柔性直流输电的发展

关于柔性直流输电的发展2柔性直流输电的发展1954年，连接Gotland与瑞典大陆之间的世界上第一条高压直流输电线路建成，标志着以电流源换流器为基础的直流输电（LCC-HVDC）进入了商业化时代。1990年，加拿大McGill大学的Boon-TeckOoi等首次提出使用脉宽调制技术（PWM）进行控制的电压源换流器直流输电（VSC-HVDC）的概念。1997年，ABB公司在瑞典中部的Hallsjon和Grangesberg之间建成首条工业试验VSC-HVDC工程。

从此VSC-HVDC作为一种新兴的输电技术开始进入大发展的商业应用阶段。

第2页,共97页，2024年2月25日，星期天3柔性直流输电的发展ABB公司称之为轻型直流输电（HVDCLight）并作为商标注册；Siemens公司将其注册为新型直流HVDCPLUS；国际上电力方面的权威学术组织CIGRE和IEEE将其正式称为VSC-HVDC，即“电压源换流器型高压直流输电”。国内很多专家称之为“柔性直流（HVDC-Flexible）”。不同的称谓第3页,共97页，2024年2月25日，星期天4柔性直流输电的技术特点

能对有功和无功进行独立控制，能给无源网络提供电源；能为交流侧提供无功支持，起到STATCOM的作用，对电压质量和电压问题提供支撑；换流站标准化、小型化，整体式的设计以及可以进行出厂前的调试，有利于缩短施工时间，并保证其可靠性；

无需架设架空线，并在噪音水平、谐波畸变、电话干扰和电磁场等方面满足环境保护的要求。第4页,共97页，2024年2月25日，星期天5向城市中心送电连接分布电源非同步联网提高配电网电能质量促进电力市场发展向远方孤立负荷点送电

方便地调节有功和无功，改善系统的运行性能

风电场、小型水电厂、太阳能电站及其它新能源发电系统

用电量急增，线路走廊困难

构建地区电力供应商交换电力的可行性平台，增加运行灵活性和可靠性快速控制有功无功，使电压、电流满足电能质量标准要求如沿海小岛、海上钻井平台、偏僻地区负荷等柔性直流输电的应用场合MTDC第5页,共97页，2024年2月25日，星期天6投运年输送功率/MW直流电压/kV两侧交流电压直流电流/A线路长度/km用途Hellsjon19973±1010/1015010工业试验Gotland199954±8080/803502×70风力发电，地下电缆Directlink2000180±80132/1103426×59电力交易，系统互联，地下电缆Tjaerebog20007.2±910.5/10.53582×4.3风力发电，示范工程EaglePass200036±15.9132/13211000(B-B)电力交易，系统互联，电压控制CrossSoundCahle2001330±150345/13811752×40电力交易，系统互联，海底电缆MurrayLink2002200±150132/22014002×180电力交易，系统互联，地下电缆世界上已投运的柔性直流输电工程第6页,共97页，2024年2月25日，星期天7工程投运年输送功率/MW直流电压/kV两侧交流电压直流电流/A电缆长度/km用途TrollA20052×42±6056/1324004×70绿色环保，海底电缆Estlink2006350±150400/33012302×72电力交易，系统互联，地下电缆Valhall201078±150300/11-292绿色环保，海底电缆世界上已投运的柔性直流输电工程第7页,共97页，2024年2月25日，星期天8工程投运年输送功率/MW直流电压/kV两侧交流电压直流电流/A电缆长度/km用途NordE.ON12009400±150170/380-203风电并网CapriviLink2009300350400/330-970弱电网互联TransBayCable2010400±200400-88大城市供电南汇工程201118±303530010风电并网世界上已投运的柔性直流输电工程第8页,共97页，2024年2月25日，星期天9工程投运年输送功率/MW直流电压/kV两侧交流电压直流电流/A电缆长度/km用途EastWestInterconnector，UK2012500±200-1250-电网互联，黑启动DolWin12013800±320150/380125075,90风电并网SkagerrakHVDCInterconnections（Pole4）20147005004001400140,104电网互联世界上在建的部分柔性直流输电工程第9页,共97页，2024年2月25日，星期天10工程投运年输送功率/MW直流电压/kV两侧交流电压直流电流/A电缆长度/km用途INELFE（法-西）20132×1000±320400/400156060电网互联HelWin1(德国)2013576±250150/380115085,45风电并网BorWin2(德国)2013800±300155/4001330140,104风电并网世界上在建的部分柔性直流输电工程第10页,共97页，2024年2月25日，星期天11

