可控电压源型柔性直流输电换流器拓扑综述
柔性直流输电
V ' Vs Rc I c js Lc I c
向无源网络供电时，无PLL，θs可由控制器决定
-33电力工程系
3.2 VSC-HVDC的控制策略
VSC-HVDC 功率外环控制
• 定直流电压控制
– 基于电压源换流器的高压直流输电技术（ VSC-HVDC）
-11电力工程系
1.2 不同输电方式的对比
-12-
电力工程系
1.2 不同输电方式的对比
LCC-HVDC VSC-HVDC
采用晶闸管，相当于电流源，直流电流单向流 采用 IGBT （反并联二极管），相当于电压源，直 通。 流电流可双向流通。 电网换相，需要较强交流系统支撑，否则存在 自换相，可以给无源网络供电。 换相失败的危险。 控制有功时，无功也随之变化，吸收 40%-60% 可以同时相互独立的控制有功和无功，可以吸收/ 的无功，不能独立控制有功和无功。 发出无功，可四象限运行。 含有大量低次谐波，需大量滤波器及无功补偿 不需无功补偿装置，只需少量高次谐波滤波器， 装置，占地面积大。 占地面积小，约为相同容量传统直流的20%。 使用架空线路、电缆或二者结合。 目前商用化工程使用电缆（有利于降低直流线路 故障率，减小高次谐波对通信影响）。
2.2 VSC-HVDC的基本原理
• VSC的有功与无功：
P U s U c sin Xc
Q U s U s U c cos Xc
• 通过调节δ角可以控制VSC传输有功的大小和方向：
– 当δ＜0时，运行于整流状态，从交流电网吸收有功； – 当δ＞0时，运行于逆变状态，向交流电网发出有功。
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。
柔性输电技术简介
柔性输电之直流输电内容简介轻型直流输电技术是20世纪90年代开始发展的一种新型直流输电技术，核心是采用以全控型器件（如GTO和IGBT等）组成的电压源换流器（VSC）进行换流。
这种换流器功能强、体积小，可减少换流站的设备、简化换流站的结构，故称之为轻型直流输电，其系统原理如图2-1所示。
图2.1 柔性直流输电系统原理示意图其中两个电压源换流器VSC1和VSC2分别用作整流器和逆变器，主要部件包括全控换流桥、直流侧电容器；全控换流桥的每个桥臂均由多个绝缘栅双极晶体管IGBT或门极可关断晶体管GTO等可关断器件组成，可以满足一定技术条件下的容量需求；直流侧电容为换流器提供电压支撑，直流电压的稳定是整个换流器可靠工作的保证；交流侧换流变压器和换流电抗器起到VSC与交流系统间能量交换纽带和滤波作用；交流侧滤波器的作用是滤除交流侧谐波。
由于柔性直流输电一般采用地下或海底电缆，对周围环境产生的影响很小。
1引言随着科学技术的发展，到目前为止，电力传输经历了直流、交流和交直流混合输电三个阶段。
早期的输电工程是从直流输电系统开始的，但是由于不能直接给直流电升压，使得输电距离受到较大的限制，不能满足输送容量增长和输电距离增加的要求。
19世纪80年代末发明了三相交流发电机和变压器，交流输电就普遍地代替了直流输电，并得到迅速发展，逐渐形成现代交流电网的雏形。
大功率换流器的研究成功，为高压直流输电突破了技术上的障碍，因此直流输电重新受到人们的重视。
直流输电相比交流输电在某些方面具有一定优势，自从20世纪50年代联接哥特兰岛与瑞典大陆之间的世界第一条高压直流输电（HVDC）线路建成以来，HVDC在很多工程实践中得到了广泛的应用，如远距离大功率输电、海底电缆输电、两个交流系统之间的非同步联络等等。
目前，国内已有多个大区之间通过直流输电系统实现非同步联网：未来几年，南方电网将建成世界上最大的多馈入直流系统；东北电网也有多条直流输电线路正在建设或纳入规划。
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
