多端柔性直流综述汇报概要
柔性直流输电系统拓扑结构研究综述
第43卷第15期电力系统保护与控制V ol.43 No.15 2015年8月1日Power System Protection and Control 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Research review on topological structure of flexible HVDC systemJIANG Guanqian1, 3, LI Zhiyong1, YANG Huixia1, 2, YANG Jing1(1. Xuchang Ketop Electric Research Institute Research Institute, Xuchang 461000, China; 2. Hefei University ofTechnology, 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)15-0145-090 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；6) 非同步电网的并网。
多端柔性直流输电技术
1、简介从上个世纪五十年代至今，高压直流输电技术（High V oltageDirectCurrent,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 Source Converter, CSC)和电压源型变流器（V oltageSource 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。
但是其固有的分散性、小型化、远离负荷中心等特点直接制约了风电利用规模的不断扩大以及传统交流输电技术和CSC-HVDC 输电技术联网的经济性。
柔性直流输电技术简述
柔性直流输电技术介绍摘要：柔性直流输电技术是一种以电压源变流器、可关断器件和脉宽调制技术为基础的新型直流输电技术。
与传统基于晶闸管的电流源型直流输电技术相比，柔性直流输电技术具有可控性高、设计施工方便环保、占地小及换流站间无需通信等优点，在可再生能源并网、分布式发电并网、孤岛供电、城市电网供电等方面具有明显的优势。
比较了几种新型的高压大容量电压源变流器的特点；分析了大规模多节点模块化多电平系统实时动态仿真技术的现状和难点；指出了柔性直流输电技术在多端直流输电领域应用的特点和难点。
介绍了欧洲、美国以及我国在柔性直流输电技术领域的应用规划。
分析表明发达国家对于柔性直流输电在可再生能源利用和智能电网发展中所起作用的极为重视，多条柔性直流输电线路在建或规划建设。
关键词：柔性直流，模块化多电平，变流器，风电场并网1 引言柔性直流输电技术（Voltage Sourced Converter, VSC）是一种以电压源变流器、可关断器件（如门极可关断晶闸管（GTO）、绝缘栅双极晶体管（IGBT））和脉宽调制（PWM）技术为基础的新型直流输电技术。
国外学术界将此项输电技术称为 VSC-HVDC，国内学术界将此项输电技术称为柔性直流输电，制造厂商 ABB 公司与西门子公司分别将该项输电技术命名为 HVDC Light 和 HVDC Plus。
与传统基于晶闸管的电流源型直流输电技术相比，柔性直流输电技术具有可控性高、设计施工方便环保、占地小及换流站间无需通信等优点，在可再生能源并网、分布式发电并网、孤岛供电、城市电网供电等方面具有明显的优势。
随着大功率全控型电力电子器件的迅速发展，柔性直流输电技术在高压直流输电领域受到越来越广泛的关注及应用。
传统的低电平 VSC 具有开关频率高、输出电压谐波大、电压等级低、需要无源滤波器等缺点，而且存在串联器件的动态均压问题；多电平变流器提供了一种新的 VSC 实现方案。
它通过电平叠加输出高电压，逼近理想正弦波，输出电压谐波含量少，无需滤波设备。
柔性直流输电线路故障分析与保护综述
柔性直流输电线路故障分析与保护综述摘要：随着各领域的不断进步，环境污染问题的日益严重，对可再生能源的大力开发和有效利用越来越受到世界各国的高度重视。
然而，风能、太阳能等可再生能源具有随机性和间歇性的特点，可再生能源发电的大规模接入会给传统交流电网的运行带来诸多问题，传统电网已经越来越难以接收和消纳大规模的可再生能源，“弃风”、“弃光”现象时有发生。
关键词：柔性直流；输电线路故障；保护引言柔性直流输电作为新一代直流输电技术，目前被认为是实现新能源并网和直流电网的极具潜力的输电方式，也是构建未来智能化输电网络的关键技术。
柔性直流输电系统的控制是影响输电系统运行性能的关键因素之一。
1直流输电线路继电保护研究现状1.1主保护实际投入运行的直流输电线路主保护主要有行波保护和微分欠压保护2种，最先是应用于常规高压直流输电系统，而柔性直流输电线路的保护则直接借鉴了这2种保护。
其中行波保护主要采用ABB和SIEMENS两家公司的单端量行波保护原理。
两家公司的保护都利用极波(即反向电压行波)来构成保护判据。
