柔性輸電與直流輸電技術(shù)

1、柔性輸電與直流輸電技術(shù)1引言自從1882年法國人德普勒首次實現(xiàn)第一條直流輸電線把電力送到57 km遠(yuǎn)的慕尼黑國際博覽會驅(qū)動水泵電動機，1891年第一條三相交流高壓輸電線在德國勞奮至法蘭克?？⒐ひ詠?，開始了電力系統(tǒng)交直流輸電一個多世紀(jì)的應(yīng)用和發(fā)展。輸電技術(shù)發(fā)展的特點是努力減少線路損失，提高輸送距離和輸送容量。目前，單純提高輸電電壓的發(fā)展已出現(xiàn)明顯的飽和趨勢，傳統(tǒng)的輸電方法已不能適應(yīng)現(xiàn)代電力輸送的要求。未來輸電發(fā)展的重點將是采用新的技術(shù)，充分利用線路走廊輸送更多的電力，提高單位線路走廊的輸電能力是許多國家共同面臨的問題，于是多種新型輸電方式的概念和技術(shù)被提出并得到積極地研究。1970年后發(fā)展起來的

2、電力電子技術(shù)，可以通過電力半導(dǎo)體開關(guān)電路實現(xiàn)快速、有效、經(jīng)濟(jì)、方便的電力變換、電力補償和電能控制，可以為傳統(tǒng)電力系統(tǒng)中發(fā)電、輸電、配電、用電各領(lǐng)域提供先進(jìn)的技術(shù)手段：快速、經(jīng)濟(jì)、有效、便捷地實現(xiàn)電力系統(tǒng)中電壓、電流、阻抗、功率的實時調(diào)控，將各種電力電子補償控制器引入交流輸電系統(tǒng)，可以實現(xiàn)交流輸電系統(tǒng)的靈活、方便、經(jīng)濟(jì)有效的實時控制，提高交流輸電功率極限值，而又確保其運行穩(wěn)定性儲備，優(yōu)化輸電電網(wǎng)潮流，減少功耗，節(jié)省能源，提供輸電線路變壓器等電力設(shè)備的利用率。引入了各種電力電子變換器、補償控制器可實現(xiàn)靈活快速有效控制的交流輸電系統(tǒng)被稱為柔性交流輸電系統(tǒng)FACTS（Flexible A.C Tran

3、smission System）。FACTS技術(shù)從根本上改變了交流輸電系統(tǒng)中，對于電網(wǎng)的控制只能采用傳統(tǒng)的緩慢、間斷以及不精確設(shè)備進(jìn)行機械控制的局面，為交流輸電網(wǎng)提供了快速、連續(xù)和精確的控制手段以及優(yōu)化潮流的能力，同時能夠保證系統(tǒng)穩(wěn)定性，且有助于在事故發(fā)生時防止連續(xù)造成的大面積停電。隨著電力電子器件和控制技術(shù)的發(fā)展，換流站采用IGBT、IGCT等元件構(gòu)成電壓源型換流站（Voltage Source Converter，VSC）來進(jìn)行直流輸電成為可能。自上世紀(jì)九十年代后期，以ABB公司為代表的國外公司發(fā)展了輕型直流輸電（HVDC Light）技術(shù)，并成功應(yīng)用于多個領(lǐng)域。這種直流輸電技術(shù)是采用基于

4、可關(guān)斷型器件的電壓源型換流器和PWM技術(shù)進(jìn)行直流輸電。從其技術(shù)特點和實際工程的運行來看，很適合應(yīng)用于可再生能源并網(wǎng)、分布式發(fā)電并網(wǎng)、孤島供電、城市電網(wǎng)供電、異步交流電網(wǎng)互聯(lián)等領(lǐng)域。 因此，根據(jù)國家中長期科技發(fā)展規(guī)劃和“十一五”發(fā)展規(guī)劃綱要，發(fā)展柔性輸電與直流輸電技術(shù)，建設(shè)新一代直流輸電聯(lián)網(wǎng)工程，促進(jìn)大規(guī)模風(fēng)力發(fā)電場的并網(wǎng)，城市供電和孤島供電等新技術(shù)的發(fā)展，滿足持續(xù)快速增長的能源需求和能源的清潔高效利用，增強自主創(chuàng)新能力，符合我國國情和我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)律，符合市場需求，符合電力工業(yè)發(fā)展規(guī)律和電網(wǎng)技術(shù)發(fā)展方向。2柔性輸電技術(shù)2.1柔性交流輸電技術(shù)柔性交流輸電(FA rS：Hexible Alter

