完整版电压源换流器型高压直流输电技术
高压直流输电系统换流器技术综述
高压直流输电系统换流器技术综述内蒙古自治区锡林郭勒盟锡林浩特市 026000摘要：高压直流输电因其在长距离大容量输电、海底电缆输电、异步联网等领域的独特优势而得到广泛应用。
本文详细论述了高压直流输电系统换流器技术。
关键词：高压直流；输电；换流器高压直流输电核心设备是换流器，其是影响高压直流输电系统性能、运行方式、设备成本和运行损耗等的关键因素，是实现交直流电相互转换的设备。
因此，其对整个直流输电系统的安全稳定运行具有重要影响。
一、高压直流输电高压直流输电(HVDC)是利用稳定的直流电具有无感抗，容抗也不起作用，无同步问题等优点而采用的大功率远距离直流输电。
输电过程为直流，常用于海底电缆输电，非同步运行的交流系统之间的连络等。
其包括换流器、换流变压器、平波电抗器、交流滤波器等。
换流器又称换流阀是换流站的关键设备，实现整流和逆变。
目前换流器多采用晶闸管可控硅整流管组成三相桥式整流作为基本单元，称为换流桥。
一般由两个或多个换流桥组成换流系统，实现交流变直流直流变交流的功能。
换流器在整流和逆变过程中将要产生5、7、11、13、17、19等多次谐波。
为减少各次谐波进入交流系统在换流站交流母线上要装设滤波器。
它由电抗线圈、电容器、小电阻串联组成通过调谐的参数配合可滤掉多次谐波。
一般在换流站的交流侧母线装有5、7、11、13次谐波滤波器组。
单极又分为一线一地和单极两线方式。
直流输电一般采用双极线路，当换流器有一极退出运行时，直流系统可按单极两线运行，但输送功率要减少一半。
二、采用晶闸管的UHVDC换流器1、电路结构、工作原理和控制。
适用于UHVDC的换流器有两种接线方式：每极两组12脉冲换流器串联、每极两组12脉冲换流器并联。
我国采用每极2组12脉冲换流器串联接线方式，这是因换流器制造难度不会增加太多，也不会显著增加换流变压器制造与运输难度，所以能充分利用常规换流器在设计与制造方面的成熟经验。
适用UHVDC的换流器由于以12脉冲换流器为基本单元，其工作原理与常规高压直流换流器相同。
电压源换流器型直流输电技术综述_徐政
电压源换流器型直流输电技术综述*徐 政,陈海荣(浙江大学电机系,杭州310027)摘 要:电压源换流器型直流输电采用可关断电力电子器件和PW M技术,是新一代直流输电技术,它能弥补传统直流输电的部分缺陷,其发展十分迅速。
为了进一步推动电压源换流器型直流输电在电力系统中的研究和应用,结合A BB公司几个典型应用工程,在详细介绍电压源换流器型直流输电的系统结构、基本工作原理和与传统直流输电相比的技术优势的基础上,对电压源换流器的拓扑结构、控制与保护策略、开关调制方式等技术问题的国内外研究现状进行了评述。
分析表明:在工程应用中,通常从优化系统运行、可靠性、安全性和经济性等角度出发,选择结构简单的电压源换流器主回路结构,并采用能降低开关损耗的开关调制方式。
最后就我国开发电压源换流器型直流输电技术提出了需要重点研究的几个关键领域。
关键词:电压源换流器;直流输电;脉宽调制;控制策略;保护策略中图分类号:T M721.1文献标识码:A文章编号:1003-6520(2007)01-0001-10Review and Applications of VSC HVDCXU Zheng,CH EN H airong(Departm ent o f Electrical Engineering,Zhejiang University,H angzho u310027,China)A bstract:In this pape r,the structure a nd o per ation principle o f V o ltage Source Co nv erter based Hig h V o ltage Direct Cur rent(V SC HV DC)t ransmissio n is described.T he main technical issues fo r VSC HV DC are reviewed,including co nv erter topolog y,char acte ristics o f two leve l and th ree level conver te rs,pulse width mo dula tion pattern,co ntrol strategy,pro tection st rategy,switching frequency and lo ss reduction.T he po tential applicatio n fields of V SC HV DC are also discussed,such a s pow er supply to small iso la ted loads,pow er supply to isla nds,pow er supply to offsho re platform s,infeed to city center s,wind farm co nnectio n,interconnecting pow er sy stems.Sev eral real pro-jects of VSC HV DC a re presented to demo nstr ate their unique applicatio n area,including Go tland of Sweden fo r co n-necting w ind far m in an enviro nmentally friendly way,T jaereborg of Denma rk fo r optimal e xploitation o f w ind ener-g y,Dir ect Link of A ustralia fo r pow er trading,T ro ll A of N orw ay fo r supply ing powe r to compre sso rs in an off-shor e platfor m.T he key problem s in develo ping VSC H V DC techno lo gy are summa rized,including main circuit re-lated technolo gy,difficulty in connecting IGBT s in series,par ame te r selectio n fo r commutatio n reactor and DC side capacito