ABB的行波保护根据极波的变化量的大小来判断故障。
当极波的变化量大于保护定值时，即认为线路发生了故障，保护不经过延时就可以出口，保护的动作时间与故障后极波的变化率密切相关，一般情况下动作时间为几个ms。
SIEMENS的行波保护则引入了电压的微分来构成保护的启动判据，同时使用了保护启动后极波的变化量在10ms内的积分值构成保护判据。
这样可以在一定程度上降低各种干扰对保护的影响，提高保护的可靠性，但牺牲了保护的动作速度。
1.2后备保护现有的直流输电系统的线路后备保护往往采用纵联电流差动保护。
但由于线路故障后暂态过程较为严重，有非常大的暂态分布电容电流，因此为了躲过暂态过程的影响，电流差动保护往往引入较大的延时。
其后备纵联电流差动保护的典型动作时间为500-800ms。
对于柔性直流电网来说，上述动作时间显然太长了，交流侧的保护将有可能先于直流线路后备保护动作，造成换流站退出运行，极大地扩大了故障隔离和切除的范围。
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。
多端柔性直流输电控制系统的研究
多端柔性直流输电控制系统的研究1. 本文概述本文《多端柔性直流输电控制系统的研究》聚焦于当今电力系统领域的一项关键技术——多端柔性直流（MultiTerminal Flexible Direct Current, MTDC）输电系统的控制策略与技术优化。
随着可再生能源的大规模开发与并网需求的增长，以及电力市场对远距离、大容量输电能力的迫切需求，多端柔性直流输电系统以其独特的优点，如独立调节各端功率、高效传输、损耗低和电网互联能力强等，日益成为现代电力系统的关键组成部分。
其复杂的拓扑结构与动态特性给控制系统的理论研究与工程实践带来了新的挑战。
本研究旨在深入探究多端柔性直流输电控制系统的各个方面，包括但不限于系统建模、稳定性分析、控制策略设计、故障检测与保护机制、以及与交流电网的交互特性。
文章首先系统梳理了现有文献中关于MTDC控制技术的研究进展，指出了当前研究的热点与存在的问题，为后续研究工作奠定了理论基础。
系统建模与动态特性分析：基于电力电子设备特性和电网运行条件，建立了精确且易于进行控制设计的多端柔性直流输电系统数学模型，揭示了其内在的动态行为及关键影响因素。
通过深入的理论分析，明确了系统稳定性的关键指标及其影响因素，为后续控制策略的设计提供了理论依据。
创新性控制策略设计：针对多端柔性直流系统的特定控制需求，提出了一种（或多种）新型控制策略，旨在实现功率的高效分配、电压稳定控制、故障快速响应以及系统整体性能优化。
策略设计充分考虑了系统的非线性特性、通信延迟、不确定性和鲁棒性要求，并通过仿真与或实验验证了其有效性和优越性。
故障检测与保护机制：研究了多端柔性直流系统在各类故障情况下的响应特征，设计了先进的故障检测算法和保护策略，确保在发生故障时能迅速识别、隔离故障环节，有效防止故障扩大，保障系统的安全稳定运行。
交直流电网交互研究：探讨了多端柔性直流输电系统与交流电网的相互作用关系，分析了其对电网频率、电压稳定性以及电力市场运营等方面的影响，提出了优化交直流协调控制方案，以提升整个电力系统的综合性能和运行效率。
多端柔性直流输电(VSC—HVD)系统直流电压下垂控制
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。
多端柔性直流综述汇报PPT课件
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VSC3 VSC4
（a）放射式
（b）环网式
并联型VSC-MTDC输电系统常用与新能源并网、孤岛供电、 系统互联等方面，是目前使用最多的VSC-MTDC拓扑结构。
1 VSC-MTDC输电技术概述
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串联VSC-MTDC输电系统拓扑结构：
VSC1
VSC2
VSC3
串联型VSCMTDC输电系统适用 于低压系统组合成高 压直流系统的场合， 如风电场并网等，目 前使用较少。
北美Tres Amigas超导体输电工程示意 图
2 VSC-MTDC发展现状
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该超级电力中转站的设计输电容量预计达5GW，直流电 压等级为345kV，共占地约58km2。3个AC/DC换流站均 采用VSC，在每个换流站内还安装有大型电能存储设备，除 作备用外，还可以用来平衡相连交流系统中的间歇性能源发 电及向系统提供辅助服务。该项目预计2016年投运，建成 后将进一步促进北美的电网互联及现有3个互联电网内的交 流高压网络建设。
2 VSC-MTDC发展现状
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瑞典-挪威的South-West Scheme三端柔性直流输电 工程