5、nativeCurrent Transmission Systems)又叫做靈活交流輸電，最早是在1988年由美國電力科學(xué)研究院(EPRI)的NGHingorani博士提出來的。柔性交流輸電技術(shù)是將電力電子技術(shù)、微處理機技術(shù)和控制技術(shù)等高新技術(shù)集中應(yīng)用于高壓輸變電系統(tǒng)，以提高輸配電系統(tǒng)可靠性、可控性、運行性能和電能質(zhì)量并獲取大量節(jié)電效益的一種新型綜合技術(shù)。柔性交流輸電技術(shù)的發(fā)展主要經(jīng)歷了以下幾個階段：從20多年前就出現(xiàn)的SVC開始，主要由晶閘管開關(guān)快速控制的電容器和電抗器組成的裝置，以提供動態(tài)電壓支持，其技術(shù)基礎(chǔ)是常規(guī)晶閘管整流器(SCR：Semiconductor Controlled Re

6、ctifier)，后來出現(xiàn)的第一代FACTS裝置是晶閘管控制的串聯(lián)電容器(TCSC：Thyristorcontrolled Series Compensator)，它利用SCR控制串接在輸電線路中的電容器組來控制線路阻抗，從而提高輸送能力。第二代FACTS技術(shù)裝置同樣具有支持電壓和控制功率等功能，但在外部回路中不需要加設(shè)大型的電力設(shè)備(指電容器和電抗器組或移相變壓器等)。這些新裝置如靜止無功發(fā)生器(STATCOM：Static Compensator)和串聯(lián)補償器(SSSC：solid-state Series Compensator)設(shè)備采用了門極可關(guān)斷設(shè)備(GT0：Gate Turn Of

7、f Thyristor；IGBT：Insu一1ated Gate Bipolar Transistor)等一類全控型器件，起到電子回路模擬出電容器和電抗器組的作用，裝置造價大大降低，性能卻明顯提高。第三代FACTS技術(shù)將兩臺或多臺控制器復(fù)合成一組FACT S裝置，并使其具有一個共同的、統(tǒng)一的控制系統(tǒng)。如將一臺STATCOM 和一臺SSSC復(fù)合而成的綜合潮流控制器(UPFC：UnifiedPower Flow Controller)，它可以控制線路阻抗、電壓或功角，同時可控制輸電線路的有功和無功潮流。調(diào)節(jié)雙回路潮流的線間潮流控制器(IFPC：InterPhase Power Flow contr

8、oller)和可控移相器(TCPR：ThyristorControlled Phase angle Regulator)都屬于復(fù)合控制器。FACT S技術(shù)用于配電領(lǐng)域也取得了顯著進(jìn)展，它主要用于改善配電網(wǎng)的電壓和電流質(zhì)量，包括有功、無功電壓、電流的控制和高次諧波的消除，蓄能等應(yīng)用。目前已開發(fā)的裝置有SVC、配電靜止補償器(DSTAT COM)、電池蓄能器(BESS)、超導(dǎo)蓄能(SMEs)、有源電力濾波器(APF)、動態(tài)電壓限制器(DVL)及固態(tài)斷路器(SSCB)等。FACTS技術(shù)的出現(xiàn)，突破了過去單一控制器形成的局部作用及影響，開辟了提高交流輸電線和輸電網(wǎng)運行整體控制能力和水平的技術(shù)渠道。2.

9、1.1 幾種FACTS 元件并聯(lián)型FACTS 元件可以是可變阻抗，可控電源或兩者的組合。通常并聯(lián)型FACTS控制器都是通過并聯(lián)節(jié)點向電網(wǎng)注入電流來實現(xiàn)所需的控制功能。即使是對于采用并接可變阻抗形成的并聯(lián)FACTS 控制器，電網(wǎng)電壓作用在可變阻抗上形成的電流也可以看作是向電網(wǎng)注入相應(yīng)的電流。如果并聯(lián)FACTS 控制器注入的電流矢量與接入節(jié)點處的電壓矢量垂直，則并聯(lián)FACTS 元件只從電網(wǎng)中吸收/發(fā)送無功功率，若二者相位不垂直則并聯(lián)FACTS 控制器和電網(wǎng)之間會產(chǎn)生有功交換。早在1970 年代并聯(lián)型的FACTS 元件SVC（Static Var Compensator）就在美國投入了運行，隨著技術(shù)

