流 输 电换 流 器拓扑 结构 的技 术特点 ， 围绕模 块化 多 电平 换 流器 （ Ｍ ｏ ｄ ｌａ ｕ ｒ
柔 性直 流 输 电技术 是 高压大 功率 电力 电子 应用
公 司相 继 提 出 了 许 多 拓 扑 ， 基 本 结 构 和 运 行 原 理
三极柔性直流输电拓扑结构与控制策略研究的开题报告
三极柔性直流输电拓扑结构与控制策略研究的开题
报告
一、选题背景
随着电力需求的不断增长，传统输电线路已经无法满足长距离、高
容量输电的需求。
而普通的柔性交流输电技术，无法实现真正意义上的
直流输电。
因此，三极柔性直流输电技术成为解决长距离、高容量输电
问题的重要技术。
该技术具有高效、低损失、稳定等优点，正在成为电
力输电领域的热门技术。
二、研究内容
本研究将重点研究三极柔性直流输电的拓扑结构与控制策略。
针对
电力传输需要，设计合适的三极柔性直流输电拓扑结构，提高其性能，
并研究基于电压控制的三极柔性直流输电控制策略，进一步提高其稳定
性和运行效率。
三、研究方法
本研究将采用理论分析与仿真模拟相结合的方法进行研究。
首先，
对三极柔性直流输电的工作原理、拓扑结构和控制策略进行理论分析；
其次，利用PSCAD/EMTDC软件对三极柔性直流输电系统进行仿真模拟，验证其性能和稳定性；最后，通过实验验证，验证研究结果的正确性和
实用性。
四、研究意义
该研究对于研究三极柔性直流输电的基本理论和完善其实际应用有
重要意义。
通过优化拓扑结构和控制策略，进一步提高三极柔性直流输
电的效率和稳定性，使其更好地服务于电力系统。
五、研究进展
目前，已完成三极柔性直流输电的基本理论研究和拓扑结构设计。
正在进行基于电压控制的控制策略研究和仿真模拟。
预计在未来的研究中，将进一步完善三极柔性直流输电的控制策略并进行实验验证。
柔性交流输电系统的研究进展及应用前景
柔性交流输电系统的研究进展及应用前景柔性交流输电系统是指利用先进的电力电子技术，通过调节电流、电压和频率来实现对电力传输的控制，以提高传输效率并保证系统的稳定运行。
本文将探讨柔性交流输电系统在研究、发展和应用方面的进展，以及其应用前景。
目前，柔性交流输电系统作为电力系统领域的前沿技术之一，得到了广泛的研究和应用。
随着电力系统的规模不断扩大和电力负荷的增加，传统的交流输电系统面临着传输损耗大、稳定性差、电压脉动等问题。
而柔性交流输电系统通过控制电力电子装置，可以提高电力传输效率、增强系统稳定性、降低能耗和环境影响。
在研究方面，柔性交流输电系统涉及多个学科领域的合作与研究，如电力系统、电力电子技术、智能控制等。
一方面，研究者不断探索新型的电力电子器件和拓扑结构，以提高柔性交流输电系统的性能。
例如，采用多电平拓扑结构、混合型电力电子拓扑、多储能系统等技术，可以提高系统的电能质量和效率。
另一方面，研究者致力于开发智能化的控制策略和算法，以实现对柔性交流输电系统的精确控制和优化运行。
这些控制策略包括模型预测控制、无模型控制、统计优化控制等，进一步提高系统的稳定性和传输能力。
在应用方面，柔性交流输电系统已经得到了一些领域的广泛应用。
其中最为重要的应用之一是远距离大容量电力传输。
传统的输电系统存在较大的传输损耗，而柔性交流输电系统可以通过合理的控制手段，减少损耗，提高传输效率。
此外，柔性交流输电系统还用于区域间的电力交换和调度，以提高电网的灵活性和可靠性。
同时，柔性交流输电系统还可以用于对电力系统的负荷和故障进行控制和管理，以实现对系统的快速响应和稳定运行。
未来，柔性交流输电系统有着广阔的应用前景。
随着清洁能源的快速发展和大规模智能电网的建设，柔性交流输电系统将成为实现可再生能源与传统电网的有效衔接和互联互通的关键技术。
此外，柔性交流输电系统也将在电动汽车充电设施、数据中心电力供应等领域发挥重要作用，为社会经济的可持续发展做出贡献。
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。
柔性直流输电技术综述
柔性直流输电技术综述徐 政，陈海荣，潘武略，张静，张帆，常勇(浙江大学电机系，浙江省杭州市 310017，hvdc@)摘要：本文详细介绍了柔性直流输电的系统结构、基本工作原理和技术特点；总结了ABB公司几个典型应用工程的相关技术参数及其技术发展现状；重点分析了在工程应用中，柔性直流输电的关键技术及需要重点研究的几个方面的基础理论问题。
