柔性高压直流输电综述

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1、第7卷第3期沈阳工程学院学报(自然科学版)Vol.7No.32011年7月JournalofShenyangInstituteofEngineering(NaturalScience)Jul．2011柔性高压直流输电综述12王伟，安森(1．沈阳理工大学信息科学与技术学院，沈阳110168;2．辽宁省建平县职业教育中心，辽宁建平122402)摘要:介绍了基于电压源换流器的柔性高压直流输电技术．分析了其系统结构和基本工作原理、关键技术;总结了其技术特点，并对ABB公司几个典型的柔性直流输电工程作了介绍;

2、最后展望了其发展前景．关键词:电压源换流器;柔性高压直流输电;系统结构中图分类号:TM721.1文献标识码:A文章编号:1673－1603(2011)03－0235－04基于电压源换流器的高压直流输电技术(VSC-间进行功率传输的纽带，它在很大程度上决定了换流HVDC)于1990年由Boon-TeckOoi等人首次提器的功率输送能力以及有功功率与无功功率的控制，［1－2］出，其主要特点是采用由全控电力电子器件(IG-同时也起到滤波的作用．BT，IGCT)构成的电压源换流器(VSC)，取代了以往直4)

3、电压源换流器VSC．VSC的使用是柔性直流输流输电中基于半控型器件的电流源换流器(CSC)．起电区别于常规直流输电的关键部分，在桥臂中用可控初的VSC-HVDC工程容量和电压等级为3MW/电力电子管(IGBT、IGCT)取代了以往的晶闸管，使整±10kV，目前容量和电压等级达1100MA/±300kV个变流系统更加可控．的设计概念已经提出．5)直流电容器C．电压源换流器直流侧储能元件，为换流器提供直流电压;同时可缓冲系统故障时引1柔性直流输电的结构和工作原理起的直流侧电压波动，减少直流侧电压纹波并为

4、受端1．1系统结构站提供直流电压支撑．图1为连接2个交流系统的柔性直流输电单线原1．2基本工作原理理图，其结构组成如下:柔性直流输电采用了PWM技术和电压源换流器，基本原理如图2和图3所示．通过正弦调制波与三角载波比较产生的触发脉冲使VSC上下桥臂的开关高频地开通和关断，桥臂中点电压U在2个固定值(正负电容电压)之间快速切换，经过滤波后得到其单相基波分量UC．图12端VSC-HVDC结构1)结变压器T．为电压源换流器提供合适的工作电压，保证电压源换流器输出最大的有功功率和无功功率．2)交流滤波系统A

5、Cfilter．因换流器输出的交流电压中可能会有一定量的高次谐波，通常应在换流母线处安装适当数量的交流滤波器，由于需要滤除的都是高次谐波，所以其体积和容量都较小，这也是柔性直图2双极性调制时的调制波和载波流输电系统的一个技术优势．在忽略谐波分量且假设换流器无损耗的情况下，3)换流电抗器L．是交流系统和电压源换流器之交流系统与换流器之间的功率传输为:收稿日期:2011－04－10作者简介:王伟(1986－)，男，河南安阳人，硕士研究生．·236·沈阳工程学院学报(自然科学版)第7卷无功功率单，一般采用

6、两电平或者三电平结构，通过桥臂器件直US接串联可以提高其电压等级．②优化的PWM调制方Q=(US－UCcosδ)(1)X式可以降低开关频率，延长IGBT、IGCT的使用寿命．有功功率③换流器损耗小．另外，装置实现的难易程度、造价、运USUC行经济等因素都是在设计主电路拓扑时需考虑的因P=sinδ(2)X素．其中，US为交流母线电压的基波分量;UC为换流理想的换流器主电路拓扑结构不仅可以降低电力器输出电压的基波分量;δ为二者之间的相角差;X为电子器件数目，而且能有效地降低控制保护系统的复换流电抗器的电

7、抗．杂性，为总体上保证系统的经济性、运行可靠性奠定良好的基础．2．2控制策略对于柔性直流输电的控制策略，总结起来主要分［3－4］为间接电流控制和直接电流控制．间接电流控制系统的结构简单，但存在交流侧电流动态响应慢、难以实现过电流控制等缺点．直接电流控制也称为“矢量控制”，通常包括内环电流控制和外环电压控制，因其图3双极性调制时的VSC单相输出电压具有快速的电流响应特性，因此受到了学术界和工业［5－6］由式(1)和式(2)可以看出，无功功率主要取决于界的普遍关注．ABB公司在工程中基本采取此类UC，有

8、功功率主要取决于相角差δ，而通过控制UC就控制策略．其整个控制器由内环电流控制器、外环电压可以控制电压源换流器发出(或者吸收)的无功功率，控制器、触发脉冲生成(属于阀控制层)和锁同步环节通过控制δ可以控制电压源换流器发出(或者吸收)组成．内环控制器用于实现换流器交流侧电流相位和的有功功率．因此电压源换流器相当于一个没有转动波形的直接控制，目的在于快速跟踪参考电流．外环控惯量的发电机或电动机，可以在一定范围内瞬间实现制根据系统级控制目标，可以实现定有功功率控制、定有功功