多端柔性直流綜述匯報(bào)

多端柔性直流輸電技術(shù)綜述匯報(bào)人：胡益

--2015年**月**日--

保護(hù)與控制實(shí)驗(yàn)室報(bào)告提綱21.VSC-MTDC輸電技術(shù)概述2.VSC-MTDC發(fā)展現(xiàn)狀3.VSC-MTDC輸電技術(shù)的應(yīng)用前景

3VSC-MTDC輸電技術(shù)概述11.

VSC-MTDC輸電系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)并聯(lián)VSC-MTDC輸電系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：（a）放射式（b）環(huán)網(wǎng)式并聯(lián)型VSC-MTDC輸電系統(tǒng)常用與新能源并網(wǎng)、孤島供電、系統(tǒng)互聯(lián)等方面，是目前使用最多的VSC-MTDC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

4VSC-MTDC輸電技術(shù)概述1串聯(lián)VSC-MTDC輸電系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：并、串聯(lián)VSC-MTDC輸電系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)比較：比較項(xiàng)目并聯(lián)型VSC-MTDC串聯(lián)型VSC-MTDC調(diào)節(jié)靈活度較大較小故障恢復(fù)能力較快較慢系統(tǒng)絕緣配合較容易較復(fù)雜擴(kuò)建靈活性較容易較復(fù)雜功率損耗較小較大串聯(lián)型VSC-MTDC輸電系統(tǒng)適用于低壓系統(tǒng)組合成高壓直流系統(tǒng)的場合，如風(fēng)電場并網(wǎng)等，目前使用較少。

5VSC-MTDC輸電技術(shù)概述1混聯(lián)VSC-MTDC輸電系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：（a）串并聯(lián)式（b）并串聯(lián)式混聯(lián)型VSC-MTDC輸電系統(tǒng)結(jié)合了并聯(lián)和串聯(lián)的優(yōu)點(diǎn)，可用于多個(gè)風(fēng)電場并網(wǎng)。

6VSC-MTDC輸電技術(shù)概述12.

VSC-MTDC輸電系統(tǒng)控制原則VSC-MTDC輸電系統(tǒng)的各VSC均可獨(dú)立控制有功功率和無功功率，因此其控制模式分為有功類控制和無功類控制兩大類。每一個(gè)VSC必須同時(shí)在有功功率類控制和無功功率類控制中各選一種物理量進(jìn)行控制，并且必須要保證系統(tǒng)內(nèi)至少有一端控制直流側(cè)電壓。VSC的有功控制和無功控制類型：VSC控制模式有功功率類控制無功功率類控制定有功功率控制定直流電壓控制定頻率控制定無功功率控制定交流電壓控制

7VSC-MTDC輸電技術(shù)概述1VSC的有功控制和無功控制原則：有功類控制定有功功率控制定直流電壓控制定頻率控制對于交流側(cè)為有源系統(tǒng)，非定直流電壓控制的VSC一般會采用有功功率控制模式。正常運(yùn)行時(shí)，VSC-MTDC輸電系統(tǒng)必須保證有一個(gè)VSC作為主導(dǎo)換流站，采用定直流側(cè)電壓控制。處于孤島供電區(qū)域或者承擔(dān)局部電網(wǎng)調(diào)頻任務(wù)的VSC就應(yīng)該采用定頻率控制模式。無功類控制定無功功率控制定交流電壓控制正常運(yùn)行情況下，各VSC的無功類控制均可以選擇定交流無功功率控制。處于孤島供電區(qū)域或者承擔(dān)局部電網(wǎng)調(diào)頻任務(wù)的VSC就應(yīng)該采用定交流電壓控制模式。

8VSC-MTDC發(fā)展現(xiàn)狀21.