瑞典国家电网公司在瑞典南部启动了“南西柔性直流工程”， 该工程主要用于大容量输电。在Oslo、Barkeryd、Hurva这3地 各建2个换流站，为保证运行可靠，该工程采用两条独立的线路， 每条直流线路传输容量为720MW，直流电压等级为±300kV，该 柔性直流工程计划的输电总量为1440MW，预计在2016年投入运 行。其结构如图所示。
VSC1 VSC2
VSC3
VSC4 VSC5
VSC1
VSC3
VSC2
VSC4
VSC5
（a）串并联式
多端柔性直流电网保护关键技术
多端(duō duān)柔性直流电网保护关键技术1 研究(yánjiū)背景基于传统(chuántǒng)电网换相换流器(Line Commuted Converter，LCC)的直流输电技术存在换相失败、需要(xūyào)吸收大量无功功率、无法向无源网络供电等缺点。
随着全控型开关器件的出现与成熟，以电压(diànyā)源型换流器(Voltage Source Converter，VSC)为核心部件的柔性直流技术成为直流输配电领域重要的发展方向：从负荷需求和电源分布考虑，实现多电源供电及多落点受电的柔性直流电网是电网发展的必然趋势；从建设成本和经济性考虑，多端柔性直流输电系统显然比并行多条点对点式直流输电线路更加有利于节约线路走廊、降低投资和减小运行费用；从电网供电可靠性和运行灵活性考虑，多端直流电网可以提供更好的供电可靠性和系统冗余性，以及适应性更强的供电模式、灵活和安全的潮流控制等；从新能源自身间歇性和分散性的特点考虑，多端柔性直流电网可以有效改善新能源对电网安全稳定运行的影响。
因此，基于柔性直流技术的直流电网被认为是未来电力系统发展的一次重要革命。
直流电网是由大量直流端以直流形式互联组成的能量传输系统，可以实现新能源的平滑接入、全局功率的调节互济、长距离大范围的电能传输。
在大规模分布式可再生能源接入、海洋群岛供电、海上风电场群集中送出、新型城市电网构建等方面，直流电网被认为是最理想的组网方案，也是未来智能电网发展的重要方向之一。
柔性直流电网的发展尚面临若干关键技术问题亟待解决。
其中，有别于传统交流电网和常规高压直流输电系统，多端柔性直流电网特殊的故障暂态特征、复杂快速的换流器故障控制以及直流断路器等一次设备的性能制约对其继电保护赋予了新的挑战和任务。
2柔性直流系统故障暂态特征柔性直流系统直流故障暂态特征是直流保护研究的理论基础。
而基于不同类型换流器的柔性直流系统故障特性存在明显的差异，相应地对保护的要求也有所不同。
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。
多端柔性直流配电网运行控制技术研究与工程应用
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对策建议：加强技术研发，提高产品 质量；加强市场调研，了解市场需求； 加强政策研究，适应政策变化。
结论与展望
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提出了多端柔性直流配电网的运行 控制技术
研究了多端柔性直流配电网的拓扑 结构、控制策略和保护方法
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03
开发了多端柔性直流配电网的仿真 模型和实验平台
验证了多端柔性直流配电网的性能 和优势
平。
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多端柔性直流配电网具有较高的可靠性和稳定性，可以在各种复杂环境下运行，满足不同 用户的需求。
多端柔性直流配电网可以实现分布式电源的接入和并网运行，提高能源利用效率。
多端柔性直流配电网可以降低配电网的损耗，提高供电质量，满足未来配电网发展的需求。
采用多端柔性直流技术，
实现配电网的灵活控制
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和优化运行
案例2：某工业园区多端柔性直流配 电网工程
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案例4：某偏远山区多端柔性直流配 电网工程
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案例6：某新能源发电场多端柔性直 流配电网工程
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多端柔性直流配电 网的未来发展趋势
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提高系统稳定性：通 过优化控制策略和算 法，提高系统的稳定 性和可靠性。
降低系统成本：通过 优化系统结构和设计， 降低系统成本，提高 经济性。
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基于模型的控 制技术：利用 数学模型对系 统进行精确控 制
