高压直流输电

世界交流输电的焦点在中国 世界直流输电的市场在中国
二、HVDC的优点与应用场合
HVDC的优点
① 输电容量不受输电距离的限制； ② 可以分期建设和增容扩建，双极性直流输电 系统的可靠性可与两回交流输电系统相当；
③ 采用直流输电可以实现电力系统之间的非同 步联网，可以不增加被联电网的短路容量，所 连的两侧交流系统可以运行在不同的频率或同 频不同步；
二、HVDC的优点与应用场合 HVDC的优点
④ 直流输电输送的有功功率和换流器消耗的无功 功率均可由控制系统进行控制，可利用这种快 速可控性来改善交流系统的运行性能，必要时 可实现潮流的快速反转； ⑤ 直流线路本身不消耗和发出无功功率，换流站 要消耗无功功率，但与线路长度无关； ⑥ 架空或电缆线路的造价要比交流输电低，占用 的空间也更小。
世界的HVDC发展： 据统计，1954年至2009年世界上已投入运行的直流 输电工程有100余项。
在最近我国云南—广东直流工程投运前，HVDC工
程 中 线 路 电 压 等 级 最 高 (±600kV) 、 输 送 容 量 最 大 (6300MW)的是巴西伊泰普直流输电工程，输送距离最长 (1700km)的是南非英加—沙巴直流工程。 1990 年建成的第一个多端直流输电工程是Quebec-
Hydro Power Base 9000MW
10000MW
2000MW
3000MW
AC DC
6
一、HVDC的概念、结构与发展
未来我国电网建设将依据交、直流输电相辅相成、 共同发展的原则，到2020年我国将建成“强交强直” 的特高压混合电网和坚强的送、受端电网。经过多 方面研究比选，直流工程总计达38项。
二、 HVDC的优点与应用场合
直流输电的应用场合有： 远距离大容量输电 电力系统联网
直流电缆送电
现有交流输电线路的增容改造
三、 VSC-HVDC的结构
VSC
直流输电线
VSC
Us 电抗器
滤 波 器
Uc
电抗器 滤 波 器
三、VSC-HVDC的结构
+
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ห้องสมุดไป่ตู้
-
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两电平电压源换流器拓扑结构及其输出交流波形
三、VSC-HVDC的结构
ip p VTa1 Ps Qs Us ‫ﮮ‬δ A Xf is VTa3 VTa4 VTb3 VTb4 B VTc3 VTc4 in n C Uc‫ 0ﮮ‬VTa2 VTb1 VTb2 VTc1 VTc2 io O udc udc1 iL1
+ SM SM 1 SM 2 SM 1 SM 2 SM 1 SM 2 T1
SM n
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SM n
D1 C
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UC
0 θ1θ 2 θ3 θ 4
θ5 90
θ()
Submodule(SM) SM 1 SM 2 SM 1 SM 2 SM 1 SM 2 + SM n SM n SM n Phase Module
中国矿业大学信息与电气工程学院 Map of interconnection power networks in 2010 School of Information and Electrical Engineering. CUMT
Thermal Base
3000MW 2500MW 1800MW 7200MW
自模块n-1
保护开关
T1 iSM uSM T2
子模块的构造
C0 Uc
模块n
K1
K2
至模块n+1
每个子模块有三种工作状态：
两个IGBT模块都是关断的； IGBT1是导通的，IGBT2是关断的； IGBT1是关断的，IGBT2是导通的。
每个子模块的开关都是独立控制的，所以MMC 换流器产生的输出电压非常平滑并且几乎是理想正 弦波形，具有较优的波形品质及较低的谐波含量。 这样就大大降低了对滤波器支路的要求。 另外，子模块的开关频率大大降低，因而降低了 换流器的运行损耗。
高压直流输电技术
一、HVDC的概念、结构与发展
概念：
HVDC是以直流输电的方式实现电能传输的输 电方式。 直流输电与交流输电方式的重要补充，构成现 代电力传输系统。
一、HVDC的概念、结构与发展
结构：
P A
整流器 换流变 整流：AC——DC 逆变器 换流变 逆变：DC——AC 直流输电线路
B
一、HVDC的概念、结构与发展
New England五端直流输电工程。
一、HVDC的概念、结构与发展
中国的HVDC发展：
迄今为止，我国已投运的直流输电工程有15项，舟山 直流工程已于2003年退出运行，现在运行的直流工程有14
项，包括3项背靠背直流工程和2项特高压直流工程。
正建的HVDC工程有 6项，包括2项特高压直流工程。 到2020年，我国将建成18项特高压直流工程，并成为 世界上拥有直流输电工程最多、输送线路最长、容量最大 的国家。
不平衡情况下的运行能力； 改善的故障情况下运行性能。
MMC逆变器输出相电压波形：
6000 4000 2000 0
u(U)/ V
-2000 -4000 -6000 0.7
0.72
0.74
0.76
0.78 t/s
0.8
0.82
0.84
多电平电压源换流器拓扑结构及其输出交流波形
模块化多电平换 流器（Modular Multilevel Converter，MMC） 是西门子公司提出 的在HVDC应用中 的一种新型的多电 平VSC拓扑，是由 一系列串联的子模 块组成换流器。
+ SM1 SM2 SMn SM1 SM2 SMn SM1 SM2 SMn
L
L
L
Ud
L
SM1 SM2 SMn
L
SM1 SM2 SMn
L
SM1 SM2 SMn -
模块化多电平VSC由六个桥臂组成，其中每个桥臂由若干 个相互连接且结构相同的子模块与一个电抗器串联组成。与 以往的VSC拓扑结构不同，模块化多电平VSC在直流侧没有 储能电容。 每个子模块由一个IGBT的半桥和一个直流储能电容器组 成。每个子模块都是一个两端器件，它可以同时在两种电流 方向的情况下进行全模块电压(IGBT 1 = ON, IGBT 2 = OFF) 和零模块电压(IGBT 1 = OFF,IGBT 2 = ON)之间的切换。
MMC本身的特殊优点：
① 改善的损耗情况（improved losses）； ② 很低的电压变化率（low dv/dt switching）； ③ 采用标准元件的模块化设计（modular design with standard devices）； ④ 灵活性（flexibility）； ⑤ 提高的电能储存能力（increased energy storage）
c _1 1.00 0.50 0.00 -0.50 -1.00 _
c _2
aa _
udc2 iL2
1.00 0.50 0.00 -0.50 -1.00 _ 0.31500.32000.32500.33000.33500.34000.34500.3500
三电平电压源换流器拓扑结构及其输出交流波形
三、VSC-HVDC的结构