國內(nèi)VSC-MTDC工程實(shí)例南澳多端柔性直流輸電工程系統(tǒng)參數(shù)：端數(shù)：3端

直流電壓：±160kV額定容量：200MW拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：放射式并聯(lián)型換流器類型：MMC主要用途：風(fēng)電并網(wǎng)

2013年12月25日，南方電網(wǎng)公司建設(shè)的世界第一個(gè)多端柔性直流輸電示范工程。

9VSC-MTDC發(fā)展現(xiàn)狀2南澳工程分別在廣東汕頭南澳島上的青澳、金牛各建設(shè)一座換流站，在大陸澄海區(qū)建設(shè)一座換流站，三個(gè)站容量分別為5萬千瓦、15萬千瓦和20萬千瓦，建設(shè)直流電纜混合輸電線路40.7公里。其示意圖如下：

南澳多端柔性直流工程示意圖

10VSC-MTDC發(fā)展現(xiàn)狀2舟山多端柔性直流輸電工程系統(tǒng)參數(shù)：端數(shù)：5端

直流電壓：±200kV額定容量：400MW拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：放射式并聯(lián)型換流器類型：MMC主要用途：海島供電

2014年7月4日，由國家電網(wǎng)公司建設(shè)的舟山多端柔性直流輸電示范工程正式投運(yùn)。它是世界首個(gè)五端柔性直流輸電工程，同時(shí)也是目前世界上已投運(yùn)的端數(shù)最多、同級電壓中容量最大、運(yùn)行最復(fù)雜的海島供電網(wǎng)絡(luò)。

11VSC-MTDC發(fā)展現(xiàn)狀2舟山多端柔性直流輸電工程工程主要包括五站五線四纜一基地，工程在定海、岱山、衢山、洋山、泗礁各建設(shè)一座換流站，容量分別為40萬千瓦、30萬千瓦、10萬千瓦、10萬千瓦、10萬千瓦，建設(shè)直流電纜輸電線路141千米、交流220千伏輸電線路22.5千米、交流110千伏輸電線路15.2千米。該工程的拓?fù)涫疽鈭D如下所示。

舟山多端柔性直流工程示意圖

12VSC-MTDC發(fā)展現(xiàn)狀22.

國外VSC-MTDC工程實(shí)例北美TresAmigas超導(dǎo)體輸電工程北美TresAmigas超導(dǎo)體輸電工程是目前在建最大的三端柔性直流輸電工程，用來連接美國東部互聯(lián)電網(wǎng)、西部互聯(lián)電網(wǎng)和德克薩斯電網(wǎng)3個(gè)大電網(wǎng)，如圖所示。

北美TresAmigas超導(dǎo)體輸電工程示意圖

13VSC-MTDC發(fā)展現(xiàn)狀2該超級電力中轉(zhuǎn)站的設(shè)計(jì)輸電容量預(yù)計(jì)達(dá)5GW，直流電壓等級為345kV，共占地約58km2。3個(gè)AC/DC換流站均采用VSC，在每個(gè)換流站內(nèi)還安裝有大型電能存儲設(shè)備，除作備用外，還可以用來平衡相連交流系統(tǒng)中的間歇性能源發(fā)電及向系統(tǒng)提供輔助服務(wù)。該項(xiàng)目預(yù)計(jì)2016年投運(yùn)，建成后將進(jìn)一步促進(jìn)北美的電網(wǎng)互聯(lián)及現(xiàn)有3個(gè)互聯(lián)電網(wǎng)內(nèi)的交流高壓網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。

14VSC-MTDC發(fā)展現(xiàn)狀2瑞典-挪威的South-WestScheme三端柔性直流輸電工程瑞典國家電網(wǎng)公司在瑞典南部啟動了“南西柔性直流工程”，該工程主要用于大容量輸電。在Oslo、Barkeryd、Hurva這3地各建2個(gè)換流站，為保證運(yùn)行可靠，該工程采用兩條獨(dú)立的線路，每條直流線路傳輸容量為720MW，直流電壓等級為±300kV，該柔性直流工程計(jì)劃的輸電總量為1440MW，預(yù)計(jì)在2016年投入運(yùn)行。其結(jié)構(gòu)如圖所示。

瑞典-挪威的西南三端柔性直流輸電工程

15VSC-MTDC發(fā)展現(xiàn)狀23.