r,co ntrol sy stem desig n stra teg y,pr otectio n system co nfigura tion,harmo nic filtering and gr ounding sy s-tem,V SC HV DC loss analy sis.Finally,the technolog y dev elopment t rend o f V SC H V DC and its impac t on co nve n-tional HV DC and AC transmissio n is evaluated.Key words:VSC;HV DC;PW M;co ntrol stra teg y;pro tectio n strategy0 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20M W、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。
电压源型高压直流输电
是负载向直流侧反馈能量的通道并使负
载电流连续。换相电容的作用是为换流 器提供电压支持、缓冲桥臂关断时的冲 击电流和减少直流侧谐波并储备能U S 0 U S U S 0
2：稳态功率特性
图2表示用于计算交流系统与VSC之间基频 潮流的简化等值电路。 图中, U S U S 0 , U CON U CON , S P jQ 。 交流系统以换流变压器一次侧母线电压为电势的 电压源表示(为简化起见, 取该电压为参考电压, 其 相位角为零)换流器则以换流变压器二次侧母线电 压为电势的电压源表示, 而换流变压器用等值电抗 表示(假定换流变压器无损)。 设电流及功率(仅计及基频分量)流向如图2所示, 则有如下关系：
U SU CON P sin X T Q U S U S U CON cos XT
(1)
(2)
2：稳态功率特性
由式(1)可知, 当
时,P>0,VSC从交流系统吸收有功功率而运行于整流器状态;当
S
时,P<0,VSC向交流系统送出有功功率而运行于逆变器状态。由此可知通过控制U 与
电压源换流器型直流输电技术
引言
• 换流器是高压直流输电（HVDC）系统中最重要、最关键的设备。传 统HVDC采用基于晶闸管的自然换相的换流器技术，但该技术存在着 一些固有缺点。
1：由于触发延迟角 和换相角的存在以及波形的畸变，传统的 HVDC吸收的无功功率为传输直流功率的40%~60%，这就需要大量的 无功功率补偿及滤波设备；
通过控制调制正弦波形的幅值, 可以控制VSC发出/吸收无功功率;通过控制调制正弦波形的
频率和相位则可以控制VSC有功功率的输送方向及大小。因此, 通过SPWM可以实现VSC 同时且相互独立地对有功功率和无功功率的调节, 从而使控制更为灵活;并且在故障时, 如 果VSC容量允许,VSC-HVDC系统既可以向交流系统提供有功功率的紧急支援又可以提供无 功功率支持, 从而提高系统的稳定性。
电压源换流器型高压直流输电技术PPT课件
5
工程
Eagle Pass 2000 36 ± 15.9 132/132 1100 0(B-B) 电力交易，系统 互联，电压控制
Cross Sound 2001 330 ± 150 345/138 1175 2×40 电力交易，urray Link 2002 200 ± 150 132/220 1400 2×180 电力交易，系统 互联，地下电缆
VTc1
ip p iL1
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C VTc3
udc1
io
O
udc
VTc4
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1.00
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_ 1.00 0.50
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-1.00 _ 0.31500.32000.32500.33000.33500.34000.34500
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VSC-HVDC的主要工程
TrollA Estlink
Valhall
投运 输送功 直流电 两侧交 直流电 电缆长
用途
年 率/MW 压/kV 流电压 流/A 度/km
2005 2×42 ±60 56/132 400 4×70 绿色环保， 海底电缆
2006 350 ±150 400/330 1230 2×72 电力交易， 系统互联，
三电平电压源换流器拓扑结构及其输出交流波形
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电压源换流器常见拓扑结构
+ SM
SM 1
SM 1
SM 1
SM 2
SM 2
SM 2
SM n
SM n
电压源换流器型直流输电技术综述
电压源换流器型直流输电技术综述在当今社会，随着电力需求的不断增长和环境保护意识的提高，以及可再生能源的广泛应用，对于电力输电技术的要求也日益提高。
在这种背景下，电压源换流器型直流输电技术应运而生，并逐渐成为电力输电领域的热门话题。
本文将对电压源换流器型直流输电技术进行全面评估，并撰写一篇有价值的文章，以便更深入地了解这一技术的深度和广度。
一、电压源换流器型直流输电技术概述电压源换流器型直流输电技术是一种采用电压源换流器作为输电端装置的直流输电技术。
它通过电力电子器件实现了交流电到直流电的变换，并实现了各种功能的控制，例如功率流动的控制、电压的调节等。
相比传统的线性功率放大器直流输电技术，电压源换流器型直流输电技术具有输电能力大、损耗小、对系统的动态稳定性影响小等优点，成为了新一代直流输电技术的热门选择。
二、电压源换流器型直流输电技术的原理和特点电压源换流器型直流输电技术是基于电力电子器件的控制原理实现的。
其核心是电压源换流器，它能够对电压和电流进行灵活的控制，实现了高效的能量转换和输电控制。
电压源换流器型直流输电技术还具有灵活性高、成本低、占地面积小等特点，能够满足复杂电网结构和大容量输电的需求，因此在电力系统中具有广阔的应用前景。
三、电压源换流器型直流输电技术的应用领域电压源换流器型直流输电技术广泛应用于大容量远距离输电、海底电缆输电、电力系统互联、可再生能源接入等领域。
它能够有效解决传统交流输电技术在长距离输电、大容量输电和电网规划等方面面临的问题，成为了电力系统中不可或缺的一部分。