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。
关于柔性直流输电技术的探讨
关于柔性直流输电技术的探讨摘要：柔性直流输电技术是一种新型的直流输电技术，能够对电力系统进行快速调节，确保电力输送的稳定性，同时增加电力系统的动态无功补偿，进一步提升了电能质量，是现代化智能电网建设的重要应用技术。
本文围绕柔性直流输电技术，对其基本原理、系统结构等进行了分析，并探讨了柔性直流输电技术的应用。
关键词：柔性直流输电技术；原理；特点；应用引言近年来，全球能源消耗情况日渐严峻，我国也提出了建设资源节约型、环境友好型社会的要求，在这种背景下，构建智能、清洁、高效、可靠的输电网络成为电力行业的重要发展目标。
随着智能电网、分布式电源、可再生能源等技术的应用和发展，电网的运行压力不断增加，传统交直流输电技术呈现出很多不足之处，而柔性直流输电技术具有独立调节无功功率、无源供电能力、易于构建直流电网等特点，能够解决非线性负荷、冲击性负荷以及新能源发电并网发电等问题，在现代电网中得到了广泛应用。
在科学技术的推动下，可关断器件、直流电缆等技术进一步提升了柔性直流输电技术的性能，在未来的电网升级改造中将会发挥更大的效用，进一步推动我国电力事业的蓬勃发展。
1柔性直流输电技术概述1.1基本原理柔性直流输电技术是电力电子技术发展到一定阶段的产物，是一种基于电压源型换流器（VSC）、可控关断器件和脉宽调制技术（PWM）的新一代直流输电技术，其中电压源型换流器（VSC）为柔性直流输电技术的控制核心。
柔性直流输电技术主要是利用脉冲调制技术（PWM）控制电压源型换流器（VSC）实现直流输电，在这个过程中，调制波与三角载波通过比较生成触发脉冲，如图1所示，施加到电压源型换流器中，使其上下臂的开关实现高频通断，开关的通断桥臂中点电压Uc在+Ud和—Ud两个固定电压之间进行反复切换，之后通过电抗器进行滤波处理，从而生成三项交流电压Us，反馈到电网中【1】。
柔性直流输电技术能够实现无功功率和有功功率的同步控制，具有灵活的控制方式，从而为电网提供可靠的交流电压。
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。
柔性高压直流输电综述
起初 的 ＶＳ — Ｖ Ｃ Ｈ ＤＣ工 程 容 量 和 电压 等 级 为 ３ＭＷ／ ±１ Ｖ， ０ｋ 目前 容量 和 电压等级 达 １１０ＭＡ ３０ｋ ０ ／± ０ Ｖ
的设 计概 念 已经提 出．
１ 柔 性直 流 输 电 的结 构 和 工 作 原 理
１ １ 系统 结构 ．
●
理 想 的换 流器 主 电路拓扑 结构 不仅 可 以降低 电力
第 ７卷第 ３期
２０１ １年 ７月
沈 阳工程 学 院学报 （自然科 学版 ） Ｊｕ ａ ｏ ｈ ｎ ａ ｇＩｓ ｔｔ ｏ ｎ ｉｅｒ ｇ Ｎ ｔｒｌ ｃ ｎ ｅ ｏ ｒｌ ｆＳ ｅ ｙ ｎ ｎｔｕｅ ｆ ｇｎ ｅ ｎ （ ａ ａ Ｓ ｉ ｃ ） ｎ ｉ Ｅ ｉ ｕ ｅ
Ｖｏ ． ． １７ ＮＯ ３ Ｊ１ ２ ｌ ｕ ． Ｏｌ
收 稿 日期 Байду номын сангаас ０ １— ４—１ ２１ ０ ０
交流 系统 与换流 器之 间 的功率 传输 为 ：
作者简介 ： 王
伟 （９ ６一） 男 ， １８ ， 河南安阳人 ， 士研究生 硕
・
２６・ ３
沈阳工程 学院学报 （自然科 学版 ）
第７ 卷
无 功功率
Ｑ： （ 一Ｕ ｃ ｓ） ｃｏ￣ （） １
ＨＶ Ｃ）于 １９ 年 由 Ｂ ｏ —ｅｋ Ｏ ｉ等 人 首 次 提 Ｄ ９０ ｏ ｎＴ ｃ ｏ 出¨－３其主 要特 点是 采 用 由全控 电力 电子 器 件 （Ｇ ２， Ｉ－ Ｂ ＩＣ 构成 的 电压 源 换 流 器 （ Ｃ） 取 代 了 以往 Ｔ， Ｔ） Ｇ ＶＳ ，
直 流输 电 中基 于半 控 型器 件 的 电流 源 换 流器 （ Ｓ ． Ｃ Ｃ）
