柔性直流输电系统拓扑结构

·12·NO.14 2019( Cumulativety NO.50 )中国高新科技China High-tech 2019年第14期（总第50期）0　引言随着电子技术的发展和绝缘栅双极性晶体管（Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT）的出现，电压源型换流站（Voltage Source Converter，VSC）技术应运而生，为柔性直流输电奠定了技术基础。

柔性直流输电不需要传统交流输电系统的换相容量，并且对无源载荷提供电力，并广泛适用于城市供电、偏远地区供电、新能源发电并网等供电新领域。

此外，柔性直流输电系统还具有较高的可控性，较低的成本，较小的电力损耗，可实现动态无功补偿等，因此成为当前输电领域研究的热点之一。

柔性直流输电技术中，输电系统的拓扑结构是关键环节之一。

合理的拓扑结构能够有效提高直流输电系统的输电效率和可靠性，因此是目前柔性直流输电系统研究的重点。

本文将分析柔性直流输电系统的技术原理，并对柔性直流输电系统的拓扑结构进行研究，从而为我国柔性直流输电系统的设计与建设提供理论参考。

1　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）。

1.1　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。

图1　两电平电压源换流器示意图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。

随着串联的二极管和GBIT 个数的增加，将增加动态电压的不稳定性，而且串联的二极管和GBIT也会增加输电系统输电波形的谐波含量，进而降低柔性直流输电系统的功率和效率。

1.2　多电平电压源换流器的技术原理多电平电压源换流器技术在两电平电压源换流柔性直流输电系统拓扑结构叶　林（中国南方电网有限责任公司超高压输电公司广州局，广东 广州 510000）摘要：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。

关键词：柔性直流；输电系统；拓扑结构；输电方案 文献标识码：A 中图分类号：TＭ131文章编号：2096-4137（2019）14-012-03 DOI：10.13535/ki.10-1507/n.2019.14.04收稿日期：2019-04-30作者简介：叶林（1987-），男，河南信阳人，供职于中国南方电网有限责任公司超高压输电公司广州局，研究方向：超（特）高压输电运维柔性直流输电系统拓扑结构。

·13·器技术基础上发展而来。

相比于两电平电压源换流器，多电平电压源换流器共用了直流电容器，通过多接几组共用的二极管，就可形成多个电压等级的换流器。

多电平电压源换流器可比两电平电压源换流器多输出不同的直流输出电平。

多电平电压源换流器如图2所示。

图2　多电平电压源换流器示意图多电平电压源换流器可在相同的电力开关器件基础上实现比两电平电压源换流器更多倍的输出电压，因此可有效提高直流电压等级。

但是多电平电压源换流器的本质仍与两电平电压源换流器相似，也无法从根本上解决大容量直流输电系统存在的动态电压的不稳和谐波含量大的问题。

1.3　模块化多电平电压源换流器的技术原理模块化多电平电压源换流器与两电平SVC的区别是每一相的桥臂不再是由二极管和GBIT串联而成，而是利用多个相对独立的子模块和串联的电抗器构成。

其中独立的子模块主要实现两路电流同时开通、同时中断、某一路电流单独通断等功能。

MMC在工程应用中，为保证直流侧的电压恒定不变，必须是三相中所采用的子模块数量相统一。

若在三相中所采用的子模块不同，则会因三相直流电压不相等，直流母线可能产生冲击电压，从而造成输电系统故障。

为避免此类故障，一般要在各个桥臂接入电抗器，实现直流侧不同电压的动态无功 补偿。

MMC所采用的子模块数量越多，直流输电系统所输出的电力波形越接近于正弦波，因此可有效降低谐波的比例，提高直流输电系统功率和效率。

MMC所采用的子模块构成的电力开关在输电系统中的频率远远低于两电平SVC及多电平SVC，从而降低了柔性直流输电系统的输电损耗。

MMC也存在一些技术难题，例如随着直流输电系统电压的提高，必须增加子模块数量，这也增加了MMC的设计难度和工程成本。

2　柔性直流输电系统拓扑结构分析柔性直流输电系统的拓扑结构需要考虑选择合适的换流器、接地点、工程成本等，因此选择合适的柔性直流输电系统的拓扑结构对输电网络的输电效率、经济效益均有较大意义。

本文结合国内外当前主流的柔性直流输电系统，介绍３种柔性直流输电系统拓扑结构设计方案。

2.1　基于SVC或MMC的拓扑结构在柔性直流输电系统工程应用的早期，由于输电容量较低且直接采用电缆作为柔性直流输电系统的直流线路，因此多采用基于SVC或MMC的基本换流器组成的拓扑结构设计输电系统。