四、电压源换流器型直流输电技术的优势和未来发展趋势电压源换流器型直流输电技术相比传统的交流输电技术具有输电能力大、输电损耗小、对环境的干扰小等优势，未来的发展趋势主要体现在技术的不断创新和完善上。
随着电力系统的智能化和信息化程度不断提高，电压源换流器型直流输电技术将会更加智能化和高效化，以满足电力系统的需求。
五、个人观点和总结在我看来，电压源换流器型直流输电技术作为一种新型的电力输电技术，将会对未来的电力系统产生重要影响。
科技成果——新一代电压源高压直流换流器关键技术及应用
科技成果——新一代电压源高压直流换流器关键技术及应用技术开发单位全球能源互联网研究院适用范围风力发电并网、孤岛供电、交流系统异步互联、分布式发电并网、多端直流输电以及城市配电网增容等诸多领域成果简介新一代直流输电是基于电压源换流器的新型输电技术（又称柔性直流输电），其运行灵活、可控性高、适应性好，是大规模可再生能源接纳和未来电网构建的重要手段，已成为国际电力领域前沿技术的研究热点。
自1999年该技术出现到本项目立项之前，全球柔性直流输电工程由ABB公司独家垄断，但由于其采用两/三电平电压源换流技术路线，存在参数提升困难、运行损耗高等问题，导致世界范围内仅建成6个小容量的工程，不能满足规模日益增大的风电场接入等场合需求，技术发展和工程应用都遇到瓶颈。
本项目发展了基于模块化多电平换流的新一代直流换流技术路线。
模块化多电平换流电路2002年由德国学者R.Marquart提出，通过对多个功率单元的实时独立控制来实现电力变换，具有容量扩展方便、运行损耗低等特点。
该技术要在高压大容量柔性直流输电中应用，需解决大规模功率单元电力变换机理、调控与保护、系统设计与等效试验等难题，相应关键技术属国际空白。
本项目依托国家973计划等重大课题，历经12年自主创新，突破了新一代电压源直流换流的系列关键技术，取得主要技术发明点如下：1、针对多功率单元的电力变换机理及其调控问题，建立了大规模功率单元协同运行的外特性等效电路模型，揭示了其稳态能量传递差异机理、固有环流特性以及暂态能量转移规律：提出了基于多层能量均衡与损耗最优的稳态电压调制技术，使换流器的环流分量低于5%，系统损耗低于1%：提出了快速配合暂态能量泄放与分流技术，实现了系统的ms级快速保护动作。
解决了故障电流应力下，数千个功率单元的稳定、高效与故障安全运行难题。
2、针对多功率单元协同控制以及快速保护问题，提出了多目标优化脉冲分配算法，实现了数百功率单元间百μs级动态行为的协同精确调控，电压不均衡度小于5%：发明了全数字可变电阻阵列IGBT 驱动技术，实现了对功率单元ns级动态特性的灵活调节，将IGBT开关电压过冲降低到30%以下：发明了过电压阈值自适应保护以及分布式过流保护技术，解决了极端运行工况下（电流变化率6kA/μs，电压变化率2kV/μs），大规模功率单元可靠运行与快速保护难题。
高压直流输电技术
高压直流输电技术学院（系）：电气工程学院班级：1113班学生姓名：高玲学号：21113043大连理工大学Dalian University of Technology摘要本文综述了高压直流输电工程的应用领域及研究现状，并从稳态模型出发分析了其控制方式和运行原理，最后介绍了新型高压直流输电系统基本情况，达到了实际的研究意义。
关键词：高压直流输电；稳态模型；控制；新型目录摘要 (II)1 高压直流输电发展概况 (1)1.1 高压直流输电工程的应用现状 (1)1.2 高压直流输电的发展趋势 (1)1.3 高压直流输电的特点 (2)2 高压直流输电系统控制与运行 (4)2.1 概述 (4)2.2 直流输电系统的控制特性 (5)2.2.1 理想控制特性 (5)2.2.2 实际控制特性 (6)2.3 HVDC系统的基本控制 (7)2.4 HVDC系统的附加控制 (10)2.4.1 HVDC系统附加控制的原理 (10)2.4.2 HVDC系统常见的附加控制 (10)3 新型直流高压输电系统 (12)3.1 概述 (12)3.2 基本结构 (12)参考文献 (13)1 高压直流输电发展概况1.1 高压直流输电工程的应用现状直流输电起步于20世纪50年代，20世纪80年代随着晶闸管应用技术的成熟、可靠性的提高，直流输电得到大的发展。
到目前为止，已建成高压直流输电项目60多项，其中以20世纪80年代为之最，占30项。
表1.1列出世界上长距离高压直流输电项目，表1.2列出我国直流工程项目。
表2.1 世界上长距离高压直流输电项目项目额定电压/kV 额定功率/万kW 输电距离/km 投运年份安装地点及供货商卡布拉-巴萨±533 192 1360 1978 莫桑比克²南非因加-沙巴±500 112 1700 1981 扎伊尔纳尔逊河二期±500 200 940 1985 加拿大I.P.P ±500 192 784 1986 美国伊泰普一期±600 315 796 1986 巴西伊泰普二期±600 315 796 1986 巴西太平洋联络线±500 310 1361 1989 美国魁北克多端±500 225 1500 1986/90/92 加拿大-美国亨德-德里±500 150 814 1992 印度东南联接±500 200 1420 2002 印度表2.2 我国已投运的高压直流工程项目项目额定电压/kV 额定功率/万kW 输电距离/km 单极投运年份双极投运年份葛洲坝-上海±500 120 1052 1989 1990天生桥-广州±500 180 960 2000 2001三峡-常州±500 300 890 2003 2003三峡-广州±500 300 956 2003 2004贵州-广东1回±500 300 900 2004 2004三峡右岸-上海±500 300 950 2007 2007贵州-广东2回±500 300 900 2007 20071.2 高压直流输电的发展趋势目前HVDC输电的换流阀仍然是由半控器件晶闸管组成，使用电网换相的相控换流(Phase Control Converter，PCC)技术，因此存在以下一些固有的缺陷：(1)由于触发角和关断角的存在导致HVDC运行需要大量的无功补偿(约为输出直流功率的40％．60％)，需要大量的滤波设备滤除电压、电流中的谐波分量。
以电压源换流器为基础的高压直流输电技术探讨
以电压源换流器为基础的高压直流输电技术探讨摘要：在科技迅猛发展的今天，用电需求增加，对电力系统的可靠性要求更为严格，而且电力、电子设备在不断革新，高压输电技术作为这些设施运行的重要保障，保证其运行的可靠具有重要意义，本文就此背景出发，对高压输电技术进行分析，并探讨了以电压源换流器为基础的高压直流输电技术和传统输电技术之间的差异，以电压源换流器为基础的高压直流输电将是输电系统的发展趋势。