10、的進(jìn)步TCBR（Thyristor Controlled Braking Resistor），STATCOM（Static Synchronous Compensator）也在電力系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。2.1.1.1 SVC（Static Var Compensator）SVC 一般被用來控制接入點電壓在靜、動態(tài)過程中維持在一定范圍內(nèi)，同時SVC還具有一定的穩(wěn)定系統(tǒng)能力，但是SVC 并不能有效控制電力系統(tǒng)的功率潮流。SVC一般是通過晶閘管來實現(xiàn)快速投切并聯(lián)電容器/電抗器來運行，有時也與機械控制的電容器/電抗器配合動作來實現(xiàn)上述功能。SVC 現(xiàn)有以下四種型式：可控硅控制空芯電抗器型(TCR 型)

11、；可控硅開關(guān)控制電容器型(TSC 型)；自飽和電抗器型(SR 型)；可控硅控制高阻抗變壓器型(TCT 型)，其基本結(jié)構(gòu)如圖1.1 所示： 圖2.1常見的幾種SVC基本結(jié)構(gòu)2.1.1.2 STATCOM（Static Synchronous Compensator）早在1980 年日本三菱公司就研制成功了采用晶閘管強迫換相電路的20MVar 的靜止同步補償器（Static Synchronous Compensator），但由于電路復(fù)雜未獲得廣泛應(yīng)用22。自1990 年代以來，隨著全控型電力電子器件（GTO、IGBT、IGCT、ETO 等）的發(fā)展，采用電力電子變流器構(gòu)成的靜態(tài)同步補償器(STAT

12、COM)得到了越來越多的重視和應(yīng)用。通常情況下STATCOM 由直流側(cè)接有儲能電容的三相逆變器構(gòu)成，如圖1.2 所示，其輸出電壓與電網(wǎng)電壓同相。當(dāng)其輸出電壓高于/低于電網(wǎng)電壓時將會導(dǎo)致輸入電流的超前和滯后于電網(wǎng)電壓，其電壓差值的大小決定了輸入電流的大小。因此可以通過調(diào)節(jié)電壓的幅值大小來控制STATCOM 輸出無功功率的極性和大小。 圖2.2 STATCOM 基本結(jié)構(gòu)與向量圖由于STATCOM 采用電力電子變換器來產(chǎn)生無功功率具有響應(yīng)速度快、無需負(fù)載電容、電抗等特點，因而具有控制節(jié)點電壓、實現(xiàn)瞬時無功補償、阻尼系統(tǒng)振蕩、增強系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性等功能5,23,24。除此之外STATCOM 還可以在其直

13、流側(cè)配置大容量儲能器件如蓄電池和超導(dǎo)磁儲能系統(tǒng)（SMES）等，這樣當(dāng)系統(tǒng)掉電時配有儲能系統(tǒng)的STATCOM 還可以為本地系統(tǒng)提供短時間的電力支撐。2.2柔性直流輸電技術(shù)隨著能源緊缺和環(huán)境污染等問題的日益嚴(yán)峻，國家將大力開發(fā)和利用可再生清潔能源，優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)。然而，隨著風(fēng)能、太陽能等可再生能源利用規(guī)模的不斷擴大，其固有的分散性、小型性、遠(yuǎn)離負(fù)荷中心等特點，使得采用交流輸電技術(shù)或傳統(tǒng)的直流輸電技術(shù)聯(lián)網(wǎng)顯得很不經(jīng)濟(jì)。同時海上鉆探平臺、孤立小島等無源負(fù)荷，目前采用昂貴的本地發(fā)電裝置，既不經(jīng)濟(jì)，又污染環(huán)境。另外，城市用電負(fù)荷的快速增加，需要不斷擴充電網(wǎng)的容量，但鑒于城市人口膨脹和城區(qū)合理規(guī)劃，一方面要求

14、利用有限的線路走廊輸送更多的電能，另一方面要求大量的配電網(wǎng)轉(zhuǎn)入地下。因此，迫切需要采用更加靈活、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的輸電方式解決以上問題。2.2.1 柔性直流輸電原理與基于自然換相技術(shù)的電流源型換流器的傳統(tǒng)直流輸電不同，VSC-HVDC是一種以電壓源換流器、可控關(guān)斷器件和脈寬調(diào)制(PWM技術(shù))為基礎(chǔ)的新型直流輸電技術(shù)。這種輸電技術(shù)能夠瞬時實現(xiàn)有功和無功的獨立解耦控制、能向無源網(wǎng)絡(luò)供電、換流站間無需通訊、且易于構(gòu)成多端直流系統(tǒng)。另外，該輸電技術(shù)能同時向系統(tǒng)提供有功功率和無功功率的緊急支援，在提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和輸電能力等方面具有優(yōu)勢。下面詳細(xì)介紹VSC-HVDC的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及其基本工作原理。圖2.3為柔性直