1 引言自1954年世界上第一个直流输电工程（瑞典本土至Gotland岛的20MW、100kV 海底直流电缆输电）投入商业化运行至今，直流输电系统的换流元件经历了从汞弧阀到晶闸管阀的变革。
然而，由于晶闸管阀关断不可控，使目前广泛采用的基于晶闸管的电流源型高压直流输电技术具有以下固有缺陷：①只能工作在有源逆变状态，且受端系统必须有足够大的短路容量，否则容易发生换相失败；②换流器产生的谐波次数低、容量大；③换流器需吸收大量的无功功率，需要大量的滤波和无功补偿装置；④换流站占地面积大、投资大。
因此，基于晶闸管的电流源型直流输电技术主要用于远距离大容量输电、海底电缆输电和交流电网的互联等领域。
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。
随着电力电子器件和控制技术的发展，换流站采用IGBT、IGCT等元件构成电压源型换流站（Voltage Source Converter，VSC）来进行直流输电成为可能。
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
具有直流故障阻断能力的逆阻型混合子模块拓扑
浅析柔性直流输电系统拓扑结构
浅析柔性直流输电系统拓扑结构柔性直流输电系统具有线路损耗低、可控性强等优势，成为当前电力网大力发展的输电方案。
柔性直流输电系统的拓扑结构则是输电工程中的关键技术之一，决定输电网络的性能。
文章分析了柔性直流输电系统的技术原理，重点对柔性直流输电系统的拓扑结构进行了研究，为柔性直流输电系统的拓扑结构方案设计与应用提供理论参考。
标签：柔性直流;输电系统;拓扑结构;输电方案一、引言随着国民经济的快速发展，能源的需求不断攀升，电力能源无论在发电、输电、配电等方面都有着很大的技术发展，但随着电力能源的发展，也出现了很多新的技术难题传统的交流输电和直流输电技术目前还无法在技术效益和经济效益上有效地解决以上难题。
而随着电力电子器件和控制技术的发展，采用IGBT、IGCT 等新型全控电力电子器件构成电压源型换流站（V oltage Source Converter，VSC）进行直流输电成为可能。
柔性直流输电技术不需要交流系统提供换相容量、可以向无源负荷供电，在促进大规模风力发电场并网、城市供电和孤岛供电等新技术的发展，满足持续快速增长的能源需求和能源的清洁高效利用，有着非常显著的作用。
二、柔性直流输电系统的技术原理目前工程领域常用的柔性直流输电系统主要采用3种方式：两电平电压源换流器、多电平电压源换流器和模块化多电平电压源换流器（MMC）。
1.两电平电压源换流器的技术原理两电平电压源换流器的每一相都有2个桥臂，因此共有6个桥臂构成，每个桥臂都是由二极管和IGBT通过并联方式组成，如图1所示。
在工程应用中，为了提高柔性直流输电系统的供电电压和供电容量，一般可将多个二极管和IGBT 并联再串联。
并联的二极管与IGBT所串联的个数直接决定VSC的额定功率和耐压强度。
在两电平电压源换流器的设计中，每一相的2个桥臂上的IGBT均可以单独导通，并单独输出2个电平，最后通过PWM对输出电平进行调制，最终得到柔性直流输电波形。
两电平电压源换流器通过增加串联的二极管和GBIT提高供电电压和电流，因此在大容量直流输电方面存在较大技术缺陷。
一种新型拓扑的背靠背柔性直流输电系统及其仿真
一种新型拓扑的背靠背柔性直流输电系统及其仿真
周国梁;石新春
【期刊名称】《高压电器》
【年(卷),期】2008(44)2
【摘要】从降低电力电子器件直接串联数目、器件开关频率和简化主电路拓扑结构3个方面出发,提出一种基于模块级联的背靠背柔性直流输电结构。
选用了高压大电流、低导通损耗而开关频率却相对较低的开关器件IGCT,设计了基于该系统模型的控制系统,确定了其控制策略。
MATLAB软件仿真结果证实了笔者提出的背靠背柔性直流输电系统模型的正确性和控制策略的有效性。
【总页数】4页(P104-106)
【关键词】柔性直流输电;背靠背;IGCT;拓扑;模块级联
【作者】周国梁;石新春
【作者单位】华北电力大学电力系统保护与动态安全监控教育部重点实验室【正文语种】中文
【中图分类】TM721.1
【相关文献】
1.背靠背输电系统中柔性直流与常规直流的协调控制策略 [J], 赵荣妹
2.背靠背输电系统中柔性直流与常规直流的协调控制策略 [J], 赵荣妹;
3.基于MMC的背靠背柔性直流输电系统控制策略 [J], 阳岳希;杨杰;贺之渊;李强;许韦华