简单 ， 一般 采用 两 电平 或者 三 电平结构 ， 过桥臂 器件 通
一种柔性直流换流器子模块拓扑结构[发明专利]
![一种柔性直流换流器子模块拓扑结构[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/f8b146f84431b90d6d85c790.png)
专利名称：一种柔性直流换流器子模块拓扑结构
专利类型：发明专利
发明人：周季,贺之渊,李强,江伟,别小玉,周杨,阳岳希,马巍巍,许韦华
申请号：CN201510983232.8
申请日：20151224
公开号：CN106921307A
公开日：
20170704
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：一种柔性直流换流器子模块拓扑结构，包括：半桥结构和MOSFET器件；所述半桥结构包括第一开关模块、第二开关模块和第一电容；所述第一开关模块的负极与第二开关模块的正极相连；所述第一电容的正极和第一开关模块的正极相连，第一电容的负极和第二开关模块的负极相连；所述第一开关模块和第二开关模块均由一个IGBT和一个二极管反并联组成，所述半桥结构的每个IGBT并联一个MOSFET器件；MOSFET器件与IGBT器件的并联应用使得在开通、通流以及关断阶段时都能发挥两种器件各自的优势并取长补短，加入并联的MOSFET后整个过程与传统模块化多电平换流器子模块相比可大幅度降低开通关断时间的同时降低开关损耗。
申请人：国网智能电网研究院,国网福建省电力有限公司电力科学研究院,国家电网公司
地址：102211 北京市昌平区小汤山镇大东流村路270号(未来科技城)
国籍：CN
代理机构：北京安博达知识产权代理有限公司
代理人：徐国文
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探析柔性直流输电技术在全球能源互联网中的应用
探析柔性直流输电技术在全球能源互联网中的应用作者：林夏妮来源：《科学与财富》2017年第10期摘要：随着经济全球化的发展趋势，全球各个行业都在寻求一体化、互联化，电力系统作为世界的通用能源之一，构建一个全球电力能源互联网是极为重要的。
但是电力的互联方式要求较高，需要应用柔性直流输电技术进行互联，因此本文将从柔性直流输电技术入手，对柔性直流输电技术的发展、技术、控制保护等方面进行分析，并提出了柔性直流输电技术在全球能源互联网中的应用方案，旨在为相关人员提供参考意见。
关键词：柔性直流输电技术；全球能源互联；互联方案；1、柔性直流输电技术发展柔性直流输电技术最早是在1990年由加拿大大学学者提出的，瑞士ABB公司在此基础上提出了轻型高压直流输电技术，将聚合物电缆和电压源换流器通过技术手段进行结合，并在瑞典进行了工业试验，取得了较好的效果，国际大电网会议因此将其定义为VSC HVDC，翻译为电压源换流器型高压直流输电，在中国简称为柔性直流输电[1]。
柔性质量输电技术在孤岛供电、大型城市供电、可再生能源发并网等领域应用较为普遍。
其换流器的拓扑结构有两种，可控开关型的换流器拓扑结构和可控电源型的换流器拓扑结构，常见的有三相两电平、三相三电平、模块化多电平等，但是在2011年以后，柔性直流输电工程当中都开始采用模块化多电平换流器结构，因为模块化多电平换流器具有输出波形质量高、开关频率低、处理故障能力强等优势[2]。
2、柔性直流输电换流器技术柔性直流输电换流器根据桥臂等效特性将换流器分为可控电源型和可控开关型，可控电源型换流器的各个桥臂中分散着储能电容，因此可以通过对桥臂等效电压的改变来实现交流侧输出电压的变化[3]。
比较典型的代表就是模块化多电平换流器，可通过改变桥臂内串联子模块个数来完成等效电压的改变，根据子模块的类型可分为钳位双子模块型、全桥型、半桥型等；级联两电平换流器也属于可控电源换流器，它是由半桥电路级联而成的。