15、流輸電系統(tǒng)單線原理圖，兩端的換流站均采用VSC結(jié)構(gòu)，它由換流站、換流變壓器、換流電抗器、直流電容器和交流濾波器等部分組成。 圖2.3柔性直流輸電單線原理圖變壓器T：變壓器可以采用常規(guī)的單相或三相變壓器。通常，為了使換流站能夠達(dá)到最大的有功功功率和無功功率，變壓器的二次側(cè)繞組帶有分接頭開關(guān)。通過調(diào)節(jié)分接頭來調(diào)節(jié)二次側(cè)的基準(zhǔn)電壓，進(jìn)而獲得最大的有功和無功輸送能力。另外，變壓器連接交流系統(tǒng)側(cè)的繞組（一次側(cè)）一般采用星形接法，而靠近換流器側(cè)的繞組（二次側(cè)）則采用三角形接法。變壓器繞組中基本不含諧波電流分量和直流電流分量；而且這種變壓器接法能夠防止由調(diào)制模式引起的零序分量向交流系統(tǒng)傳遞。此外，為了向換流

16、站提供輔助交流電源，變壓器還可以采用三繞組變壓器。除了上述特點外，換流變壓器的另一個重要作用是將系統(tǒng)交流電壓變換到與換流器直流側(cè)電壓相匹配的二次側(cè)電壓，以確保開關(guān)調(diào)制度不至于過小，以減小輸出電壓和電流的諧波量，進(jìn)而可以減小交流濾波裝置的容量。 換流電抗器L：在電壓源換流站中，對應(yīng)每一相分別安裝一個換流電抗器。換流電抗器是電壓源換流站的一個關(guān)鍵部分，它是VSC與交流系統(tǒng)之間傳輸功率的紐帶，它決定換流器的功率輸送能力、有功功率與無功功率的控制；同時，換流電抗器能抑制換流器輸出的電流和電壓中的開關(guān)頻率諧波量，以獲得期望的基波電流和基波電壓。另外，換流電抗器還能抑制短路電流。因此，對換流電抗器的參數(shù)必

17、須進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。 直流側(cè)電容器C：直流側(cè)電容是VSC的直流側(cè)儲能元件，它可以緩沖橋臂開斷的沖擊電流、減小直流側(cè)的電壓諧波，并為受端站提供電壓支撐。同時，直流側(cè)電容的大小決定其抑制直流電壓波動的能力，也影響控制器的響應(yīng)性能。 交流濾波器：與基于晶闡管的傳統(tǒng)直流輸電系統(tǒng)不同，電壓源型直流輸電系統(tǒng)采用PWM技術(shù)。因此，換流站在較高的開關(guān)頻率下，其輸出的交流電壓和電流中含有的低次諧波很少，又由于換流電抗器對輸出電流具有濾波作用，使得電流的諧波能較容易符合標(biāo)準(zhǔn)。然而，在沒有任何濾波裝置的情況下，輸出的交流電壓中還含有一定量的高次諧波，且其總的諧波畸變率并不能達(dá)到相關(guān)的諧波標(biāo)準(zhǔn)。因此，通常要在換流母線處安

18、裝適當(dāng)數(shù)量的交流濾波器(接地或不接地)。當(dāng)然，交流濾波器的容量和參數(shù)選擇與換流器所采用的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、開關(guān)頻率及其調(diào)制方式等因素有關(guān)。因此，在選擇交流濾波器參數(shù)時，要視上述具體情況而定。如前所述，與基于晶閘管的傳統(tǒng)直流輸電技術(shù)不同，柔性直流輸電采用電壓源型換流器和PWM技術(shù)， 其基本工作原理如圖5和圖6所示。由調(diào)制波與三角載波比較產(chǎn)生的觸發(fā)脈沖，使VSC上下橋臂的開關(guān)管高頻開通和關(guān)斷，則橋臂中點電壓uc在兩個固定電壓+Ud和Ud之間快速切換， uc再經(jīng)過電抗器濾波后則為網(wǎng)側(cè)的交流電壓us。進(jìn)一步分析可知，在假設(shè)換流電抗器無損耗且忽略諧波分量時，換流器和交流電網(wǎng)之間傳輸?shù)挠泄β蔖及無功功率Q分別為