4.背靠背输电系统中柔性直流与常规直流的协调控制策略 [J], 许树楷;罗雨
5.云南电网故障对鲁西背靠背柔性直流输电系统的影响 [J], 褚海洋; 李标俊; 莫跃; 宋海彬; 邓柱锋; 葛菁; 包也
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一种柔性直流配电网直流侧故障保护方法
一种柔性直流配电网直流侧故障保护方法
曾钰;邹贵彬;孙辰军;蒋灵通
【期刊名称】《电力信息与通信技术》
【年(卷),期】2018(016)007
【摘要】为了解决柔性直流配电网的故障保护问题,文章在典型柔性直流配电网单双极故障特征分析的基础上,提出了一种电流行波极性比较式方向保护方法,可准确判定故障极和故障线路,减小停电范围。
借助PSCAD/EMTDC软件,搭建了基于模块化多电平换流器（MMC）的包含交直流负荷和分布式电源的对称单极柔性直流配电网模型,对上述模型和方法进行综合仿真,验证了其有效性。
【总页数】7页(P80-86)
【作者】曾钰;邹贵彬;孙辰军;蒋灵通
【作者单位】[1]山东大学电网智能化调度与控制教育部重点实验室,山东济南250061;;[1]山东大学电网智能化调度与控制教育部重点实验室,山东济南250061;;[2]国网河北省电力公司,河北石家庄050021;;[1]山东大学电网智能化调度与控制教育部重点实验室,山东济南250061
【正文语种】中文
【中图分类】TM721.1
【相关文献】
1.一种柔性直流配电网直流侧r故障保护方法 [J], 曾钰;邹贵彬;孙辰军;蒋灵通
2.柔性直流配电网直流线路故障定位综述 [J], 吴羚敏;陈达
3.基于直流电抗电压的柔性直流配电网故障测距方法 [J], 周嘉阳;李凤婷;刘渊;辛超山;达塔娜
4.一种适用于中压直流配电网单极故障的保护方法 [J], 高淑萍;邵明星;宋国兵;段必聪;徐振曦
5.基于暂态功率方向的柔性直流配电网线路单极接地保护方法 [J], 李卫丰;王超;薛永端;李娟;徐丙垠
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0 引言
随着国民经济的快速发展，能源的需求不断攀 升，电力能源无论在发电、输电、配电等方面都有 着很大的技术发展，但随着电力能源的发展，也出 现了很多新的技术难题，其中就输电方面有以下方 面： 1) 分散、小型、远离负荷中心的可再生能源发 电经济并网技术； 2) 海上钻探平台、孤立小岛等无源负荷经济供 电技术； 3) 城市电负荷扩容及城市电网改造技术； 4) 边远地区供电； 5) 微电网并网；
国际上 ABB 公司柔性直流输电走在世界前列， 占据了绝大部分市场份额。在世界范围内已有十几 个商业化工程投入运行，其最高直流电压为±150 kV，最大传送功率为 400 MW。西门子公司仅在美 国建立了 Trans bay cable 直流输电工程，而阿尔斯 通电网公司目前也在加紧柔性直流输电方面的研 究，目前仅建立了小功率模块化多电平拓扑柔性直 流输电试验系统，估计在不久的将来也会推广到工 程应用。 2.1 美国-墨西哥背靠背直流输电工程 位于 Eagle Pass 的背靠背柔性直流输电工程投 运于 2000 年， 位于美国德州和墨西哥边境附近， 采 用三电平 VSC-HVDC 技术，两侧交流电压 132/132
6) 非同步电网的并网。 传统的交流输电和直流输电技术目前还无法在 技术效益和经济效益上有效地解决以上难题。而随 着电力电子器件和控制技术的发展，采用 IGBT、 IGCT 等新型全控电力电子器件构成电压源型换流 站(Voltage Source Converter， VSC) 进行直流输电成 为可能。柔性直流输电技术不需要交流系统提供换 相容量、可以向无源负荷供电[1]，在促进大规模风 力发电场并网[2-4]、 城市供电和孤岛供电等新技术的 发展，满足持续快速增长的能源需求和能源的清洁 高效利用，有着非常显著的作用。同时 VSC-HVDC 技术还兼具良好的可控性、输电容量大、输出电压 谐波量小、具有动态无功补偿功能、成本低、损耗 小等优点，因此柔性直流输电技术越来越成为输电
图 1 两电平 VSC 结构图 Fig. 1 Curve configuration of two-level VSC
蒋冠前，等
柔性直流输电系统拓扑结构研究综述