关键词：高压输电技术；可靠性；电压源换流器在当下快速发展的社会经济的驱动下，电缆在广播、电视、军工、通信领域发展迅速，这是都是高压输电技术广泛应用的区域，其具备传输量大、传输速度快的特点，当发生失效的情况，将对信息的传播带来重要影响，这也是越来越多的研究人员所着重研究的地方，如何保证高压输电技术的使用可靠性，在一定程度上将影响着科学技术的发展、电子设备的普及生活水平的提高。
为了能够保证其可靠性，很多学者也纷纷展开了研究与讨论，各种分析层出不穷，但是哪些方法更奏效却说法不一，下面我们将对这个问题进行探讨。
一、现阶段城市电网的运行中的问题分析高压输电技术是城市用电设备的保障，高效、稳定的高压输电技术能够满足城市各个行业生产、生活需要，同时，能够满足高压输电运营企业的效益收入，减少输电损耗，提高输电效率，避免输电状况的发生。
在经济高速发展的今天，电力作为不可或缺的一种能源，对其的需求的必要性是不言而喻的，特别是人口稠密的城市，但在高压输电过程中，一些问题随之而来，对城市安全可靠供电过程产生了一定威胁。
1、抗干扰能力有待加强城市电网用电量大，运输距离较长，对于有效的可控技术研发使用不到位，在这一过程中，输配电运输系统的运行方式的原因导致其具备较低的可控性，在发生状况时，难以及时反英；这样一来，就缺少了必要的应对措施和调控手段，使得其抗干扰能力得到无形的下降。
2、城市电网自身供电能力无法满足需求城市化进程加快，人员不断的涌入城市，城市规模不断扩大，生活、企业用电不断增加，城市供电系统自身的负荷逐年增大，原先设计的供电系统有很多已经达到饱和状态，满负荷输电，这就使得供配电系统的设计偏离了预期，预期的寿命使用年限也产生变化，对整个电网的安全造成了潜在的威胁。
基于电压源换流器的高压直流输电系统控制策略研究
基于电压源换流器的高压直流输电系统控制策略研究一、本文概述随着全球能源互联网建设的快速推进，高压直流输电（HVDC）系统因其在长距离、大容量电力传输中的显著优势，日益受到业界和学术界的广泛关注。
在众多的HVDC技术中，基于电压源换流器（VSC）的HVDC系统，以其灵活的运行特性、良好的电网接入能力以及独立的有功和无功功率控制能力，逐渐成为研究的热点。
VSC-HVDC系统的控制策略设计是实现其高效稳定运行的关键，本文旨在深入研究和探讨VSC-HVDC系统的控制策略。
本文首先简要介绍了VSC-HVDC系统的基本工作原理及其特点，阐述了VSC-HVDC系统控制策略的重要性和复杂性。
重点分析了VSC-HVDC系统的控制策略，包括基本控制策略、高级控制策略以及优化控制策略等，对各种控制策略的工作原理、优缺点以及适用场景进行了详细的阐述和比较。
本文还针对VSC-HVDC系统的实际运行需求，提出了一种改进的控制策略，并对其进行了仿真验证。
仿真结果表明，该改进策略在提高VSC-HVDC系统的运行稳定性、效率和可靠性方面具有显著的优势。
本文总结了VSC-HVDC系统控制策略的研究现状和发展趋势，为未来的研究提供了参考和借鉴。
本文的研究不仅有助于深入理解VSC-HVDC系统的控制策略，也为VSC-HVDC系统的实际运行和优化提供了理论支持和指导。
二、电压源换流器（）的基本原理与特性电压源换流器（VSC）是高压直流输电系统（HVDC）的核心组件，其基本原理和特性对于理解和优化HVDC系统的控制策略至关重要。
VSC的核心是一个由可关断电力电子器件（如绝缘栅双极晶体管IGBT）构成的换流桥，它能够将交流（AC）电压转换为直流（DC）电压，反之亦然。
VSC的基本工作原理是，通过快速切换IGBT的通断状态，控制换流桥两端的电压和电流波形。
在整流模式下，VSC将AC电压转换为DC电压；在逆变模式下，VSC则将DC电压转换回AC电压。
高压直流输电技术
高压直流输电技术在电力系统中的实际应用案例
案例一：国家电网的特高压直流 输电工程
案例三：高压直流输电在海上风 电并网中的应用
添加标题
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案例二：南方电网的背靠背直流 输电工程
案例四：高压直流输电在跨国电 力联网中的应用
高压直流输电技术在电力系统中的未来发展方向
更高电压等级：随着技术的进步，高压直流输电系统的电压等级将进一步 提高，以实现更远距离、更大容量的电力传输。
智能控制：利用先进的控制算法和人工智能技术，实现对高压直流输电系 统的智能控制，提高电力系统的稳定性和可靠性。
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应用场景：广泛应用于电力系统、城市供电、铁路供电等领域。
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未来发展：随着新能源、智能电网等技术的不断发展，高压直流输电技 术的应用前景更加广阔。
高压直流输电技术的应用场景
跨大区电网互联 远距离大容量输电 分布式能源并网 城市供电和配电网
02
高压直流输电技术的发展历程
高压直流输电技术的起源和发展
起源：20世纪初，高压直流输电技术开始发展，主要用于城市供电和跨大 区输电。
发展历程：20世纪50年代，随着电力电子技术和控制技术的进步，高压直 流输电技术逐渐成熟并得到广泛应用。
技术特点：高压直流输电具有输送功率大、线路损耗小、输送距离远等优 点，尤其适用于大容量、远距离输电。
应用场景：高压直流输电技术广泛应用于电力系统互联、海上风电并网、 城市供电等领域。
04
高压直流输电技术的关键技术问题
高压直流输电系统的设计和优化
第五章 电压源换流器型高压直流输电技术
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§1.2 VSC-HVDC的基本原理
电压源换流器常见拓扑结构
+
u
u1 ur
0
t
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uc Ud
uc
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0
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t
两电平电压源换流器拓扑结构及其输出交流波形
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电压源换流器常见拓扑结构
ip p VTa1 Ps Qs Us ﮮδ A Xf is VTa3 VTa4 VTb3 VTb4 B VTc3 VTc4 in n C Ucﮮ0 VTa2 VTb1 VTb2 VTc1 VTc2 io O udc1 udc iL1