VSC-MTDC研究現(xiàn)狀VSC-MTDC的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分析VSC-MTDC系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)直接關(guān)系到其控制策略的可靠性和實(shí)用性。目前關(guān)于VSC-MTDC輸電系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)研究主要集中在拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和對比分析方面，而對VSC-MTDC輸電網(wǎng)絡(luò)可靠性和經(jīng)濟(jì)性方面的研究卻很少。

參考文獻(xiàn)：

[1]吳瀚俊,劉海濤.大型風(fēng)電基地多端VSC-HVDC系統(tǒng)綜述[J].南京工程學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2014,04:16-21.文獻(xiàn)[1]針對大型風(fēng)電場并網(wǎng)的多端柔性直流輸電系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)問題進(jìn)行了詳細(xì)的討論，綜合經(jīng)濟(jì)性和技術(shù)性兩方面的分析，對比了點(diǎn)到點(diǎn)式拓?fù)?、環(huán)形拓?fù)洹⑿切瓮負(fù)湟约靶切?中心環(huán)形拓?fù)涞韧負(fù)浣Y(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)，認(rèn)為大型風(fēng)電基地應(yīng)該選擇星型-中心環(huán)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

16VSC-MTDC發(fā)展現(xiàn)狀2[2]

BucherMK,WigetR,AnderssonG,etal.Multi-terminalHVDCnetworks—whatisthepreferredtopology?[J].IEEETransactionsonPowerDelivery.2014,29(1):406-413.文獻(xiàn)[2]指出在評價(jià)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)時(shí)必須要考慮穩(wěn)態(tài)損耗和故障電流兩個(gè)方面的影響。

[3]文勁宇,陳霞,姚美齊,等.適用于海上風(fēng)場并網(wǎng)的混合多端直流輸電技術(shù)研究[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制,2013,41(2):55-61.文獻(xiàn)[3]針對海上風(fēng)電并網(wǎng)的需求，提出了采用VSC換流器連接海上風(fēng)場和弱受端交流系統(tǒng)，LCC換流器連接較強(qiáng)交流系統(tǒng)的混合多端直流輸電系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并對一個(gè)混合5端直流輸電系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)研究。

17VSC-MTDC發(fā)展現(xiàn)狀2VSC-MTDC的控制保護(hù)策略研究VSC-MTDC系統(tǒng)的控制保護(hù)可分為系統(tǒng)級控制、換流站級控制和換流閥級控制3個(gè)層面。與兩端柔性直流輸電控制不同，VSC-MTDC輸電系統(tǒng)需要協(xié)調(diào)并集中控制多個(gè)換流站，要考慮多個(gè)換流站控制系統(tǒng)間的配合問題，VSC-MTDC輸電系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制的關(guān)鍵是對直流側(cè)電壓的控制。直流電壓的穩(wěn)定會直接影響到直流潮流的穩(wěn)定，從而影響到VSC-MTDC輸電系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性。

VSC-MTDC的基本控制策略分類

18VSC-MTDC發(fā)展現(xiàn)狀2參考文獻(xiàn)：

[1]任敬國,李可軍,張春輝,趙建國,梁永亮.基于直流電壓—有功功率特性的VSC-MTDC協(xié)調(diào)控制策略[J].電力系統(tǒng)自動化,2015,11:8-15.文獻(xiàn)[1]主要是考慮到了直流電壓偏差控制策略和直流電壓斜率控制策略各自的優(yōu)點(diǎn)，將兩種控制策略結(jié)合在一起，在定有功功率控制換流站的直流電壓—有功功率控制特性中引入了斜率控制和定直流電壓控制，有效解決了主導(dǎo)站過載時(shí)系統(tǒng)功率不平衡和直流電壓失穩(wěn)的問題。

[2]朱瑞可,王渝紅,李興源,賀之淵,應(yīng)大力.VSC-MTDC系統(tǒng)直流電壓自適