19、：圖2.4 VSC-HVDC換流器穩(wěn)態(tài)運行時的基波相量圖式中：UC為換流器輸出電壓的基波分量；US為交流母線電壓基波分量；為UC和US之間的相角差；X1為換流電抗器的電抗。 由式（1）和式（2）可以得到換流器穩(wěn)態(tài)運行時的基波相量圖。由圖2.4可知，有功功率的傳輸主要取決于，無功功率的傳輸主要取決于UC。因此通過對的控制就可以控制直流電流的方向及輸送有功功率的大小，通過控制UC就可以控制VSC發(fā)出或者吸收的無功功率。從系統(tǒng)角度來看，VSC可以看成是一個無轉(zhuǎn)動慣量的電動機或發(fā)電機，幾乎可以瞬時實現(xiàn)有功功率和無功功率的獨立調(diào)節(jié)，實現(xiàn)四象限運行。2.2.2 柔性直流輸電關(guān)鍵技術(shù)換流器的主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是

20、柔性直流輸電技術(shù)的一個重要方面，它與實際工程的容量和電壓等級、IGBT串聯(lián)數(shù)目、開關(guān)頻率、損耗、開關(guān)調(diào)制方式和系統(tǒng)可控性等因素密切相關(guān)。在工業(yè)驅(qū)動領(lǐng)域中，為了提高換流裝置的容量，通常采用的方法有：橋臂器件的串并聯(lián)、換流器的多重化技術(shù)以及目前廣泛研究的多電平技術(shù)等。但從表1所示ABB公司的幾個典型工程的相關(guān)參數(shù)可知，應(yīng)用于柔性直流輸電工程中的換流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)突出以下幾個特點：拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡單，主要采用兩種結(jié)構(gòu)：兩電平結(jié)構(gòu)（如瑞典的Hellsjon工程和美國的Directlink等工程）和三電平結(jié)構(gòu)（如澳大利亞的Murraylink工程、美國墨西哥的 Eagle Pass等），其提升電壓等級是采用最直接

21、的橋臂器件串聯(lián)的方式來實現(xiàn)。開關(guān)頻率低、可控性好。換流器損耗小。另外，在設(shè)計主電路拓?fù)鋾r，還要充分考慮裝置的實現(xiàn)難易程度、造價、運行經(jīng)濟(jì)性等因素。因此，理想的大容量換流器主回路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)應(yīng)該不僅能夠降低電力電子器件直接串聯(lián)數(shù)目、器件開關(guān)頻率，簡化系統(tǒng)主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，而且還能有效降低控制保護(hù)系統(tǒng)和主電路的復(fù)雜性、器件的開關(guān)損耗，為總體上保證系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性、運行可靠性和有效緩解研發(fā)難度奠定良好的基礎(chǔ)。 另外，主電路的開關(guān)調(diào)制方式直接關(guān)系到系統(tǒng)運行的可靠性、安全性、性能以及系統(tǒng)設(shè)計是否優(yōu)化等諸多問題。在主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)確定的前提下，選擇良好的調(diào)制方式能夠降低換流器輸出的諧波，減少交流濾波器容量，降低器件開

22、關(guān)損耗，滿足交流系統(tǒng)諧波方面的相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)等對于柔性直流輸電的控制策略，已有較多的相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行了報道，總結(jié)起來主要分兩類：一類是基于“電壓幅值和相位控制”的間接電流控制策略；另一類是基于同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的直接電流控制策略。由于直接電流控制策略能夠直接控制流過換流電抗器和變壓器的電流，具有動態(tài)響應(yīng)快、能實現(xiàn)限流等良好的控制性能，因此ABB公司的應(yīng)用工程基本采用此種控制策略?；谕叫D(zhuǎn)坐標(biāo)系下的直接電流控制策略原理如圖2.5所示。由圖2.5可知，其基本結(jié)構(gòu)主要由內(nèi)環(huán)電流控制器、外環(huán)功率控制器、觸發(fā)脈沖生成環(huán)節(jié)、以及鎖相同步和同步坐標(biāo)變換等環(huán)節(jié)（圖中未標(biāo)出）構(gòu)成。對于外環(huán)功率控制器，其主要形式有：無功