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不同的称谓
ABB公司称之为轻型直流输电（HVDC Light）并作 为商标注册； Siemens公司将其注册为HVDCPLUS； 国际上电力方面的权威学术组织CIGRE和IEEE将其 正式称为VSC-HVDC，即“电压源换流器型高压直 流输电”。
我国很多专家称为柔性直流输电（HVDC-Flexible）
1.00 0.50 0.00 -0.50 -1.00
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三电平电压源换流器拓扑结构及其输出交流波形
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电压源换流器常见拓扑结构
+ SM 1 SM 2 SM 1 SM 2 SM 1 SM 2 T1 SM
SM n
SM n
SM n
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电压源换流器型直流输电技术综述
电压源换流器型直流输电技术综述一、本文概述随着可再生能源的大规模开发和利用，以及电网互联需求的日益增长，直流输电技术，特别是电压源换流器型直流输电（VSC-HVDC）技术，在电力系统中扮演着越来越重要的角色。
本文旨在对电压源换流器型直流输电技术进行全面的综述，以期对该技术的理解、应用和发展提供有益的参考。
本文首先介绍了VSC-HVDC技术的基本原理和特点，包括其与传统直流输电技术的区别和优势。
然后，文章将详细阐述VSC-HVDC的换流器拓扑结构、控制策略、调制技术等方面的研究现状和发展趋势。
文章还将讨论VSC-HVDC在可再生能源并网、电网互联、城市电网建设等领域的应用案例和实际效果。
本文将对VSC-HVDC技术的未来发展进行展望，分析其面临的挑战和机遇，并提出相应的建议和策略。
通过本文的综述，读者可以对VSC-HVDC技术有更加深入和全面的了解，为相关领域的研究和实践提供有益的参考和指导。
二、电压源换流器型直流输电技术基本原理电压源换流器型直流输电（VSC-HVDC）技术是一种基于电压源换流器（VSC）的直流输电技术。
与传统的基于电流源换流器（CSC）的直流输电（LCC-HVDC）技术相比，VSC-HVDC技术具有更高的灵活性和可控性，因此在现代电力系统中得到了广泛应用。
VSC-HVDC技术的基本原理是通过VSC实现交流电和直流电之间的转换。
VSC是一种基于可关断电力电子器件（如绝缘栅双极晶体管IGBT）的电力电子设备，可以将交流电转换为直流电，或者将直流电转换为交流电。
VSC通过控制电力电子器件的开关状态，实现对交流电和直流电之间的电压和电流的控制。
在VSC-HVDC系统中，VSC通常被用作整流器和逆变器。
整流器将交流电转换为直流电，而逆变器则将直流电转换为交流电。
VSC的控制策略通常采用脉宽调制（PWM）技术，通过调整PWM信号的占空比，实现对VSC输出电压和电流的精确控制。
VSC-HVDC系统的另一个重要组成部分是直流线路和直流滤波器。
电压源换流器型高压直流输电技术
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VSC-HVDC的运行原理
令X L、Y
Ps Qs Us∠δ L HPF R Pc Qc Uc∠0 C Ud C －
1 R2 L2
、
R arctan ，由图可知 X
＋
P
c
UsUcY sin( UsUcY cos( Qc
)U2Yc sin )U2Yc cos
P s UsUcY sin( Qs UsUcY cos(
C L C1 L1 C1 R L2
滤去交流侧电压谐波分量； R 对系统提供部分无功补偿的作用。
(a)二阶高通滤波器
(b)四阶高通滤波器
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VSC-HVDC系统简介—交流滤波器
Lc Ls us Filter
uc=u1+Σuh (a) Xc uh
Xs
Xf
(b) Xc uh
Xeq « Xc
TrollA Estlink
Valhall
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VSC-HVDC系统简介
换流桥 换流变压器 换流电抗器 交流滤波器 直流电容器 直流电缆 控制与保护系统
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VSC-HVDC系统简介
330 MW的VSC-HVDC换流站俯视图
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VSC-HVDC系统简介--换流桥
交流系统
AC
V jXT Vs
换流器
AC
INp
Vcon
VN
VSC与交流系统基 波潮流的相量图
交流系统和换流器之间 基波潮流的等效电路 由变压器的交流系统端看进去的有功和无功功率
P VS2K sin X
电压源换流器式轻型高压直流输电
电压源换流器式轻型高压直流输电王凤川中国电力信息中心,100011北京HVDC LGHT-DC TRANSMISSION BASED ON VOLTAGE SOURCED CONVERTERSWang Feng chuanChina Electric Pow er Institute Centre,State Pow er Cor poration o f ChinaBeijing,100011China摘要 过去,高压直流输电一般只用于远距离大容量输电。
现在,以电压源换流器和绝缘栅双极晶体管为基础的轻型高压直流输电,把高压直流输电的容量扩展到了只有几M W。
它除了为常规交流输电和本地发电(例如在边远地区和在小的孤岛上),提供一种很有竞争力的选择外,还为改进交流电网的电能质量提供一种新的可能性。
文中介绍了瑞典的Hellsjo¨ng工程。
关键词 轻型高压直流输电 电压源换流器 绝缘栅双极晶体管1 引言现在常用的高压直流(HVDC)输电技术的开发工作始于20世纪20年代后期。
1954年,世界第一条连接哥特兰与瑞典大陆的HVDC输电联络线投入商业运行,70年代初开始了晶闸管阀的应用,改进并降低了损耗,实现更先进的控制和保护技术,减少谐波,降低噪声等。
但是,从第一条哥特兰直流联络线建立以来,HVDC技术在根本上并没有多大变化。
