VSC-HVDC技術(shù)簡介

1、VSC-HVDC技術(shù)簡介徐政浙江大學(xué)HVDC&FACTS Research Cente 2011年6月內(nèi)容提要概述VSC-HVDC的優(yōu)勢(shì)VSC-HVDC與LCC-HVDC的比較基本原理概述VSC-HVDC電壓源型的直流輸電技術(shù)(Voltage Sourced Converter Based HVDC )ABB: HVDC LightSiemens: HVDC Plus (Power Link Universal System)中國：Flexible HVDC傳統(tǒng)直流輸電(LCC-HVDC)基于電網(wǎng)換相，是電流源型的直流輸電技術(shù)(Current Source

2、Converter Based HVDC )概述VSC-HVDC:以IGBT、IGCT 、GTO等可關(guān)斷器件，脈寬調(diào)制(PWM)等技術(shù)為特征的新型直流輸電技術(shù)。目前實(shí)際VSC-HVDC工程容量從幾MW到幾百M(fèi)W不等。目前已經(jīng)投產(chǎn)的最大工程是美國的Cross Sound Cable工程，額定容量為346MVA /330MW /±75MVAr,電壓等級(jí)/±150kV。據(jù)報(bào)道，現(xiàn)在容量已經(jīng)可以提升到上千MW。VSC-HVDC將傳統(tǒng)的HVDC輸電技術(shù)拓展到了配電領(lǐng)域，從而使直流輸電技術(shù)可應(yīng)用于輸、配電整個(gè)領(lǐng)域。 VSC-HVDC對(duì)將來的輸、配電技術(shù)會(huì)有重要的影響。概述應(yīng)用領(lǐng)域：電網(wǎng)

3、的非同步互聯(lián)連接小型發(fā)電廠向偏遠(yuǎn)地方供電向海上平臺(tái)供電向大型城市中心供電陸上和海上風(fēng)電場(chǎng)接入對(duì)敏感負(fù)荷供電電力市場(chǎng)交易改善電能質(zhì)量概述電網(wǎng)異步互聯(lián)B2B 換流站背靠背換流站AC60 HzAC50 Hz概述概述概述概述概述風(fēng)電場(chǎng)接入風(fēng)電場(chǎng)接入方案交流連接OSS=offshore substation概述概述概述構(gòu)筑多端直流輸電系統(tǒng)輻射狀環(huán)狀概述VSC-HVDC可以采用傳統(tǒng)的架空線路，但使用地下電纜更能使效益發(fā)揮出來。在很多情況下電纜的成本低于架空線路， 并且采用電纜更能滿足環(huán)境的要求。與傳統(tǒng)交流和就地發(fā)電相比，除了具有成本上的優(yōu)勢(shì)之外，VSC-HVDC還能提高供電的電能質(zhì)量。VSC-HVDC的技

4、術(shù)優(yōu)勢(shì)采用可控關(guān)斷型電力電子器件和PWM技術(shù),可以實(shí)現(xiàn)有功功率和無功功率的獨(dú)立控制能向無源網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)供電；在潮流反轉(zhuǎn)時(shí)，直流電流方向反轉(zhuǎn)而直流電壓極性不變，且換流器之間無需通信，也不需要外部的輔助設(shè)備，便于構(gòu)成并聯(lián)的多端直流輸電系統(tǒng)。VSC-HVDC的技術(shù)優(yōu)勢(shì)VSC 換流器產(chǎn)生的低次諧波少，使濾波裝置的容量大大減小。柔性直流輸電系統(tǒng)既能輸送有功功率，還能實(shí)現(xiàn)無功功率的緊急支援（起STATCOM功能），從而提高系統(tǒng)的功角穩(wěn)定性，以及系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性。模塊化設(shè)計(jì)使柔性直流輸電的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、安裝和調(diào)試周期大為縮短。VSC-HVDC與LCC-HVDC的比較傳統(tǒng)HVDC采用晶閘管，可以控制導(dǎo)通時(shí)刻，電流反