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。
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
2011/11/23
hfliang@
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。
2011/11/23
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
柔性直流输电系统的换流器拓扑结构
113科技资讯 S CI EN CE & T EC HNO LO GY I NF OR MA TI ON动力与电气工程根据换流阀能否主动切断电流,一般将高压直流输电技术分为两类[1]。
第一类以晶闸管为主要器件,需要交流电网提供换相电压,因此被称为电网换相换流器型直流输电(Line Commutated Converter based H V D C ,L C C -H V D C );另一类换流阀采用IGBT等可关断器件,不需要交流电网提供电压支撑,换流器本身相当于一个电压源,因此被称为电压源换流器型直流输电(Voltage-Sourced Converter based HVDC,V S C-H V DC )[2]。
L C C -H V D C 技术的发展已较为成熟,但对于需要在受端电网某一区域集中落点多回直流输电线路的情况,这种技术本身的换相失败问题,可能造成多回直流输电线路输送功率中断,使得受端电网的安全稳定性受到较大威胁[1]。
而V S C -H V D C 技术由于不存在换相失败的问题,在交流系统电压跌落时仍能保持一定的功率传输,因此可以很好地解决上述问题。
V S C -H V D C 采用自关断器件(主要是IGBT),可以同时控制输出交流电压的幅值和相位,从而实现有功功率和无功功率的独立解耦控制。
它本身可以发出或吸收无功功率,能够向无源网络或弱交流系统供电,便于构成多端直流电网[2]。
由于以上一系列特性,使V S C -H V D C 技术在输电和配电领域都有着广泛的应用前景。
世界三大电力设备制造商都分别推出了自己的VS C 产品。
A B B 公司将V S C -H V D C 的商标注册为“HVDC Light”,Siemens公司称其为“HVDC PLUS”,Alstom公司的VSC产品商标为“HVDC MaxSine”。
2006年5月,由中国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讨会”,与会专家一致建议将基于VSC技术的直流输电统称为“柔性直流输电”[1]。
柔性直流输电系统控制研究综述 冯跃
柔性直流输电系统控制研究综述冯跃摘要：柔性直流输电对电网安全运行有很关键的作用，为了确保该线路持续不断电，对其进行直流输电系统的运行与控制管理是很重要的。
在对柔性直流输电系统控制期间，对潜在的因素稍微忽略就会引起异常情况的出现。
我们在这篇文章中对输电系统分类及控制做了详尽探究，从设备、作业形式等全面分析，结合自身掌握知识对潜在问题进行论述，并提出相应的安全防护措施，以期为相关部门提高必要的参考依据。
关键词：柔性直流输电；拓扑结构；系统控制前言这些年来，在经济社会的不断发展进步和科学技术的更新优化，我国柔性直流输电系统相关知识技能有了很大程度的强化，在确保电网安全运行环节起着至关重要的作用。
然而，因柔性直流输电系统具备的特殊性，在带电工作期间，对系统安全运行就有着一定的隐患，需要对期输电线路带电操作实施科学的安全防护，全方位的确保线路安全及工作人员的人身安全，增强柔性直流输电输线电路运行的安全性和可靠性。