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自适应控制技 术：根据系统 状态和参数变 化进行自适应 调整
03
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智能控制技术： 利用人工智能 算法进行控制 决策
网络化控制技 术：利用网络 技术实现分布 式控制和信息 共享
多端柔性直流配电 网工程应用研究
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多端柔性直流输电(VSC—HVD)系统直流电压下垂控制
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。
柔性直流输电系统控制研究综述
柔性直流输电系统控制研究综述摘要：柔性直流输电作为新一代直流输电技术，目前被认为是实现新能源并网和直流电网的极具潜力的输电方式，也是构建未来智能化输电网络的关键技术。
柔性直流输电系统的控制是影响输电系统运行性能的关键因素之一。
为此，针对柔性直流输电系统控制进行研究，首先概述了两端柔性直流输电系统接线及控制方式，着重分析了多端柔性直流输电系统的拓扑结构及其优缺点，介绍了多端柔性直流系统协调控制和功率优化控制的主要方法。
然后讨论了柔性直流输电系统附加控制的多种方法，并分析了风电接入下柔性直流输电系统的控制。
最后对未来直流电网构建中柔性直流输电控制技术的研究方向提出了一些建议，为后续的研究工作提供参考。
关键词：柔性直流输电；系统控制；协调控制1前言：柔性直流输电是一种新型直流输电技术，可以快速独立地控制与交流系统交换的有功和无功功率，控制公共连接点的交流电压，潮流反转方便灵活，可以自换相，具有提高交流系统电压稳定性、功角稳定性、降低损耗、事故后快速恢复等功能。
直流控制保护系统是柔性直流输电工程的核心，对保证其性能和安全至关重要。
目前，柔性直流输电系统控制保护的工程经验比较少，对控制保护的系统方案进行研究对工程应用具有指导意义。
柔性直流输电系统控制保护与传统直流输电系统控制保护存在较大的不同，在性能和快速性上具有更高的要求。
传统直流输电系统的控制速度要求在毫秒级，柔性直流输电系统的要求要高一个数量级，且控制保护功能更复杂。
2柔性直流输电系统基本控制策略无论是基于两电平、三电平拓扑结构还是基于模块化多电平拓扑结构的柔性直流输电系统，其基本控制策略都可采用基于直接电流控制的矢量控制方法。
关键是适应柔性直流输电系统控制保护快速性、高性能的要求，具有快速的电流响应特性和良好的内在限流能力。
本文所设计的矢量控制方法由外环控制策略和内环电流控制策略组成。
外环控制产生参考电流指令，内环电流控制产生期望的参考电压。
两者的功能要求如下。
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。
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110kV
受端交 流电网
南澳多端柔性直流工程示意图
2
VSC-MTDC发展现状
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舟山多端柔性直流输电工程 系统参数： 端数：5端 直流电压：± 200 kV 额定容量：400MW 拓扑结构：放射式并联型 换流器类型：MMC 主要用途：海岛供电 2014年7月4日，由国家电网公司建设的舟山多端柔性直 流输电示范工程正式投运。它是世界首个五端柔性直流输电 工程，同时也是目前世界上已投运的端数最多、同级电压中 容量最大、运行最复杂的海岛供电网络。
VSC1 VSC3 VSC2
VSC4
VSC1 VSC3 VSC5
VSC5
VSC2 VSC4
（a）串并联式
（b）并串联式
混联型VSC-MTDC输电系统结合了并联和串联的优点，可用于多 个风电场并网。
1
VSC-MTDC输电技术概述
6
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
2. VSC-MTDC输电系统控制原则
VSC-MTDC 输电系统的各 VSC 均可独立控制有功功率和无功功率，因 此其控制模式分为有功类控制和无功类控制两大类。每一个 VSC 必 须同时在有功功率类控制和无功功率类控制中各选一种物理量进行 控制，并且必须要保证系统内至少有一端控制直流侧电压。 VSC的有功控制和无功控制类型： 定有功功率控制 有功功率 类控制 定直流电压控制 定频率控制 无功功率 类控制
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VSC-MTDC发展现状