基于SVC的拓扑结构中，接地的是直流侧的电容器的中点。

这种拓扑结构形成了一种正负极对称的线路形式，从而确保柔性直流输电系统在正常运行时不会有工作流经过接地点，保证了输电系统的安全性和可靠性。

而基于MMC换流器的拓扑结构中，由于直流侧并没有集中布置的电容器，因此无法选择类似SVC结构中的接地点。

为了降低MMC拓扑结构的直流输电线路中的绝缘水平，需要在拓扑结构中构造正负极对称的线路布局，从而达到良好的直流输电效果。

无论基于SVC还是MMC的直流输电拓扑结构，在输电系统的正常工作状态下都不会有工作电流经过接地点，因此不需要在拓扑结构中设计独立的接地极。

但是，一旦拓扑结构中有换流器发生故障或某一独立支路直流电路发生故障，整个柔性直流输电系统均无法正常运行可谓“牵一发而动全身”。

这种柔性直流输电系统拓扑结构可在小容量输电线路中推广应用，但是无法适应大容量或架空线路的直流输电系统的应用需求。

2.2　基于组合式换流器的拓扑结构单一的SVC或MMC虽然可通过增加串联的级数实现输电线路容量和电压级别，但是终究存在输电压力不稳及谐波影响。

通过将SVC和MMC组合的方式构建柔性直流输电系统拓扑结构，既可以达到提高直流输电系统容量目的，也可以有效降低输电线路谐波干扰。

在组合式换流器构建的柔性直流输电系统拓扑结构中，采用n个SVC或MMC构成整个整流器，每个SVC或MMC都有相对独立的输电接地点；通过n个SVC或MMC的级联，形成了n倍SVC单元输电电压和输电电流的柔性直流输电系统。

采用组合式换流器拓扑结构的柔性直流输电系统，解决了基于·14·NO.14 2019( Cumulativety NO.50 )中国高新科技China High-tech 2019年第14期（总第50期）SVC或MMC的拓扑结构中单一故障对整个输电系统的影响，从而极大地提高了柔性直流输电系统的可靠性。

另外，级联的SVC或MMC拓扑结构，也降低了柔性直流输电系统的绝缘水平，对柔性直流输电系统的输电效率具有极大改善作用。

2.3　其他拓扑结构除当前常用的几种柔性直流输电系统拓扑结构外，根据我国电力能源的分布和消耗情况，也有一些针对性的柔性直流输电系统拓扑结构。

针对我国电力能源的“西电东送”，设计了LCC整流站+MMC逆变站的混合拓扑结构式合计方案。

成熟的LCC整流站技术加上MMC逆变站设计，从而解决了单相输电时载荷系统换相失败的难题。

但是这类拓扑结构仅适用于单向直流电力传输，若能源需求发生变化，则该线路无法适应。

针对风力发电的直流输电问题，设计了基于VSC整流站+LCC逆变站的拓扑结构设计，VSC整流站可适应风力发电的交流电压调整，避免单独LCC线路换相失败的问题。

3　结语柔性直流输电系统在工程应用中非常复杂，为了确保输电系统的可靠稳定运行，对柔性直流输电系统的拓扑结构进行分析是十分必要的。

随着国民经济的迅速发展，建设更高容量的直流输电网络势在必行，柔性直流输电系统比传统交流输电系统更有优势，必将进一步促进柔性直流输电系统在特高压、特大容量输电网络中的应用。

通过合理选择拓扑结构，对构建高效率、高安全性、高可靠性的柔性直流输电系统具有关键的作用。

参考文献[1] 张智，刘丽楠．MMC型柔性直流输电系统起动电阻器的选择研究[J]．电气技术，2018，19（8）：101-108．[2] 马河涛，黄守道，饶宏，等．基于马尔可夫过程的柔性直流输电系统可靠性分析[J]．电力系统保护与控制，2018，46（10）：10-16． [3] 李兴源，曾琦，王渝红，等．柔性直流输电系统控制研究综述[J]．高电压技术，2016，42（10）：3025-3037．（责任编辑：李　华）0　引言双河水库位于昭通彝良县双河村角奎小河上游的咪咡河田坝-双河河段。

角奎小河是金沙江一级支流横江的右岸支流。

水库坝高82.5m，坝址河床高程1337.3m，正常蓄水位1411.2m，总库容2180万m 3，属于以灌溉为主的中型水利工程。

由于库区三叠系关岭组灰岩自左岸通向库外且岩溶极发育，库区溶洞十分常见，因此岩溶渗漏问题是该水库的关键地质问题。

本文收集双河水库岩溶发育的调查资料，并对其特征、规律进行分析，并结合渗云南双河水库岩溶区渗漏问题分析罗宇凌1　沙　斌2　姚翠霞3　刘安芳2（1.云南华禹水利水电勘察设计有限公司，云南 昆明 650051；2.云南昭通市水利水电勘测设计研究院，云南 昭通 657000；3.中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司，云南 昆明 650051）摘要：通过岩溶发育调查、分析以及地下水补给、径流、排泄条件综合分析可知，库坝河谷段岩溶地下水沿岩溶层径流排泄于河床，下游田坝河段也为地下水补给型河谷，库区无通向库外的深层岩溶通道，且在库坝河谷段与下游田坝河谷段之间存在地下分水岭。

河间地下水稳定运动计算和陡直河岸地下水壅高计算结果显示：该地下分水岭高于水库正常蓄水位，双河水库不存在影响水库运行的岩溶渗漏问题。