这种昂贵的换流器最突出的缺点是在受端电网需要旋转电机,在发生换相失败时,会有几个周期没有电力输出的附加风险。
而本文介绍的电压源换流器式HVDC(即轻型H VDC)能克服这一缺点。
2 轻型HVDC输电的技术基础2.1 电压源换流器(VSC)HVDC技术本来是从工业驱动装置上使用的整流技术发展而来的。
在HVDC输电中通常使用的换相换流器(PCC)在工业驱动装置上已经完全被VSC代替。
VSC与PCC的根本区别在于VSC需要的元件不仅是象在PCC上只能接通电流,它还能切断电流。
因为VSC能切断电流,就不需要从所联结电网来的有源换相电压,所以比在驱动装置上控制电动机的速度容易得多。
高压直流输电系统换流器技术综述
高压直流输电系统换流器技术综述内蒙古通辽市028000摘要：作为高压直流输电核心设备的换流器容量大、可控性强，且对可靠性的要求高。
基于此，本文探讨了高压直流输电系统的换流器技术。
关键词：高压直流输电系统；电容换相换流器；模块化多电平换流器高压直流(HVDC)输电以其在长距离大容量输电、海底电缆输电和非同步联网等领域的独特优势得到了广泛应用，而其核心设备是换流器，它是影响HVDC系统性能、运行方式、设备成本及运行损耗等的关键因素。
一、高压直流输电高压直流输电(HVDC)是利用稳定的直流电具有无感抗，容抗也不起作用，无同步问题等优点而采用的大功率远距离直流输电，输电过程为直流。
高压直流输电技术被用于通过架空线和海底电缆远距离输送电能；同时在一些不适于用传统交流联接的场合，它也被用于独立电力系统间的联接。
世界上第一条商业化的高压直流输电线路1954年诞生于瑞典，用于连接瑞典本土和哥特兰岛，由ABB集团完成。
二、电容换相换流器电容换相换流器是在常规晶闸管换流器与换流变压器间串联电容形成的。
换相电容电压近似为梯形波，该电压与换流变压器阀侧电压叠加，使换相电压相位后移，从而使换流阀的关断角增大。
直流电流越大，换相电压后移越多，关断角越大。
同理，换流母线电压降低时，换相电容上的电压成正比地减小，换相角变化不大，关断角变大。
即使换流母线电压瞬时降到接近于零，也有可能成功换相，因换相电压可全部由换相电容的端电压提供。
因此CCC逆变器在直流电流升高和换流母线电压降低时，引起换相失败的可能性减小。
CCC的控制与常规12脉动换流器相似，只是由于CCC仅装设了小容量的无功补偿设备及交流滤波器，因此只需调节自调谐滤波器的可控电抗器，即可抑制交流谐波，同时满足CCC吸收少量无功的需求。
CCC的优点是：1)逆变器换相失败的发生率大为减少；2)消耗的无功功率降低，无功补偿需求减小；3)单极或双极故障紧急停运时，换流站甩负荷过电压倍数下降；4)换流阀短路电流峰值降低，可降到常规电网换相换流器的一半以下。
高压直流输电原理及运行
高压直流输电原理及运行高压直流输电：将三相交流电通过换流站整流变成直流电，然后通过直流输电线路送往另一个换流站逆变成三相交流电的输电方式。
高压直流输电原理图如下：换流器（整流或逆变）：将交流电转换成直流电或将直流电转换成交流电的设备。
换流变压器：向换流器提供适当等级的不接地三相电压源设备。
平波电抗器：减小注入直流系统的谐波，减小换相失败的几率，防止轻载时直流电流间断，限制直流短路电流峰值。
滤波器：减小注入交、直流系统谐波的设备。
无功补偿设备：提供换流器所需要的无功功率，减小换流器与系统的无功交换。
高压直流输电对比交流输电：1）技术性功率传输特性。
交流为了满足稳定问题，常需采用串补、静补等措施，有时甚至不得不提高输电电压。
将增加很多电气设备，代价昂贵。
直流输电没有相位和功角，无需考虑稳定问题，这是直流输电的重要特点，也是它的一大优势。
线路故障时的自防护能力。
交流线路单相接地后，其消除过程一般约0.4~0.8秒，加上重合闸时间，约0.6~1秒恢复。
直流线路单极接地，整流、逆变两侧晶闸管阀立即闭锁，电压降为零，迫使直流电流降到零，故障电弧熄灭不存在电流无法过零的困难，直流线路单极故障的恢复时间一般在0.2~0.35秒内。
过负荷能力。
交流输电线路具有较高的持续运行能力，其最大输送容量往往受稳定极限控制。
直流线路也有一定的过负荷能力，受制约的往往是换流站。
通常分2小时过负荷能力、10秒钟过负荷能力和固有过负荷能力等。
前两者葛上直流工程分别为10%和25%，后者视环境温度而异。
就过负荷而言，交流有更大灵活性，直流如果需要更大过负荷能力，则在设备选型时要预先考虑，此时需增加投资。
潮流和功率控制。
交流输电取决于网络参数、发电机与负荷的运行方式，值班人员需要进行调度，但又难于控制，直流输电则可全自动控制。
直流输电控制系统响应快速、调节精确、操作方便、能实现多目标控制。
短路容量。
两个系统以交流互联时，将增加两侧系统的短路容量，有时会造成部分原有断路器不能满足遮断容量要求而需要更换设备。
高压直流输电技术
额定直流电压 800kV，额定直流电流4kA ，额定直流功率6400MW。直流线路西起四川 西昌换流站，东至江苏苏南换流站，线路全长 约2093kM。计划2012年8月投产。工程可研 报告已于2007年8月通过审查。
宁东－山东
呼辽
东北
华北
锦屏－苏南
直流输电没有相位和功角，不存在稳定问题， 只要电压降，网损等技术指标符合要求，就可达到 传输的目的，无需考虑稳定问题，这是直流输电的 重要特点，也是它的一大优势。
三、直流输电与交流输电的性能比较
3.1 技术性能
（2）线路故障时的自防护能力 交流线路单相接地后，其消除过程一般约
0.4~0.8秒，加上重合闸时间，约0.6~1秒恢复。 直流线路单极接地，整流、逆变两侧晶闸管
二、直流输电技术的发展
近期将开工的直流工程
(4) 宝鸡－德阳直流工程 这是我国第十一个长距离、大容量高压直
流额定输送直流功率3000MW。
直流线路北起陕西宝鸡、南至四川德阳， 全长约550km。水火互济作用明显。
二、直流输电技术的发展
近期将开工的直流工程
(5) 灵宝直流背靠背2期工程 这是我国第四个高压直流背靠背联网工程
。扩大西北电网和华中电网功率交换的能力。 本期额定直流功率750MW，额定直流电
流3kA。建设一个12脉动±125kV、750MW背 靠背换流单元。
二、直流输电技术的发展
近期将开工的直流工程
(6)锦屏－苏南工程 这是我国第三个长距离、大容量特高压直
01:47
1
目录
一、发展特高压电网的必要性
二、直流输电技术的发展
三、直流输电与交流输电的性 能比较
直流输电与FACTS技术-Ch7-VSC-HVDC-电压源换流器型高压直流输电技术
SM 1
SM 1
SM 2
SM 2
SM 2
SM n
SM n
SM n
T1
D1
Ud ua
C
2
T2
D2
Ud
UC
0 θ1θ2 θ3 θ4 θ5 90
θ()