5、向后關(guān)閉需要較強(qiáng)有源交流系統(tǒng)支撐，電網(wǎng)換相只能控制觸發(fā)角，也不可能單獨(dú)控制有功功率或無功功率直流線路故障后，通過晶閘管的控制可以清除VSC-HVDC采用可關(guān)斷器件，開通和關(guān)斷時(shí)間可控，與電流方向無關(guān)自換相，可以工作在無源逆變方式下，沒有換相失敗問題，可以與無源系統(tǒng)互聯(lián)可以同時(shí)且相互獨(dú)立地控制有功功率、無功功率，使控制更加靈活方便故障電流將通過反并聯(lián)的續(xù)流二極管流向故障點(diǎn)，需要交流系統(tǒng)斷路器跳閘來清除故障VSC-HVDC與LCC-HVDC的比較與傳統(tǒng)直流輸電的比較(續(xù))傳統(tǒng)HVDC開關(guān)頻率低，需要大容量濾波器來限制諧波水平換流器吸收大量的無功功率(40-60%)通過投切交流濾波器來控制無功功率甩

6、負(fù)荷時(shí)可能會(huì)產(chǎn)生很大的過電壓VSC-HVDC開關(guān)頻率相對(duì)較高，低次諧波少，不需要或者只需要較少容量的高次 濾波器能4象限運(yùn)行，可以吸收/發(fā)出無功功率無功功率可以通過換流器控制器控制由于沒有并聯(lián)的大容量的電容器，甩負(fù)荷時(shí)的過電壓較小VSC-HVDC與LCC-HVDC的比較與傳統(tǒng)直流輸電的比較(續(xù))傳統(tǒng)HVDC占地面積比較大濾波器同時(shí)用來補(bǔ)償無功功率，可投切使用架空線路，電纜或者二者的混合潮流反轉(zhuǎn)時(shí)，直流電壓極性反轉(zhuǎn)，直流電流方向保持不變損耗較小(滿載時(shí)，每端0.8%)VSC-HVDC占地面積比較小，約為相同容量下傳統(tǒng)直流的20%左右濾波器一般只用來濾波，并且一直在線運(yùn)行目前所有的商業(yè)化工程都使用

7、的是電纜直流電流反向，直流電壓保持不變損耗較大(滿載時(shí)，每端1.8%)VSC-HVDC與LCC-HVDC的比較C o n ve rte r lo s s e s2 -le ve l3 -le ve l, o r c om p a ra b leto p o lo g ie sL in e c o m m u tate d H V D C20002002Year基本原理兩端VSC-HVDC系統(tǒng)的單線原理圖基本原理基本原理設(shè)交流母線電壓基波分量為Us 、換流器輸出電壓基波分量為Uc 、超前的角度為ä，換流電抗器電抗為X (包括變壓器)，則忽略諧波分量時(shí)，換流器所吸P =U SU CXsi

8、n ä收的有功功率P和無功功率Q為：Q =U S (U S U C cosä )X可以通過控制ä來控制VSC輸送的有功功率的大小和方向，通過控制Uc來控制VSC發(fā)出（或吸收）無功功率的大小?；驹懋?dāng)直流電壓恒定時(shí)，調(diào)制度決定VSC輸出電壓的幅值，而調(diào)制波的相位和頻率決定VSC輸出電壓的相位和頻率。因此，通過控制調(diào)制波的相位和調(diào)制度就可以控制VSC傳輸?shù)挠泄β屎蜔o功功率的大小和方向?；驹韽南到y(tǒng)角度來看，VSC可以看成一個(gè)無轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的電動(dòng)機(jī)或者發(fā)電機(jī)，它幾乎可以瞬時(shí)實(shí)現(xiàn)有功功率和無功功率的獨(dú)立條件，實(shí)現(xiàn)四象限運(yùn)行ä基本原理無功功率主要取決于換流器輸出電壓Uc的輻值UcUc = UsUsUsUcIIQ= 0Q<0InductiveoperationQ>0Capacitiveoperation基本原理有功功率主要取決于VSC輸出電壓的相角Uc = UsUsUUU s-