一、柔性直流输电系统拓扑及控制1.1VSC-HVDC系统拓扑及控制通常而言，VSC-HVDC就是我们提到的柔性直流输电系统，但是为了有所区别，一般把两端柔性直流输电装置叫做VSC-HVDC，把多端系统叫做VSC-MTDC。
其中VSC-HVDC系统的拓扑构造简单易懂，两端换流设备利用点与点连接来完成有功功率的操作。
最初的柔性直流输电系统普遍的是两端操作。
通过分析VSC-HVDC来说，系统拓扑的不同点就在直流侧接线操作存在区别。
一般的接线形式如图1.一般的大地回线接线操作如图1（a），系统直流侧存在一根导线。
以大地为基本线，形成一定的直流闭环回路。
这种操作措施能够降低线路成本，减少功能损耗，然而对地级周围的金属却有一定腐蚀性，对系统运行造成一定影响。
为缓解大地回线造成的电解腐蚀，确保安全运行，我们可以利用金属线来发挥大地回线的作用，形成单极金属回线接线，如图1（b）。
这种接线操作一般对电压较低、输送率小的情况较适用。
柔性直流输电【精选文档】
柔性直流输电一、概述（一)柔性直流输电的定义高压直流（HVDC）输电技术始于1920年代，到目前为止，经历了3次技术上的革新,其主要推动力是组成换流器的基本元件发生了革命性的重大突破。
第一代直流输电技术采用的换流元件是汞弧阀，所用的换流器拓扑是6脉动Graetz桥，其主要应用年代是1970年代以前。
第二代直流输电技术采用的换流元件是晶闸管，所用的换流器拓扑仍然是6脉动Graetz桥，因而其换流理论与第一代直流输电技术相同，其应用年代是1970年代初直到今后一段时间。
通常我们将基于Graetz桥式换流器的第一代和第二代直流输电技术称为传统直流输电技术,其运行原理是电网换相换流理论。
因此我们也将传统直流输电所采用的Graetz桥式换流器称为“电网换相换流器”，英文是“Line Commutated Converter",缩写是“LCC”.这里必须明确一个概念，有人将电流源换流器（CSC）与电网换相换流器（LCC）混淆起来，这是不对的.LCC属于CSC，但CSC的范围要比LCC宽广得多，基于IGBT构成的CSC目前也是业界研究的一个热点。
1990年，基于电压源换流器的直流输电概念首先由加拿大McGill大学的Boon-Teck Ooi等提出。
在此基础上，ABB公司于1997年3月在瑞典中部的Hellsjon和Grangesberg之间进行了首次工业性试验(3 MW，±10kV），标志着第三代直流输电技术的诞生.这种以可关断器件和脉冲宽度调制(PWM）技术为基础的第三代直流输电技术，国际权威学术组织国际大电网会议(CIGRE）和美国电气和电子工程师协会（IEEE），将其正式命名为“VSC-HVDC”，即“电压源换流器型直流输电”。
2006年5月，由中国电力科学研究院组织国内权威专家在北京召开“轻型直流输电系统关键技术研究框架研讨会”，会上，与会专家一致建议国内将基于电压源换流器技术的直流输电(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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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
领 域 的制高 点 ， 该技术 在新能源接入 （ 特 别 是 近海
都 跟 ＭＭＣ很 类 似 。ＭＭＣ的 建 模 、 控制、 调制、 器 件 参 数 选 择 在 文献 中有 详 细 论 述
流储 能 电容器 组 并 接 于直 流侧 ， 运 行 时换 流 桥 臂 中 电流 不 连 续 ； 而 以 ＭＭＣ为 代 表 的 可 控 电压 源 型 拓
扑 的储能 电容 器分 布在 换 流桥 臂 的子 模 块 中 ， 运 行 时换 流桥 臂 中有连 续 电流 流过 。两 类拓 扑各 自的优 势 在 相关文 献 中已有较 详 细 的总结 Ｊ 。较 晚 出现 的可 控 电压 源 型拓 扑 以其 诸 多 优 势 ， 成 为 未 来 柔 性