Submodule(SM)
SM 1
SM 1
SM 1
SM 2
SM 2
SM 2
+
SM n
SM n
SM n
Phase Module
多电平电压源换流器（MMC）拓扑结构及其输出交流波形
1) 制造难度下降：2)损耗成倍下降3) 阶跃电压降低4) 波形质量高5) 故 障处理能力强
MMC 拓扑与两电平或三电平拓扑相比， 也有不足的地方：
1) 所用器件数量多：对于同样的直流电压， MMC 采用的开关器件数量 较多， 约为两电平拓扑的2 倍。
2) MMC 虽然避免了两电平和三电平拓扑必须采用IGBT 直接串联以构成 阀的困难， 但却将技术难度转移到了控制方面，多出来的问题包括子模 块电容电压的均衡问题以及各桥臂之间的环流问题。
事实上， 到目前为止， 采用两电平或三电平拓扑的柔性直流输 电工程， 世界上仅仅由ABB公司一家承建。另一方面， 高频 PWM方式导致了较高的开关损耗， 使得采用两电平或三电平 拓扑的VSC-HVDC的输电损耗居高不下。
§1.2 VSC-HVDC的基本原理
相对于两电平和三电平拓扑， MMC拓扑具有以下几个明显优 势
模块化多电平换流器 (MMC)的桥臂不是由多个 开关器件直接串联构成的 ，而是采用了子模块级联 的方式。
MMC的每个桥臂由N个子 模块(Sub- Module, SM)和 一个串联电抗器L0组成， 同相的上下两个桥臂构成 一个相单元。
电压源换流器型直流输电技术综述
电压源换流器型直流输电技术综述电压源换流器型直流输电技术综述1. 引言电力输送是现代社会不可或缺的基础设施之一。
传统的交流输电系统虽然拥有较高的效率和稳定性，但在远距离输送和海上输电方面存在着一定的限制。
而电压源换流器型直流输电技术（Voltage Source Converter based HVDC）作为一种新型的输电方式，正逐渐成为人们关注的热点。
2. 电压源换流器型直流输电基本原理电压源换流器型直流输电技术利用高频开关装置，将交流电转换为直流电，并通过换流器对电流进行调节。
通过这种方式，可以实现电力的远距离输送，同时还具备了无规格变换、无功和有功的控制能力。
3. 电压源换流器型直流输电的优势电压源换流器型直流输电技术相比传统的交流输电方式，具有以下几个明显的优势：3.1 高效率：由于直流输电避开了交流输电中的传输损耗，能够更高效地传输电能，从而提高整体的能源利用率。
3.2 节约空间：直流输电线路相比交流输电线路具有较小的材料和空间要求，尤其适用于跨越大海等特殊地域的输电需求。
3.3 稳定性：直流输电系统具备较好的稳定性，可以更好地应对电力波动、功率控制等问题，提供更稳定的电力供应。
4. 电压源换流器型直流输电技术的应用案例4.1 长距离输电：电压源换流器型直流输电技术在长距离输电中具有明显的优势，例如中国境内的西北-华东直流输电工程。
4.2 海上输电：由于直流输电线路具备较小的空间要求，电压源换流器型直流输电技术在海上输电中得到了广泛的应用，例如挪威海上风电场与德国的海岸之间的输电系统。
4.3 微电网联网：电压源换流器型直流输电技术可以提供可靠的电力互连，促进微电网的联网和资源共享。
5. 对电压源换流器型直流输电技术的个人观点与思考电压源换流器型直流输电技术作为一种新兴的输电技术，具备了许多优势。
但我们也需要认识到，直流输电系统引入了新的技术和成本挑战，例如换流器的设计和维护成本较高，直流输电线路的故障诊断和维修也面临着一定的难题。
第五章电压源换流器型高压直流输电技术
第五章电压源换流器型高压直流输电技术1.引言2.VSC-HVDC的基本原理VSC-HVDC系统由电压源逆变器（Voltage Source Inverter，简称VSI）和电压源整流器（Voltage Source Rectifier，简称VSR）两个部分组成。
其中，VSI负责将直流电压转换成交流电压，VSR则负责将交流电压转换成直流电压。
VSI采用了现代功率半导体器件（如IGBT、GTO等），通过PWM技术控制开关管的导通时间，调节输出交流电压幅值和频率。
而VSR则通过调节开关管的导通时间和相位角来控制输出直流电压的幅值和方向。
VSC-HVDC系统通过控制VSI和VSR的开关管的导通时间和相位角，可以实现对电压和频率的精确控制，实现电压和频率的双向流动。
3.VSC-HVDC的主要设备VSC-HVDC系统由以下几个主要设备组成：（1）电压源逆变器（VSI）：负责将直流电压转换成交流电压，通常由多个串联的功率模块组成。
（2）电压源整流器（VSR）：负责将交流电压转换成直流电压，通常由多个并联的功率模块组成。
（3）滤波器：用于削弱逆变器和整流器输出电压的谐波成分，提高系统的功率因数。
（4）直流滤波器：用于平滑输电线路上的直流电压，减小电压脉动。
（5）直流电压互感器：用于检测和测量直流电压的幅值和方向。
（6）交流电流互感器：用于检测和测量交流电流的幅值和方向。
（7）控制系统：用于控制VSI和VSR的开关管的导通时间和相位角，实现对电压和频率的精确控制。
4.VSC-HVDC的控制策略VSC-HVDC系统的控制策略主要包括电压控制、功率控制和谐波抑制控制。
（1）电压控制：通过控制VSI和VSR的开关管的导通时间和相位角，实现对电压幅值和方向的精确控制。
（2）功率控制：通过控制VSI和VSR的开关管的导通时间和相位角，实现对电压和电流的控制，实现功率的调节和传输。
（3）谐波抑制控制：通过在VSI和VSR的输出侧加入滤波器，削弱谐波电压的成分，使输电线路上的谐波电流减小到可接受范围内。
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2010 4 23
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内容摘要
1. VSC-HVDC的起源 2. 电压源换流器常见拓扑结构 3. 电压源换流器的应用领域及主要工程 4. VSC-HVDC系统简介 5. VSC-HVDC的运行原理 6. VSC-HVDC的控制方式及仿真验证 7. VSC-HVDC的实验方案
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VSC-HVDC系统简介--直流电容器
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VSC-HVDC系统简介—交流滤波器
换流站在较高的开关频率下，其输出的交流电压和电流中含 有的低次谐波很少。
换流电抗器的滤波作用使得电流的谐波较容易符合标准。然 而，在没有任何滤波装置的情况下，输出的交流电压中还含
波，且其总的谐波 的谐波标准。故装设小容量滤波器。