从世界上第一个试验性的工程——赫尔斯扬（Hellsjion）工程至今，VSC-HVDC最大输电容量由3MW发展到2×1000MW，直流电压由10kV提升到500kV。随着直流电缆制造水平和半导体器件制造工艺的快速提升，高电压大容量的柔性直流输电系统将具备应用于大规模输电网的能力。柔性直流输电的发展趋势第11页,共97页，2024年2月25日，星期天12内容提要1柔性直流输电的发展2柔性直流输电运行原理3柔性直流输电换流器拓扑及调制策略4柔性直流输电典型工程5柔性直流输电RTDS仿真建模6我国柔性直流输电发展现状第12页,共97页，2024年2月25日，星期天13传统直流输电系统（LCC-HVDC）的拓扑柔性直流与传统直流的比较第13页,共97页，2024年2月25日，星期天14柔性直流输电系统（VSC-HVDC）的拓扑（二电平为例）柔性直流与传统直流的比较第14页,共97页，2024年2月25日，星期天15电流源换流器电压源换流器柔性直流与传统直流的比较晶闸管（Thyristor）绝缘栅双极型晶体管

(IGBT)第15页,共97页，2024年2月25日，星期天16电流源和电压源换流器的比较电流源换流器电压源换流器电抗器L作为直流侧的储能元件，电容器C作为交流侧的储能元件电容器C作为直流侧的储能元件，电抗器L作为交流侧的储能元件直流电流是单向的，直流电压极性随直流潮流而变化直流电压是单向的，直流电流极性随直流潮流而变化控制快速准确控制较慢损耗较小损耗较大容量大容量相对小故障承受能力和可靠性较高故障承受能力和可靠性较低柔性直流与传统直流的比较第16页,共97页，2024年2月25日，星期天17HVDCVSC-HVDC交流侧提供换相电流，受端为有源网络，且容量足够大，否则易发生换相失败电流自关断，可向无源网络供电吸收大量的无功功率，约为输送直流功率的40％～60％，需要大量的无功功率补偿和滤波设备

不需要交流侧提供无功功率且能起到STATCOM的作用，即动态补偿交流母线的无功功率，稳定交流母线电压。若VSC容量允许，VSC-HVDC系统可向故障系统提供有功功率和无功功率的紧急支援，提高系统功角电压的稳定性。柔性直流与传统直流的比较第17页,共97页，2024年2月25日，星期天18柔性直流与传统直流的比较HVDCVSC-HVDC潮流翻转时，直流电流方向不变而直流电压极性发生翻转，不利于构建多端直流输电系统

潮流翻转时直流电流反向，而直流电压极性不变，有利于构成并联多端直流系统换流器对于交流系统来说，除了是一个负荷（在整流站）和一个电源（在逆变站）以外，还是一个谐波电流源采用SPWM技术，开关频率较高，经低通滤波后就可得到所需的交流电压，可不用换流变压器，所需滤波装置的容量也大大减小控制量只有触发角，2个象限运行，不可单独控制有功功率或无功功率可在4个象限运行，同时且独立控制有功和无功功率换流站间需要通讯换流站间的通讯不是必需的第18页,共97页，2024年2月25日，星期天19此外，由于VSC交流侧电流可以控制，同HVDC，不会增加系统的短路容量，也即增加柔性直流输电线路后，交流系统的保护整定无需改变。VSC-HVDC能够提高系统阻尼，通常情况下不会引起发电机组的次同步振荡，而且会提高发电机组的次同步阻尼。VSC-HVDC换流站设备小型化和标准模块化模块化设计，占地面积小，设计、生产、安装和调试周期大大缩短，并具有更高的可靠性。柔性直流与传统直流的比较第19页,共97页，2024年2月25日，星期天20电压源换流器有多种拓扑结构，但换流器基本运行原理大致相同，假设交流系统电压Us相位是δs，换流器出口电压Uc相位滞后Us角度为δ，双极直流母线电压差为Ud,则其中，μ为直流电压利用率，当VSC采用SPWM调制时，μ=0.816；M为调制比，定义为VSC输出相电压峰值与单极直流电压的比值。可见，对于交流系统而言，VSC可等效于一个端电压幅值、相角均可控，无旋转惯量的同步发电机。柔性直流输电运行原理第20页,共97页，2024年2月25日，星期天21