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VSC-MTDC的建模仿真研究 VSC-MTDC输电系统的建模仿真研究，是深入研究和分析多端柔 性直流输电系统的工作机理、特性、以及提高系统控制性能的基础 和必要手段。在这方面已经有了很多研究，主要集中在换流器自身 的详细建模、两端VSC-HVDC的建模仿真分析等方面。而对于VSCMTDC输电系统的动态建模和仿真平台研究相对较少。
2
VSC-MTDC发展现状
16
[2] Bucher M K, Wiget R, Andersson G, et al. Multi-terminal HVDC networks—what is the preferred topology?[J]. IEEE Transactions on Power Delivery . 2014, 29(1): 406-413. 文献[2]指出在评价拓扑结构时必须要考虑稳态损耗和故障电流两 个方面的影响。 [3]文劲宇, 陈霞, 姚美齐, 等. 适用于海上风场并网的混合多端直流输 电技术研究[J]. 电力系统保护与控制, 2013, 41(2): 55-61. 文献[3]针对海上风电并网的需求，提出了采用VSC换流器连接海 上风场和弱受端交流系统，LCC换流器连接较强交流系统的混合多 端直流输电系统拓扑结构，并对一个混合5端直流输电系统进行了详 细研究。
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VSC-MTDC发展现状
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[2] Liu S, Xu Z, Hua W, et al. Electromechanical transient modeling of modular multilevel converter based multi-terminal HVDC systems[J]. Power Systems, IEEE Transactions on, 2014, 29(1): 72-83. 文献[2] 提出了适用于大规模MMC-MTDC仿真的MMC机电暂态 模型。同时还分别建立了MMC交流侧、d-q双轴控制系统和MMC直 流侧的详细机电暂态模型等。 [3] Cole S, Bccrtcn J, Bclmans R. Generalized dynamic VSC MTDC model for power system stability studies [J]. IEEE Transactions on Power Systems, 2010, 25(3): 1655-1662.
至芦潮港 110kV交流 220kV交流 ± 220kV柔性直流 ± 50kV传统直流 宁波 电网 舟山电网 岱山岛 衢山岛 洋山岛 泗礁岛
舟山多端柔性直流工程示意图
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VSC-MTDC发展现状
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2. 国外VSC-MTDC工程实例
北美Tres Amigas超导体输电工程
北美Tres Amigas超导体输电工程是目前在建最大的三端柔 性直流输电工程，用来连接美国东部互联电网、西部互联电网 和德克萨斯电网3个大电网，如图所示。
. 文献[3] 提出了一种通用型的VSC-MTDC输电系统动态模型，该 模型中包含了详细的换流器及其控制器数学方程、直流线路方程以 及交直流耦合方程。该模型允许增加或减少换流器及直流线路，因 此可以适用于各种拓扑结构的VSC-MTDC输电系统。
VSC控 制模式
定无功功率控制
定交流电压控制
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VSC-MTDC输电技术概述
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VSC的有功控制和无功控制原则：
定有功功 率控制 对于交流侧为有源系统，非定直 流电压控制的 VSC 一般会采用有 功功率控制模式。 正常运行时，VSC-MTDC 输电系统 必须保证有一个 VSC 作为主导换 流站，采用定直流侧电压控制。 处于孤岛供电区域或者承担局部 电网调频任务的 VSC 就应该采用 定频率控制模式。 正常运行情况下，各 VSC 的无功 类控制均可以选择定交流无功功 率控制。 处于孤岛供电区域或者承担局部 电网调频任务的 VSC 就应该采用 定交流电压控制模式。
瑞典 - 挪威的西 南三端柔性直 流输电工程
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VSC-MTDC发展现状
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3. VSC-MTDC研究现状
VSC-MTDC的拓扑结构分析 VSC-MTDC系统的拓扑结构直接关系到其控制策略的可靠性和实 用性。目前关于VSC-MTDC输电系统的拓扑结构研究主要集中在拓扑 结构的设计和对比分析方面，而对VSC-MTDC输电网络可靠性和经济 性方面的研究却很少。