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(IGBT)和二极管并联构成；为了提高电压和容量， 可以用多个绝缘栅双极性晶体管和二极管并联后再 串联；串联的个数(图 1 中“n”)则决定于换流器的 电压等级、额定功率，以及电力电子开关器件的通 流能力和耐压强度。 如图 1 所示，每相的上下两个桥臂 IGBT 轮流 导通，当上桥臂导通时，输出直流电压为+Udc/2， 当下桥臂导通时，输出直流电压为-Udc/2，所以两 电平换流器各相仅能输出两个电平：+Udc/2 和-Udc /2， 其通过 PWM 来逼近正弦波，以 A 相为例，输出波 形如图 2 所示。
- [5-20]。 本文通过当前国内外 VSC-HVDC 研究状况的 差异对比，结合 VSC-HVDC 的技术发展，综合不 同种类型的柔性直流输电拓扑结构原理，分析了各 种柔性直流输电系统拓扑结构特点及优缺势。
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国内重大柔性直流输电工程
我国柔性直流输电技术发展起步较晚，目前建 成的仅有上海南汇风电场柔性直流输电示范工程和 南澳±160 kV 多端柔性直流输电示范工程工程。 1.1 上海南汇风电场柔性直流输电示范工程 2011 年 8 月投运的上海南汇风电场柔性直流输 电示范工程，是我国也是全亚洲第一个柔性直流输 电工程，额定直流电压±30 kV，额定直流电流 300 A，电缆长度 8.60 km，输送功率 18 MVA。虽然上 海南汇风电场柔性直流输电示范工程电压等级不 高、容量不大、输送距离较短，但却是我国电网建 设史上一个新的里程碑。 1.2 南澳±160 kV 多端柔性直流输电示范工程 2012 年 12 月，南澳岛上青澳、金牛两个换流 站与汕头澄海区的塑城换流站完成了三端投产启 动，南澳多端柔性直流输电工程正式投运，它是世 界上首个多端柔性直流输电示范工程。额定直流电 压±160 kV， 混合电缆长度 40.7 km， 设计容量为 200 MW。 1.3 舟山±200 kV 五端柔性直流工程 2014 年 07 月，世界首个五端柔性直流输电工 程——浙江舟山±200 kV五端柔性直流工程正式投 运，工程包括在定海、岱山、衢山、洋山、泗礁各 建一个变电站， 容量分别为 400 MW、 300 MW、 100 MW、100 MW、100 MW，输电电缆厂 140.1 km。
第 43 卷 第 15 期 2015 年 8 月 1 日
Power System Protection and Control
电力系统保护与控制
Vol.43 No.15 Aug. 1, 2015
柔性直流输电系统拓扑结构研究综述
蒋冠前 1,3，李志勇 1，杨慧霞 1,2，杨 静 1
(1.许昌开普电气研究院，河南 许昌 461000；2.合肥工业大学，安徽 合肥 230001； 3.西安交通大学，陕西 西安 710049) 摘要：柔性直流输电系统的拓扑结构是其关键技术之一，对整个工程的性能和成本影响巨大。首先介绍了国内外 柔性直流输电工程的发展情况，并分析了各种电压源换流器、模块化多电平换流器的技术原理。然后着重阐述了 柔性直流输电系统主接线拓扑结构的最新研究情况，并对其应用范围、优缺点等做了归纳和分析。在此基础上提 出将柔性直流输电仿真技术等作为下一步研究工作的重点，为今后的柔性直流输电工程拓扑方案的研究提供了一 定的理论借鉴。 关键词：电压源换流器；模块化多电平换流器；柔性直流输电；拓扑结构；分布式发电并网
图 4 三电平 VSC 单相波形 Fig. 4 Single-phase voltage of three-level VSC
压为 0。三电平换流器其实只是多电平换流器中的 一种，也可以利用多接几组共用二极管的方式，控 制输出不同的直流输出电压；对应输出三个及以上 电压等级的换流器，一般称为多电平换流器，为了 方便，本文仅以三电平为例介绍。 用同样的开关器件， 三电平 VSC 换流器的输出 电压比电平 VSC 可以提高一倍，提高了电压等级， 但由于提高电压依然需要直接串联开关器件，电容 均压问题和谐波含量大的问题依然无法得到有效的 解决。 3.3 模块化多电平换流器 模块化多电平换流器(MMC)的结构图如图 5 所
Research review on topological structure of flexible HVDC system