柔性直流输电运行原理由上图可得，从交流系统看进去的有功和无功功率为：换流站输出电压增益K定义为VSC输出电压与交流系统电压的比值；之前调制比M定义为VSC输出电压与直流电压的比值。二者定义不同，但均可以反应VSC输出电压幅值的变化。第21页,共97页，2024年2月25日，星期天22保持

恒定而改变K时，得到一系列的直线，如边界值

min和

max；保持K恒定而改变

时，能得到一系列曲线，如Kmin=1-x,Ki=1.0,Kmax=1+x等；当使换流站传输能力恒定将得到|P+Q|=1的圆;VSC的PQ图柔性直流输电运行原理第22页,共97页，2024年2月25日，星期天23通过以上分析可知，改变VSC输出电压的幅值和相位可以使其连续运行在功率圆内的任意一点。因此，它能完全独立解耦地控制有功功率和无功功率的交换。若不需要传输有功功率，换流站可以作为STATCOM运行，为交流系统提供容性或感性无功支持，这与传统HVDC需要消耗大量无功功率是有本质区别的。柔性直流输电运行原理第23页,共97页，2024年2月25日，星期天24内容提要1柔性直流输电的发展2柔性直流输电运行原理3柔性直流输电换流器拓扑及调制策略4柔性直流输电典型工程5柔性直流输电RTDS仿真建模6我国柔性直流输电发展现状第24页,共97页，2024年2月25日，星期天25柔性直流输电换流器拓扑及调制策略拓扑结构1—两电平结构现在世界范围内已投运的柔性直流输电大多为两电平结构第25页,共97页，2024年2月25日，星期天26三电平结构也有工程投运，比两电平结构开关频率低，损耗小。拓扑结构2—三电平结构柔性直流输电换流器拓扑及调制策略第26页,共97页，2024年2月25日，星期天27模块化多电平换流器（MMC）由西门子公司首先实施拓扑结构3—多电平结构1（半桥）柔性直流输电换流器拓扑及调制策略第27页,共97页，2024年2月25日，星期天28正常工作状态下，子模块（SM）可以输出0或电容电压MMC的子模块工作状态第28页,共97页，2024年2月25日，星期天29MMC各相任意时刻导通子模块数相同，以维持直流电压恒定。MMC的多电平波形生成机制第29页,共97页，2024年2月25日，星期天30MMC与2、3电平VSC对比投资成本较低模块化设计输出滤波器容量小

开关频率低损耗小电压谐波畸变率小

MMC输出的多电平波形两、三电平VSC输出波形MMC的技术优势：MMC第30页,共97页，2024年2月25日，星期天31适合于MMC的调制策略MMC调制策略的本质是使MMC输出所期望的多电平波形，工程中主要采用载波移相正弦脉宽调制（CPS-SPWM）和最近电平逼近调制（NLM），其中CPS-SPWM适用于电平数较低的场合，NLM适用于具有极高电平数的场合。CPS-SPWM调制示意图第31页,共97页，2024年2月25日，星期天32适合于MMC的调制策略NLM调制示意图

