柔性直流输电技术的发展与应用

1、概述
运行人员控制层
控制保护设备层
10/100 Ethernet
站间通讯到对站
Dial to CSPGDC
CSPG 远方监视工作站
TFR 谐波监视TDC 工程师 工作站 工作站 工作站 PFRIMS
培训 工作站
站长 工作站
工程师 工作站
SER 工作站
TC LAN2
路由 / 防火墙 路由 / 防火墙
目录
一
概述
二
柔性直流技术国内需求
三 柔性直流技术国内发展现状
四 柔性直流技术国内发展趋势
一 概述
1、概述
1）直流输电系统
直流输电系统框图
直流输电线路
换
换
AC
流
站
流
AC
站
换流器分类：
电流源型
换流器采用晶闸管等半控型器件构成
电压源型
换流器采用IGBT、IEGT等全控型器件构成
1、概述
2）常规直流（超/特压直流）工作原理 ●晶闸管器件 ● 电流源
1、概述
7）CSC-HVDC与VSC-HVDC对比
采用晶闸管，只能控制导通 时刻，电流反向后关闭，电 流只能单向传输，潮流反转， 直流电压极性改变
需要较强有源交流系统支撑， 电网换相，对弱电网进行电 能传输易发生换相失败
采用可关断器件，开通和关断 时间可控，与电流方向无关， 可以四象限运行，潮流反转， 直流电压极性不变，便于构建 多端直流系统
图例: Green - SCADA 层 Light Blue - 控制层 Dark Blue - 现场层 Brown - 辅助功能 Red – 时分复用总线 Black – 硬连线
TFR LAN
直流线路 故障定位
交流滤波器 保护
换流变压器 保护
直流滤波器 保护
交流站控 直流站控
路由器
LAN 极1
POLE 1 TFR
路由器
站数据 LAN 1 站数据 LAN 2
极1 直流控制
直流保护
极1 直流 测量
路由器
路由器
路由器
路由器
极2 POLE 2 TFR
极2 直流控制
直流保护
HVDC快速通讯 P1L1 HVDC快速通讯 P1L2 HVDC快速通讯 P2L1 HVDC快速通讯 P2L2
极2 直流测量
阀组 2 直流测量
阀组 1 直流控制
需要大量的无功补偿装置补 偿系统无功 传输容量范围一般大于 250MW 开关频率低，系统损耗小
直流保护
阀组 2 直流控制
直流保护
阀组 2 直流测量
阀组 1 直流测量
阀组 1 直流控制
直流保护
阀组 2 直流控制
直流保护
阀组 2 直流测量
现场总线 现场总线 现场总线
现场总线 现场总线 现场总线
现场总线
交流场
AC TFR
直流场
VBE
VBE
VBE
VBE
交流控制接口
交流控制接口
辅助系统接口
就地控制接口
◆ 换流电抗器 ◆ 直流滤波电容器
1、概述
6）柔性直流输电的换流器拓扑
SM1 SM2 SMn L0
L0 SM1 SM2 SMn
SM1 SM2 SMn L0
L0 SM1 SM2 SMn
SM1 SM2 子模块
SMn L0
L0 SM1 SM2
Udc
SMn
相单元
IGBT1
iSM
D1
C
Uc
USM IGBT2 D2
直流电缆
换流阀
直流电缆
P Us Uc sin Xc
Q Us (Us Uc cos ) Xc
•
Uc 换流阀
•
Us
Uc Us
1、概述
4）柔性直流输电的工作原理
D
O’
A -δ
Us o
ΔU
C
Uc
B
Is
整流
D
O’
A
Us o
C
Uc
ΔU
Is B
吸收无功
Is
D
Uc
O’
δ A
Us ΔU
o
C
B
逆变
D
Is
O’
自换相，可以工作在无源逆变 方式下，没有换相失败问题， 可以与无源系统互联，可以向 孤岛负荷供电，或者连接分布 式发电厂
只能控制触发角，不能单独 控制有功功率和无功功率
可以同时且独立地控制有功功 率、无功功率，使控制更加灵 活方便
1、概述
7）CSC-HVDC与VSC-HVDC对比
直流线路故障后，通过晶闸 管的控制可以清除
1、概述
3）柔性直流输电技术概念
CIGRE和IEEE：VSC-HVDC； ABB：HVDC-Light； Siemens：HVDC-Plus； Alstom：HVDC-Maxsine 中国：柔性直流输电（HVDC- Flexible）（VSC-
HVDC）
1、概述
4）柔性直流输电的工作原理
A
Us o ΔU C
Uc
B
发出无功
1、概述
5）柔性直流输电的系统框图
UDC_P1
IDC_P1 +Ud
U_PCC Q1
电力 变压器
辅助电源
U_AC
RLC/RI 滤波器
I_VSC
换流 电抗器
换流 变换器
结构
交流 滤波器
换流阀厅
UDC_P2
-Ud IDC_P2
◆变压器 ◆IGBT阀或IGCT阀 ◆ 交流滤波器
就地控制接口
就Байду номын сангаас控制接口
换流变接口
就地控制接口 就地控制接口
就地控制接口
换流变接口
就地控制接口
换流变接口
就地控制接口 就地控制接口
就地控制接口
换流变接口
双阀组串联特高压控制系统分层控制总体构架
现场层
1、概述
云广特高压（ ±800kV/5000MW） 向上特高压±800kV/6400MW
● ±800kV/5000A 8000MW （在建） ● ±1100kV/5000A 11000MW （通过鉴定） ● 6250A （通过型式试验）
1、概述
控制保护系统采用分层分布配置模式，换流阀采用双十二脉动换流阀串联模式：
400kV+400kV = 800kV，系统框图如下：
换流阀
换流阀
整流站
逆变站
➢ 控制保护系统负责整个换流站主要设备的启停控制、故障保护和实时数据采集与监
视
-------- 换流站的中枢神经
➢ 换流阀是直流工程特有的关键设备，实现交直流变化功能-------- 换流站的心脏
Office LAN 3 打印机
打印机
辅助系统
打打 印印 机机
AC/DC 工作站
全网调度
全网备调
大区调度
省级调度
运行人员 工作站
专线 远动工作站 A
Ethernet
TC LAN 2 TC LAN 1
远动工作站 B
CSGPD net
SCADA LAN1 SCADA LAN2
GateWay AC/DC -AGateWay
AC/ DC- B
GateWay Op. - A GateWay Op. - B
GateWay RCI - A GateWay RCI - B
服务器
主时钟
Legend: C& P - 控制保护 HM - 谐波监视 LAN - 局域网 PFRIMS – 保护和故障信息管理子站 SER - 顺序事件记录 TDM - 时分复用 TC - 远方控制 TFR - 故障录波 VBE - 阀基电子设备