JIANG Guanqian1, 3, LI Zhiyong1, YANG Huixia1, 2, YANG Jing1 (1. Xuchang Ketop Electric Research Institute Research Institute, Xuchang 461000, China; 2. Hefei University of Technology, Hefei 230001, China; 3. Xi’an Jiaotong University, Xi’an 710049, China) Abstract: Topological structure is one of the key techniques of flexible HVDC, which has great influence on the performance and cost of a project. The development status of flexible HVDC projects at home and abroad are introduced and the technological principle of VSC and MMC are analyzed. Then the current research on main electrical connection topological structure of flexible HVDC system are introduced, and their application range, advantages and disadvantages, etc. are concluded and analyzed. On the basis, the suggestion about taking flexible HVDC simulation technology as the interesting direction of next research is presented. This paper provides a theoretical reference for the topological structure research of flexible HVDC system in future. Key words: VSC; MMC; flexible HVDC; topology; distributed generation 中图分类号： TM721 文献标识码：A 文章编号： 1674-3415(2015)15-0145-09
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技术原理
目前存在的柔性直流输电工程采用的电压源换 流器主要有以下三种： 两电平 VSC(电压源换流器)、 三电平 VSC、模块化多电平换流器(MMC)。 3.1 两电平 VSC 两电平 VSC 的结构图如图 1 所示， 每相两个桥 臂，共六个桥臂。每个桥臂由绝缘栅双极性晶体管
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国际上其他重大柔性直流输电工程
kV，直流电压±15.9 kV，直流电流 1 100 A，是一个 换流站工程，设备由 ABB 公司提供，主要用于电 力交易、系统互联及电压控制。 2.2 波罗的海联网直流输电工程 2006 年建成于爱沙尼亚和芬兰的波罗的海直 流输电工程，两侧交流电压 330/400 kV，直流电压 ±150 kV，传输功率 350 MW，设备由 ABB 公司提 供，主要用于解决芬兰和爱沙尼亚的电网非同步相 连，采用了陆上电缆＋海底电缆的传输方式。 2.3 Valhall offshore 直流输变电工程 挪 威 Valhall offshore 直流 输电 工程建 成于 2009 年， 工程采用 ABB 公司的设备。 直流电压±150 kV，传输功率 78 MW，输电距离 292 km。主要目 的是为海上钻井平台供电，其提高了油气田的生产 效率，减少了温室气体排放。 2.4 Trans bay cable 直流输变电工程 美国 Trans bay cable 直流输电工程建成于 2010 年，工程采用西门子公司的设备。直流电压 ±200 kV，传输功率 400 MW，输电距离 88 km。通过海 底电缆向旧金山市中心区域传输电能，主要目的是 减少该区域的供电阻塞，提高电网整体的安全性和 可靠性，降低网损。