已建成的美国TBC工程以及上海南汇风电场都采用NLM结合电容电压排序均压方法。第32页,共97页，2024年2月25日，星期天33ABB公司提出的级联两电平（CascadedTwoLevel,CTL）结构拓扑结构4—多电平结构2（CTL）柔性直流输电换流器拓扑及调制策略第33页,共97页，2024年2月25日，星期天34CTL结构本质上与MMC类似，输出电压仍为多电平，但由于ABB公司具有IGBT直接串联的技术优势，CTL结构中子模块耐压提高，在相同直流电压和容量下，其电平数可大大降低，简化了控制系统以及所需I/O接口数目。ABB公司正在建设以CTL结构为换流器拓扑的柔性直流输电工程，预计2013年投运。拓扑结构4—多电平结构2（CTL）柔性直流输电换流器拓扑及调制策略第34页,共97页，2024年2月25日，星期天35ALSTOM公司提出的全桥多电平结构拓扑结构5—多电平结构3（全桥）柔性直流输电换流器拓扑及调制策略（a)全桥多电平结构（b）子模块结构第35页,共97页，2024年2月25日，星期天36ALSTOM公司提出的新型混合级联多电平结构拓扑结构6—多电平结构4（新型混合级联）柔性直流输电换流器拓扑及调制策略第36页,共97页，2024年2月25日，星期天37MMC与2、3电平的比较与2、3电平VSC相比，MMC的储能电容分布在桥臂中，桥臂可等效为可控电压源，因此子模块电容电压平衡控制和相间环流抑制使其控制系统变得复杂。与2、3电平VSC相同，MMC也无法穿越直流故障，必须采用可靠性较高的直流电缆，直流故障时必须闭锁换流器同时跳开交流断路器来保护换流器，电力传输被迫中断。第37页,共97页，2024年2月25日，星期天38MMC存在问题及发展趋势基于MMC所具备的优点，以及为了打破ABB公司在IGBT串联技术上的垄断，世界范围内在建的柔性直流工程，大多采用MMC结构。第38页,共97页，2024年2月25日，星期天39MMC存在问题及发展趋势2000MW换流器将在不远的将来投入市场；基于MMC换流器拓扑的柔性直流输电是未来直流输电领域的发展趋势；多端直流输电以及直流断路器是研究热点。会议得到的其他信息2011年电力系统及能源国际会议（EPEC2011）在加拿大曼尼托巴省温尼伯市举行，会上TransGridSolutions(TGS)公司总裁MohamedRashwan指出：第39页,共97页，2024年2月25日，星期天40内容提要1柔性直流输电的发展2柔性直流输电运行原理3柔性直流输电换流器拓扑及调制策略4柔性直流输电典型工程5柔性直流输电RTDS仿真建模6我国柔性直流输电发展现状第40页,共97页，2024年2月25日，星期天41西门子公司建设的世界上第一个采用MMC结构的柔性直流输电工程：HVDCPLUS工程——“TransBayCableProject（TBC）”，已于2010年投运。工程的目的是用来消除加利福尼亚州匹兹堡到旧金山之间的输电瓶颈并增强系统的安全性和可靠性。工程投运初期前6个月曾遇到一些问题，现在运行正常（EPEC2011会议ALSTOM工程师提到）。柔性直流输电典型工程第41页,共97页，2024年2月25日，星期天42柔性直流输电典型工程“TransBayCableProject”传输容量：400MW直流电压：±200kV桥臂子模块数：216“TransBayCableProject”第42页,共97页，2024年2月25日，星期天43柔性直流输电典型工程TBC工程系统结构示意图第43页,共97页，2024年2月25日，星期天44柔性直流输电典型工程TBC工程电缆的铺设第44页,共97页，2024年2月25日，星期天45柔性直流输电典型工程TBC工程阀厅的布置第45页,共97页，2024年2月25日，星期天建成后把匹兹堡富余电力送到旧金山，避免在旧金山新建电厂；两端换流站均位于市区，基于多电平换流器的换流站占地面积小，噪声低；工程总体造价约为40亿美金，西门子订单约为15亿美金；西门子第一个柔性直流输电工程，同时也是第一个采用多电平换流器的柔性直流输电工程，已在2010年4月份正式投运3.4基于VSC-HVDC城市中心供电案例跨湾项目工程概况及参数第46页,共97页，2024年2月25日，星期天额定输送容量：400MW额定直