1997 3 ±10 10/10 150 10
用途 工业试验
Gotland 1999 54
±80 80/80 350 2×70 风力发电，地下 电缆
Directlink 2000 180 ±80 132/110 342 6×59 电力交易，系统 互联，地下电缆
Tjaerebog 2000 7.2
±9 10.5/10. 358 2×4.3 风力发电，示范
5
工程
Eagle Pass 2000 36 ± 15.9 132/132 1100 0(B-B) 电力交易，系统 互联，电压控制
Cross Sound 2001 330 ± 150 345/138 1175 2×40 电力交易，系统
Cahle
互联，海底电缆
Murray Link 2002 200 ± 150 132/220 1400 2×180 电力交易，系统 互联，地电缆
VT c1
ip p iL1
VTc2
C VT c3
udc1
io
O
udc
VTc4
udc2
in
iL2
n
_c1
_c2
_aa
1.00
0.50
0.00 -0.50 -1.00
_ 1.00 0.50
0.00
-0.50
-1.00 _ 0.31500.32000.32500.33000.33500.34000.3450
三电平电压源换流器拓扑结构及其输出交流波形
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电压源换流器常见拓扑结构
+ SM
SM 1
SM 1
SM 1
SM 2
SM 2
SM 2
SM n
SM n
SM n
Ud
SM 1 SM 2
SM n
SM 1 SM 2
SM 1 SM 2
SM n
SM n
Phase Module
T1 D1 C
T2 D2
Submodule(SM)
VSC-HVDC系统简介--换流桥
换流桥每个桥臂是由若干个IGBT级联而成。对于大容量换流 器，每臂可能有上百个IGBT级联而成。IGBT旁边都反并联一 个二极管，它不仅是负载向直流侧反馈能量的通道，同时也 起续流的作用。
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VSC-HVDC系统简介--换流变压器
不同于CSC-HVDC，VSC-HVDC并不需要特殊的换流变 压器或移相变压器，其所用换流变压器与 常规的单 相或三相变压器大体类似。
Ud ua
2
UC 0 θ1θ2 θ3θ4
θ5 90
+
多电平电压源换流器拓扑结构及其输出交流波形
θ(?)
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电压源换流器的应用领域
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VSC-HVDC的主要工程
Hellsjon
投运 输送功 直流电 两侧交 直流电 线路长 年 率/MW 压/kV 流电压 流/A 度/km
从此VSC-HVDC作为一种新兴的输电技术开始 进入大发展的商业应用阶段。
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不同的称谓
?ABB公司称之为柔性直流输电（HVDCLight ）并作 为商标注册；
?Siemens公司将其注册为HVDCPLUS；
?国际上电力方面的权威学术组织CIGRE和IEEE将其 正式称为VSC-HVDC，即“电压源换流器型高压直 流输电”。
作用：
C
滤去交流侧电压谐波分量；
L
对系统提供部分无功补偿的作用。R
C1 L1
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电压源换流器常见拓扑结构
+
u
u1 ur
0
?t
uc
uc ucf
-
Ud
0 ?t
-Ud
两电平电压源换流器拓扑结构及其输出交流波形
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电压源换流器常见拓扑结构
VTa1
P s Qs
Uc? 0VTa2
Us? δ
A
is Xf
VTa3
VTa4
VTb1 VTb2
B VTb3 VTb4
2010 78 ±150 300/11 -
292 绿色环保， 海底电缆
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VSC-HVDC系统简介
换流桥 换流变压器 换流电抗器 交流滤波器 直流电容器 直流电缆 控制与保护系统
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VSC-HVDC系统简介
330 MW的VSC-HVDC换流站俯视图 13/58
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VSC-HVDC起源
?1954年，连接Gotland与瑞典大陆之间的世界 上第一条高压直流输电线路建成，标志着 HVDC进入了商业化时代。
?1990年，加拿大McGill大学的Boon-TeckOoi等 首次提出使用PWM技术控制的VSC进行直流 输电的概念。
?1997年，ABB公司在瑞典中部的Hallsjon和 Prof. Boon-Teck Ooi Grangesberg之间建成首条的工业试验工程。 PMhc.DG.il(lMUcnGiviellr)sity
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VSC-HVDC系统简介--换流电抗器
换流电抗器是VSC与交流侧能量交换的纽带，决定有 功功率与无功功率的控制性能
作用
滤除换流器所产生的特征谐波，以 获得期望的基波电流和基波电压； 抑制直流过电流的上升速度。
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VSC-HVDC系统简介--直流电容器
作用： 为逆变器提供电压支撑； 缓冲桥臂关断时的冲击电流； 减小直流侧谐波。
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VSC-HVDC的主要工程
TrollA Estlink
Valhall
投运 输送功 直流电 两侧交 直流电 电缆长 年 率/MW 压/kV 流电压 流/A 度/km
用途
2005 2×42 ±60 56/132 400 4×70 绿色环保， 海底电缆
2006 350 ±150 400/330 1230 2×72 电力交易， 系统互联， 地下电缆