VSC-HVDC_电压源换流器型高压直流输电技术

§1.2 VSC-HVDC的基本原理（续）
• VSC-HVDC的传输电缆
– VSC-HVDC传输电缆的表面是由压 缩型聚合物做成的绝缘材料，由三 芯绞线的屏蔽物和绝缘屏蔽物压缩 在一起构成——挤塑电缆
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电压源换流器常见拓扑结构
+
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u1 ur
0
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-
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-U d
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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
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电压源换流器的应用领域
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柔性直流输电的应用场合
非同步联网 连接分布电源 向城市中心送电 促进电力市场发展 提高配电网电能质量 向远方孤立负荷点送电 多端VSC-HVDC网络
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方便地调节有功和无功，改善 系统的运行性能 风电场、小型水电厂、太阳能 电站及其它新能源发电系统 用电量急增， 线路走廊困难 构建地区电力供应商交换电力的可行性 平台，增加运行灵活性和可靠性 快速控制有功无功，使电压、电流满足 电能质量标准要求 如沿海小岛、海上钻井平台、偏僻 地区负荷等
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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（HVDCFlexible）
§1.1 VSC-HVDC概述（续）
• 因为传统的HVDC需要交流电网提供换相电流， 这就要求受端系统必须是有源网络。因此，传统 的HVDC不能向无源网络（如孤立负荷）输送电 能。 • 造成传统HVDC上述缺点的主要原因是由于线换 相换流器采用的是半控型器件，只有用全控型器 件代替半控型器件，使换流器能工作在无源逆变 方式，并能够同时独立地控制有功功率和无功功 率，才能彻底克服上述缺点。
§1.1 VSC-HVDC概述（续）
• ABB公司把VSC与IGBT相结合，提出了轻型高 压直流输电（HVDC Light）的概念。 • 1997年3月在瑞典中部的赫尔斯扬和格兰斯堡之 间进行了首次HVDC Light的工业试验。这次试 验的输送功率为3MW，输电电压为10kV，所 使用的线路是一条暂时不用的10km交流线路。 试验过程十分顺利，无论是在稳态条件下还是在 暂态条件下，电力输送都十分稳定，达到了预期 的性能。
§1.1 VSC-HVDC概述（续）
• 随着电力半导体技术，尤其是绝缘栅双极 晶体管（IGBT）的快速发展，在HVDC中 采用以全控型器件为基础的电压源换流器 （VSC）的条件已经具备。 • 1990年，McGill大学的BoonTeck Ooi等 首先提出了利用PWM控制的VSC进行直 流输电的概念。
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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
§1.2 VSC-HVDC的基本原理（续）
• 假设换流电抗器是无损耗的，忽略谐波分量时， 换流器和交流电网之间传输的有功功率P及无功 功率Q分别为
U C S
P
Q
U SU C sin X1 U S (U S U C cos )
X1
式中，UC为换流器输出电压的基波分量；US为交流母线 电压基波分量；为UC和US之间的相角差；X1为换流电 抗器的电抗。
§1.1 VSC-Fra Baidu bibliotekVDC概述（续）
–传统的HVDC需要交流电网提供换相电流，该电流实际 上是相间短路电流，因此要保证换相的可靠，受端交 流系统必须具有足够的容量，即必须有足够的短路比 （Short Circuit Ratio），当受端电网比较弱时便容易 发生换相失败。 –由于开通滞后角和熄弧角 的存在及波形的非正弦， 传统的HVDC要吸收大量的无功功率，其数值约为输送 直流功率的40~60%，这就需要大量的无功补偿及滤波 设备，而且在甩负荷时会出现无功过剩，可能导致过 电压。
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VSC-HVDC技术
1. 2. 3. 4. 5. 6. VSC-HVDC的概述 VSC-HVDC的基本原理 VSC-HVDC的技术特点 VSC-HVDC的应用情况及研究现状 VSC-HVDC的控制方式及仿真验证 VSC-HVDC的实验方案
§1.1 VSC-HVDC概述
• 基于电压源换流器的高压直流输电 (HVDC based on Voltage Source Converter, VSC-HVDC) • 常规HVDC采用线换相电流源换流器（Line Commutated CSC），其本身存在一些固有的缺陷，主 要表现在以下几个方面
§1.2 VSC-HVDC的基本原理（续）
• 有功功率的传输主要取决于，无功功率的传输主要取决 于UC • 换流器通常采用脉宽调制（PWM）控制技术 • UC由换流器输出的PWM电压脉冲宽度控制， 就是PWM 的调制波相角
§1.2 VSC-HVDC的基本原理（续）
• 有功功率的传输主要取决于，通过对 的控制就可以控制 直流电流的方向及输送功率的大小。 • 无功功率的传输主要取决于m，通过控制m就可以控制 VSC发出或吸收无功功率及其大小。 • 尤其当＝0时VSC只发出无功功率，当= arcos(US/UC)时 VSC以单位功率因数运行。
§1.2 VSC-HVDC的基本原理
VSC
直流输电线
VSC
U S
电抗器
U C
电抗器 滤 波 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 X1
Q
U S (U S U C cos ) X1
§1.2 VSC-HVDC的基本原理（续）
• 直流侧并联大电容，起到为逆变器提供电压支 撑、缓冲桥臂关断时冲击电流、减小直流侧谐 波的作用 • 换流电抗器是VSC与交流侧能量交换的纽带同 时也有滤波的作用 • 交流滤波器的作用是滤去交流侧谐波 • 换流器中IGBT上并联反向二极管，除了作为主 回路以外，还起到保护和续流的作用