流电压：±200kV额定直流电流：1000A传输电缆长度：2×88km3.4基于VSC-HVDC城市中心供电案例跨湾项目工程概况及参数第47页,共97页，2024年2月25日，星期天与常规直流方案换流站相比减少了占地3.4基于VSC-HVDC城市中心供电案例第48页,共97页，2024年2月25日，星期天3.4基于VSC-HVDC城市中心供电案例比较项目HVDCHVDCPLUS方案换流站建筑物高度19.8米10.7米旧金山伊利诺伊街道噪音72dB48dB避雷针高度26米20米覆盖区域20,200平方米12,100平方米交流滤波器需要不需要布局大量设备导致布局受限可以较为灵活布置，美观变压器换流变压器可使用常规变压器，体积较小无功支持无两换流站能够提供＋170至-300Mvar无功受端电源需要不需要HVDCPLUS与HVDC的比较第49页,共97页，2024年2月25日，星期天换流桥换流变压器换流电抗器交流滤波器直流电容器直流电缆控制与保护系统VSC-HVDC的设备主要由七部分构成：第50页,共97页，2024年2月25日，星期天第51页,共97页，2024年2月25日，星期天VSC-HVDC的设备1—换流桥换流桥每个桥臂是由若干个IGBT级联而成。对于大容量换流器，每臂可能有上百个IGBT级联而成。IGBT旁边都反并联一个二极管，它不仅是负载向直流侧反馈能量的通道，同时也起续流的作用。第52页,共97页，2024年2月25日，星期天VSC-HVDC的设备2—换流变压器不同于CSC-HVDC，VSC-HVDC并不需要特殊的换流变压器或移相变压器，其所用换流变压器与常规的单相或三相变压器大体类似。第53页,共97页，2024年2月25日，星期天VSC-HVDC的设备3—换流电抗器换流电抗器是VSC与交流侧能量交换的纽带，决定有功功率与无功功率的控制性能作用滤除换流器所产生的特征谐波，以获得期望的基波电流和基波电压；抑制直流过电流的上升速度。第54页,共97页，2024年2月25日，星期天VSC-HVDC的设备4—直流电容器作用：为逆变器提供电压支撑；缓冲桥臂关断时的冲击电流；减小直流侧谐波。第55页,共97页，2024年2月25日，星期天VSC-HVDC系统简介--直流电容器第56页,共97页，2024年2月25日，星期天VSC-HVDC的设备5—交流滤波器换流站在较高的开关频率下，其输出的交流电压和电流中含有的低次谐波很少。换流电抗器的滤波作用使得电流的谐波较容易符合标准。然而，在没有任何滤波装置的情况下，输出的交流电压中还含有一定量的高次谐波，且其总的谐波畸变率并不能达到相关的谐波标准。故装设小容量滤波器。作用：滤去交流侧电压谐波分量；对系统提供部分无功补偿的作用。但是，交流滤波器的设计需要与换流电抗器配合。第57页,共97页，2024年2月25日，星期天VSC-HVDC的设备5—交流滤波器从交流系统侧看过去，VSC-HVDC等效为一个谐波电压源(图a)。其中，Lc是换流电抗，Ls是系统等效电抗。图b是h次谐波电压等效网络，使交流滤波器的h次谐波阻抗近似为零，则其与交流系统的等效阻抗Xeq便远远小于换流电抗器的阻抗Xc(图c)。于是，h次谐波电压uh便近乎全部地降落在Xc上，系统所分得的那部分电压就很少。这就是VSC系统中滤波器的工作原理。第58页,共97页，2024年2月25日，星期天59内容提要1柔性直流输电的发展2柔性直流输电运行原理3柔性直流输电换流器拓扑及调制策略4柔性直流输电典型工程5柔性直流输电数字物理闭环仿真6我国柔性直流输电发展现状第59页,共97页，2024年2月25日，星期天60柔性直流输电数字物理闭环仿真柔性直流输电系统在投运前非常有必要对所采用的控制保护策略以及物理控制器进行实时仿真验证，以保证工程投运后的可靠性。2、3电平VSC-HVDC在RTDS下建模较容易实现，MMC-HVDC在RTDS中全数字建模以及数字物理混合仿真往往受限于RTDS中板卡数目以及I/O接口数目，是当前国内外研究热点。课题组2010年与网联公司合作项目“多电平柔性直流输电系统RTDS模型研究”，对MMC-HVDC在RTDS中建模进行了基础研究。第60页,共97页，2024年2月25日，星期天61MMC在RTDS下建模难点（1）需要在RTDS小步长环境下建模