汇报人：胡益
--2015年**月**日--
报告提纲
2
1.VSC-MTDC输电技术概述
2.VSC-MTDC发展现状
3.VSC-MTDC输电技术的应用前景
1
VSC-MTDC输电技术概述
3
1. VSC-MTDC输电系统拓扑结构
并联VSC-MTDC输电系统拓扑结构：
VSC2 VSC1
VSC1 VSC3
VSC3
VSC2
VSC4
（a）放射式
（b）环网式
并联型VSC-MTDC输电系统常用与新能源并网、孤岛供电、系统 互联等方面，是目前使用最多的VSC-MTDC拓扑结构。
1
VSC-MTDC输电技术概述
4
串联VSC-MTDC输电系统拓扑结构：
VSC2 VSC1
VSC3
串联型VSC-MTDC 输电系统适用于低压 系统组合成高压直流 系统的场合，如风电 场并网等，目前使用 较少。
参考文献：
[1]梁君君,夏成军,李创煌,陈瑜丰,陈中飞. 基于MMC的三端柔性直 流输电系统建模与仿真[J]. 电网与清洁能源,2014,12:78-83+90. 文献[1]详细的研究了基于MMC的三端柔性直流输电系统的结构、 原理及控制策略，并且在PSCAD仿真平台搭建了基于MMC的三端柔 性直流输电系统模型。
北美Tres Amigas超导体输电工程示意图
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VSC-MTDC发展现状
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该超级电力中转站的设计输电容量预计达5GW，直流电压 等级为345kV，共占地约58km2。3个AC/DC换流站均采用VSC， 在每个换流站内还安装有大型电能存储设备，除作备用外， 还可以用来平衡相连交流系统中的间歇性能源发电及向系统 提供辅助服务。该项目预计2016年投运，建成后将进一步促 进北美的电网互联及现有3个互联电网内的交流高压网络建 设。
有功类 控制
定直流电 压控制 定频率 控制 定无功功 率控制 定交流电 压控制
无功类 控制
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VSC-MTDC发展现状
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1. 国内VSC-MTDC工程实例
南澳多端柔性直流输电工程 系统参数： 端数：3端 直流电压：± 160 kV 额定容量：200MW 拓扑结构：放射式并联型 换流器类型：MMC 主要用途：风电并网 2013年12月25日，南方电网公司建设的世界第一个多端 柔性直流输电示范工程。
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VSC-MTDC发展现状
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南澳工程分别在广东汕头南澳岛上的青澳、金牛各建设 一座换流站，在大陆澄海区建设一座换流站，三个站容量分 别为5万千瓦、15万千瓦和20万千瓦，建设直流电缆混合输 电线路40.7公里。其示意图如下：
110kV ± 160kV直流线路 风电场 溯城站 200MW 金牛站150MW （含远期塔屿） 110kV 风电场 青澳站 50MW
并、串联VSC-MTDC输电系统的优缺点比较：
比较项目 调节灵活度 故障恢复能力 系统绝缘配合 扩建灵活性 并联型VSC-MTDC 较大 较快 较容易 较容易 串联型VSC-MTDC 较小 较慢 较复杂 较复杂
功率损耗
较小
较大
1
VSC-MTDC输电技术概述
5
混联VSC-MTDC输电系统拓扑结构：
参考文献：
[1]吴瀚俊,刘海涛. 大型风电基地多端VSC-HVDC系统综述[J]. 南 京工程学院学报(自然科学版),2014,04:16-21. 文献[1]针对大型风电场并网的多端柔性直流输电系统拓扑结构问 题进行了详细的讨论，综合经济性和技术性两方面的分析，对比了 点到点式拓扑、环形拓扑、星形拓扑以及星形-中心环形拓扑等拓扑 结构的优缺点，认为大型风电基地应该选择星型 -中心环型拓扑结构。
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VSC-MTDC发展现状
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瑞典-挪威的South-West Scheme三端柔性直流输电工程 瑞典国家电网公司在瑞典南部启动了“南西柔性直流工程”， 该工程主要用于大容量输电。在Oslo、Barkeryd、Hurva这3地各建 2 个换流站，为保证运行可靠，该工程采用两条独立的线路，每条 直流线路传输容量为720MW，直流电压等级为±300kV，该柔性直流 工程计划的输电总量为1440MW，预计在2016年投入运行。其结构如 图所示。