程、 ２ ０ １ １ 年 的上 海 南汇 工程 ） 和在建 的工 程 （ 如 大 连 跨 海工 程 、 舟 山 ５端 工 程 、 南 澳 风 电 场 接 入 ３端 工
程、 德国Ｂ ｏ ｒ ｗ ｉ ｎ ２工程 ） 中可见 一斑 。
ＭＭＣ子 模块 半桥 拓 扑 如 图 ２（ ａ ） 所示 ， 目前 国 内外
流器 采 用两 电平 或 三 电平 拓 扑结 构 。 Ｉ Ｅ Ｃ ／ Ｔ Ｒ ６ ２ ５ ４ ３技 术 报 告 … 将 电压 源 型 柔 性 直
， ＭＭＣ的拓
茸 茸茸
流输 电 换 流 器 拓 扑 分 为 两 种 ： 开关 型 （ “ ｓ ｗ ｉ ｔ ｃ ｈ ” ｔ ｙ ｐ ｅ ） 拓 扑 和 可 控 电压 源 型 （ “ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｌ ａ ｂ ｌ ｅ ｖ ｏ ｌ ｔ ａ ｇ ｅ ｓ ｏ ｕ ｒ ｃ ｅ ”ｔ ｐｅ） ｙ 拓 扑 。开关 型拓 扑 ， 即 目前 绝大 多 数 工程 采用 的两 电平 或 三 电平 拓扑 ， 其 明显 特 点 为 直
图１ ＭＭＣ换 流器 拓 扑 结 构
在 图 １中 ， Ｖ ｓ ａ ｂ ｃ为换 流 器 接人 的交 流 系 统 ， 为
获 得合 适 的直 流 电压 利用 率 ， 换 流器 一 般 通 过 连 接
变 压器 Ｔ与交 流 系统 相 接 。 Ｌ ｃ为 阀 电抗器 ， Ｓ Ｍ１～ Ｓ Ｍ ｎ为 可 控 电 压 源 换 流 器 子 模 块 。最 先 提 出 的
直 流 输 电换 流 器拓 扑 的发 展 趋 势 ， 这 从 目前 国 内外 最 新投 运 的工 程 （ ２ ０ １ ０年 的美 国 Ｔ ｒ ａ ｎ ｓ Ｂ ａ ｙ Ｃ ａ ｂ ｌ ｅ工
扫 广 １ — — ＿ － Ｊ广 翘 ＿ ＿ Ｌ — — — Ｊ广 翘 ＿ Ｌ — — ＿ ＿ Ｊ
２ ０ １ ３年 １ ０月 第 １ ６ 卷 第 ｌ Ｏ期
２ Ｏ １ ３，Ｖｏ ｌ ，１ ６，Ｎ ｏ ． １ ０
贵州电力技术
ＧＵＩ ＺＨｏＵ ＥＬＥＣＴＲＩ Ｃ Ｐ ＯＷ ＥＲ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ
电 网科 技
Ｐ ｏ ｗｅ ｒ Ｇｒ ｉ ｄ Ｔｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ
最 新投 运 的可控 电压 源 型换流 器柔 性直 流输 电工 程
均使 用 ＭＭＣ拓 扑 ， 该 拓 扑 已经 在工 业 界取 得 了较
高 的认 可度 。
１ ＭＭＣ换 流 器 基 本 结 构
２ ０ ０ ２年 ， 德 国学 者 Ｒ．Ｍａ ｒ ｑ ｕ ａ ￣和 Ａ．Ｌ ｅ ｓ ｎ ｉ ｃ － ａ ｇ最 早 提 出 了 ＭＭＣ拓 扑 结 构 的 概 念 ， 该 拓 扑 奠 定 可 控 电 压 源 型 换 流 器 的基 础 ， 之 后 有 学 者 和
Ｍｕ ｌ ｔ ｉ ｌ ｅ ｖ ｅ ｌ Ｃ ｏ ｎ ｖ ｅ ｒ ｔ ｅ ｒ ， ＭＭＣ ） ， 建 立 了基 于 几 种 可 控 电 压 源 型 换 流 器 拓 扑 的 柔 性 直 流 输 电 系统 电 磁 暂 态 模 型 ， 结合 Ｐ Ｓ Ｃ Ａ Ｄ ／ Ｅ Ｍ Ｉ ＇ Ｄ Ｃ 的数 字 仿 真 结 果 ， 验 证 了所 提 出的 换 流 器 拓 扑 结构 及 其 输 电 方案 的 可行 性 。 关键 词 ： 柔性 直流输 电； 可控 电 压 源 型 换 流 器 ； 模 块化 多 电平 换 流 器 文章编号 ： １ ０ ０ ８— ０ ８ ３ Ｘ（ ２ ０ １ ３ ） １ ０— ０ ０ ０ ９— ０ ４ 中图分类号 ： Ｔ Ｍ ５ 文献标志码 ： Ｂ