MMC开关频率低，可以考虑在RTDS大步长下建模，但大步长下没有IGBT及二极管的现成模型，受硬件资源限制，MMC与两、三电平VSC一样必须在小步长下建模，则需要研究其与外部变压器、电缆线路及其它部分的接口设计原理。（2）MMC与两、三电平VSC建模的不同点两、三电平VSC可以直接使用RTDS小步长下已有模型建模；MMC必须使用RTDS公司新近开发的CHAINV3模块进行建模，其使用方法相对较复杂。

第61页,共97页，2024年2月25日，星期天62MMC在RTDS下建模难点（3）

RTDS硬件资源限制MMC的电平数越高，利用CHAINV3模块对其进行建模时所需GPC卡数量也越多。例如对双端17电平MMC-HVDC在RTDS下建模时，共需两个RACK，10块GPC卡。

为了研究RTDS与外部物理控制器的接口设计方法，使用GTDO和GTDI卡实现MMC的控制脉冲经RTDS外部循环。MMC的电平数越高，所需板卡数量也越多。目前只能实现单端17电平MMC-HVDC控制脉冲的外部循环。

第62页,共97页，2024年2月25日，星期天63网联公司多电平建模项目研究内容多电平柔性直流输电的主回路建模。利用RTDS专门为仿真高频动作的全控型电力电子器件而设计的小步长（1.4~2.5μs）仿真模型，建立多电平柔性直流输电换流阀组及触发脉冲发生装置的仿真模型，并采用具有高速运算能力的GPC处理器对小步长模型进行求解，研究柔性直流输电的换流特性。多电平柔性直流输电换流器模型与外部控制器的接口设计。研究RTDS与外部控制设备的连接和板卡配置方案，以满足实时性要求。小步长换流器模型与外部电路的接口设计。利用RTDS研究小步长子系统模块封装技术及其与大、小步长变压器、电缆线路及其它部分的接口设计方法。第63页,共97页，2024年2月25日，星期天64MMC在RTDS下建模方法利用RTDS中已有开关器件建模一个BridgeBox无法实现所需要的MMC仿真规模。考虑使用小线路模型（VSCCrossCardBergeronTLinemodel）增加仿真规模。第64页,共97页，2024年2月25日，星期天65MMC在RTDS下建模方法使用一块GPC卡对MMC-HVDC的两相建模，可以达到的仿真规模如右图所示：利用RTDS自带的元件采用VSCCrossCardBergeronTlineModel可以在一定程度上增大仿真规模，但是仍无法从根本上解决仿真规模受限的问题。第65页,共97页，2024年2月25日，星期天66MMC在RTDS下建模方法考虑利用CBuilder在大步长下建模大步长下没有IGBT及二极管的现成模型，需要利用RTDS中CBuilder自定义；一个GPC处器只可以处理5个自定义元件；限于硬件资源无法实现MMC在大步长下建模。第66页,共97页，2024年2月25日，星期天67MMC在RTDS下建模方法利用CHAINV3对MMC拓扑结构建模

RSCAD2.015从2009年11月开始可以下载使用CHAINV3模块，如下图所示：第67页,共97页，2024年2月25日，星期天68MMC在RTDS下建模方法（1）一块GPC处理器可以处理的模块数（半桥数）每个GPC处理器可以容纳56个半桥。经过测试，在BridgeBox中不包括变压器时，一个GPC处理器上的半桥数不超过48个时可以成功编译；半桥数超过48不超过54编译时会有警告，但可以通过。在BridgeBox中包括变压器（如下图）时，一个GPC处理器上的半桥数不超过48个时可以成功编译；半桥数超过48时编译出现错误，无法通过。第68页,共97页，2024年2月25日，星期天69MMC在RTDS下建模方法（2）一块GPC处理器处理一相桥臂的能力

如果将两个CHAINV3模块分配到一个处理器上，每个模块最多只能容纳19个SM模块。（3）三块GPC卡处理三相MMC电路的能力建立三相的MMC模型，通过小步长线路模型进行互联。经过测试，有如下结论：采用小步长线路模型联接时，MMC模型可达到每个桥臂37个子模块的规模；但是小步长传输线需增长来使传输时间大于最大的小步长时间（3μs）。第69页,共97页，2024年2月25日，星期天70MMC在RTDS下建模方法测试电路如下图、右图：主电路VB1中A相拓扑图第70页,共97页，2024年2月25日，星期天71小步长线路模型对MMC模型的影响采用小步长线路模型可以扩大仿真规模，达到所需要的MMC的电平数。但引入小步长线路模型后不能使MMC换流器的运行特性发生改变，因此要分析小步长线路模型对MMC换流器运行性能的影响。在RTDS中小步长线路模型有两种形式，一种是由TLine元件形成的小步长线路模型，另一种是基于TLines数据文件的小步长线路模型。将两者分别称为小步长线路模型（TLine元件）与小步长线路模型（TLines数据文件）。第71页,共97页，2024年2月25日，星期天72小步长线路模型对MMC模型的影响测试方法：建立简单的测试电路，对小步长线路模型的基本使用方法及对电路性能的影响进行简单的测试和验证。测试所用电路：主电路拓扑结构的电平数为3。子模块中的电容器用理想电源来代替，目的只是为了简单测试控制系统的正确性。控制系统为采用CBuilder自定义的三电平脉冲控制系统。