23、功率控制器、有功功率控制器、直流電壓控制器、交流電壓控制器等。上述這些控制器也構(gòu)成了柔性直流輸電系統(tǒng)的基本控制方式。然而對于柔性直流輸電系統(tǒng)應(yīng)用于不同的領(lǐng)域，如電網(wǎng)背靠背互聯(lián)、大容量風(fēng)電場接入、孤島供電、多端柔性直流輸電的并聯(lián)運行、柔性直流輸電與傳統(tǒng)直流輸電的混合運行、柔性直流輸電與交流線路的混合并聯(lián)運行等，其具體采用的控制方式也不盡相同。圖2.5 柔性直流輸電系統(tǒng)的控制系統(tǒng)示意圖在柔性直流輸電系統(tǒng)中，兩站之間的有功功率控制應(yīng)該協(xié)調(diào)一致，其中的一個VSC站采用直流電壓控制模式，而另外一個站采用有功控制模式。恒定的直流電壓控制可以使兩個VSC站間的有功潮流自動保持平衡控制，兩站之間不需要通訊。通

24、常，受端站采用直流電壓控制模式，而送端站采用有功控制，例如Gotland工程的控制方式就是這樣。當(dāng)然，也允許每個站從有功功率控制模式轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟妷嚎刂颇Ｊ?，反之亦然?兩站之間無功功率的控制是完全獨立的，所需無功功率可以由交流電壓控制或直接無功功率控制來實現(xiàn)。由于換流器容量的限制，在同一個站實現(xiàn)獨立有功功率和無功功率控制時，必須限制在一個特定的運行范圍 VSC的PQ特性。當(dāng)使用柔性直流輸電連接風(fēng)力發(fā)電場時，通常連接風(fēng)場的VSC站使用頻率控制模式和電壓控制模式。另外，當(dāng)使用柔性直流輸電向無源交流網(wǎng)絡(luò)供電時，通常連接無源交流系統(tǒng)側(cè)的VSC站也使用交流電壓控制模式和頻率控制模式。與傳統(tǒng)的直流輸電相比

25、，柔性直流輸電還具有另外一個顯著特點：在連接兩個獨立的交流系統(tǒng)的柔性直流輸電系統(tǒng)中，一側(cè)交流系統(tǒng)發(fā)生故障或擾動并不會影響到另一側(cè)交流系統(tǒng)和換流器的工作。如圖2.5所示，通過控制系統(tǒng)的設(shè)計，能夠有效地抑制系統(tǒng)的過電流和過電壓，而且能夠在一側(cè)交流系統(tǒng)發(fā)生單相故障或遠(yuǎn)處三相短路故障時，柔性直流輸電系統(tǒng)仍能傳輸一定的有功功率。因此，在設(shè)計柔性直流輸電的控制系統(tǒng)時，可以通過合理的控制策略來提高系統(tǒng)在故障情況下的不間斷運行能力。3直流輸電技術(shù)直流輸電的發(fā)展與換流技術(shù)(特別是高電壓、大功率換流設(shè)備)的發(fā)展有密切的關(guān)系。大功率汞弧閥使高壓直流輸電成為現(xiàn)實，從1954年世界上第一個工業(yè)性直流輸電工程(哥特蘭島直

26、流工程)在瑞典投入運行，到1977年最后一個采用汞弧閥換流的直流輸電工程(納爾遜河l期工程)建成，世界上共有12項汞弧閥換流的直流輸電工程投入運行這一時期可以稱為汞弧閥換流時期。由于汞弧閥制造技術(shù)復(fù)雜、價格昂貴、逆弧故障率高、可靠性較差、運行維護(hù)不便等因素，使直流輸電的應(yīng)用和發(fā)展受到限制。20世紀(jì)70年代以后，電力電子技術(shù)迅速發(fā)展，高壓大功率晶閘管問世。由于晶閘管換流閥不存在逆弧問題，有效地改善了直流輸電的運行性能及可靠性，促進(jìn)了直流輸電的發(fā)展。自1972年世界上第一個采用晶閘管換流的伊爾河背靠背直流工程在加拿大投入運行以來，直流輸電工程就進(jìn)入了晶閘管換流閥時期。輕型半導(dǎo)體換流設(shè)備的應(yīng)用進(jìn)入90年代以后，輕型金屬氧化物半導(dǎo)體器件一一絕緣柵雙極晶體管(Insulated-Gate Bipolar Transistor IGBT)首先在工業(yè)驅(qū)動裝置上得到廣泛的應(yīng)用。1997年3月世界上第一個采用IGBT構(gòu)成電壓源換流器的直流輸電工業(yè)性試驗工程，在瑞典中部投入運行，其輸送功率和電壓為3MW