柔性直流输电技术简述.doc

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1、柔性直流输电技术介绍摘要：柔性直流输电技术是一种以电压源变流器、可关断器件和脉宽调制技术为基础的新型直流输电技术。与传统基于晶闸管的电流源型直流输电技术相比，柔性直流输电技术具有可控性高、设计施工方便环保、占地小及换流站间无需通信等优点，在可再生能源并网、分布式发电并网、孤岛供电、城市电网供电等方面具有明显的优势。比较了几种新型的高压大容量电压源变流器的特点；分析了大规模多节点模块化多电平系统实时动态仿真技术的现状和难点；指出了柔性直流输电技术在多端直流输电领域应用的特点和难点。介绍了欧洲、美国以及我国在柔性直流输电技术领域的应用规划。分析表明发达国家对于柔性直流输电在可再生能源利用和智能电

2、网发展中所起作用的极为重视，多条柔性直流输电线路在建或规划建设。关键词：柔性直流，模块化多电平，变流器，风电场并网1引言柔性直流输电技术（VoltageSourcedConverter,VSC）是一种以电压源变流器、可关断器件（如门极可关断晶闸管（GTO）、绝缘栅双极晶体管（IGBT））和脉宽调制（PWM）技术为基础的新型直流输电技术。国外学术界将此项输电技术称为VSC-HVDC，国内学术界将此项输电技术称为柔性直流输电，制造厂商ABB公司与西门子公司分别将该项输电技术命名为HVDCLight和HVDCPlus。与传统基于晶闸管的电流源型直流输电技术相比，柔性直流输电技术具有可控性高、设计施

3、工方便环保、占地小及换流站间无需通信等优点，在可再生能源并网、分布式发电并网、孤岛供电、城市电网供电等方面具有明显的优势。随着大功率全控型电力电子器件的迅速发展，柔性直流输电技术在高压直流输电领域受到越来越广泛的关注及应用。传统的低电平VSC具有开关频率高、输出电压谐波大、电压等级低、需要无源滤波器等缺点，而且存在串联器件的动态均压问题；多电平变流器提供了一种新的VSC实现方案。它通过电平叠加输出高电压，逼近理想正弦波，输出电压谐波含量少，无需滤波设备。自1997年赫尔斯扬试验工程投入运行以来，柔性直流输电技术迅速发展，目前已有13项工程投入商业运行，最高电压等级已达±200kV，最大工程容

4、量达到400MW，最长输电距离为970km。通过各个领域专家的不断创新和工程建设运行经验的不断积累，柔性直流输电技术作为一种先进的输电技术已具备大规模应用的条件。图1两端VSC-HVDC系统典型结构图2008年12月，“柔性直流输电关键技术研究与示范工程”作为国家电网公司的重大科技专项正式启动。该工程联接上海南汇风电场与书院变电站，用于上海南汇风电网并网，是中国首条柔性直流输电示范工程。该工程由中国电力科学研究院开发，负责接入系统设计、设备供货及工程实施等工作。2柔性直流输电技术的研究现状2.1高压大容量电压源变流器技术2.2.1模块化多电平变流器（ModularMultilevelConv

5、erter,MMC）模块化多电平变流器可以有效降低交流电压变化率，其拓扑结构如图2所示。桥臂中的每个子模块可以独立控制，每相上、下两个桥臂的电压和等于直流母线电压。交流电压通过控制每相中两个桥臂的子模块旁路比例来叠加实现，桥臂中的子模块越多，交流电压的谐波越小。与两电平变流器相比，由于不需要每一相上的所有器件在较高频率下同时动作，模块化多电平大大降低了器件的开关损耗。图2模块化多电平变流器拓扑示意图2.2.2混合多电平技术（HybridMultilevelTechnology,HMT）另一种可被应用于柔性直流输电系统的变流器叫混合多电平变流器。该技术将开关器件和半桥或全桥构成的多电平单元组合

6、构成一种新的变流器拓扑；由多电平单元产生电压波形，再由串联的开关器件将电压波形接入交流或直流网络。混合多电平变流器的一种典型的电路拓扑如图3所示，每一相由IGBT与多电平单元串联构成桥臂。该拓扑可以实现串联IGBT的零电压动作，同时多电平单元可以降低串联IGBT的电压应力，从而减少IGBT的串联个数。图3混合多电平变流器拓扑示意图2.2.3两电平级联型变流器（CascadedTwo-LevelConverter,CSL）两电平级联型变流器的原理和模块化多电平变流器类似，使用另一个名称是为了强调换流阀中使用了串联压接式IGBT。两电平级联型变流器利用IGBT压接技术将两电平电压源型变流器扩展到

7、级联型多电平变流器。典型的拓扑如图4所示，每相拓扑分为两个桥臂，分别与直流母线的正负极相连。每个桥臂由多个两电平单元构成，每个单元可独立控制以产生需要的交流基波电压，实现对有功功率和无功功率的输出控制。图4两电平级联型变流器2.2.4大规模多节点模块化多电平系统实时动态仿真技术实时数字仿真系统已广泛应用于传统超高压系统的在线仿真研究，这类数字仿真系统硬件通常采用基于共享存储器的多CPU并行计算机，核心程序包含