第72页,共97页，2024年2月25日，星期天73小步长线路模型对MMC模型的影响利用RTDS原有模型以及CHAINV3模块搭建三电平MMC整流器，对采用小步长线路模型和未采用小步长线路的整流器特性进行对比分析。第73页,共97页，2024年2月25日，星期天74MMC在RTDS下建模方法研究确定了采用RTDS中CHAINV3模块对MMC换流阀建模研究并掌握了小步长换流器模型与外部电路的接口设计方法研究发现，当变压器选择三角形/星型接地的联接组别且采用小步长线路模型时，单个CHAINV3模块最多可以实现38电平。将若干个CHAINV3模块串联仿真一个桥臂，可以扩大仿真规模，但对RTDS的硬件资源有更高要求研究并掌握了多电平柔性直流输电模型触发脉冲外部循环的板卡配置方法，分别建立了控制脉冲经RTDS外部循环及内部直接触发的双端17电平MMC-HVDC小步长仿真模型第74页,共97页，2024年2月25日，星期天75柔性直流输电数字物理闭环仿真1购买了两块GTDI板卡，与一块PXI-7813R，投资12.7万元。2依托RTDS，建立了一个包括外置控制器的闭环11电平MMC-HVDC系统，实现基本闭环控制功能。3基于PXI虚拟仪器系统，投入14万元。111第75页,共97页，2024年2月25日，星期天76柔性直流输电数字物理闭环仿真11RTDS与PXI开环实验RTDS（MMC-HVDC一次系统）PXI（MMC-HVDC监控系统）触发脉冲11电平开环触发阶梯波波形图一次系统中换流器没有与交流系统相连；开环系统主要用于解决信号采集、传输、基本处理等问题第76页,共97页，2024年2月25日，星期天77柔性直流输电数字物理闭环仿真111RTDS与PXI闭环实验：触发脉冲一次系统中，换流器已与交流系统相连；闭环系统主要解决基本控制功能程序的搭建和相关参数的调试系统状态量RTDS（MMC-HVDC一次系统）PXI（MMC-HVDC监控系统）第77页,共97页，2024年2月25日，星期天78柔性直流输电数字物理闭环仿真111RTDS与PXI闭环实验：RTDSGTAOGTDIPXIDO接线盒AI接线盒第78页,共97页，2024年2月25日，星期天79柔性直流输电数字物理闭环仿真1RTDS与PXI闭环实验：11电平闭环触发信号传输装置第79页,共97页，2024年2月25日，星期天80柔性直流输电数字物理闭环仿真1RTDS与PXI闭环实验：11电平闭环运行实际装置第80页,共97页，2024年2月25日，星期天81柔性直流输电数字物理闭环仿真1RTDS与PXI闭环实验：11电平闭环触发换流器出口电压波形图第81页,共97页，2024年2月25日，星期天82柔性直流输电数字物理闭环仿真1RTDS与PXI闭环实验：定有功控制下有功波形定交流电压控制下电压有效值第82页,共97页，2024年2月25日，星期天83内容提要1柔性直流输电的发展2柔性直流输电运行原理3柔性直流输电换流器拓扑及调制策略4柔性直流输电典型工程5柔性直流输电RTDS仿真建模6我国柔性直流输电发展现状第83页,共97页，2024年2月25日，星期天84

1-上海南汇风电场柔性直流输电工程：投运时间：2011年7月传输功率：18MW直流电压:±30kVMMC电平数:

49我国柔性直流输电发展现状第84页,共97页，2024年2月25日，星期天85

1-上海南汇风电场柔性直流输电工程：2011年7月25日，亚洲首项柔性直流输电示范工程——上海南汇风电场柔性直流输电工程投入正式运行。这是我国第一条拥有完全自主知识产权、具有世界一流水平的柔性直流输电线路，它的成功投运标志着我国在智能电网高端装备方面取得重大突破，国家电网公司成为世界上掌握该项技术的少数几家公司之一。

我国柔性直流输电发展现状第85页,共97页，2024年2月25日，星期天系统参数：额定容量：200MW直流电压:±160kV

2013年12月25日，南方电网建设的世界第一个多端柔性直流输电示范工程、国家“863”计划项目——广东汕头南澳±160千伏多端柔性直流输电示范工程正式投运。这标志着南方电网公司攻克了多端柔性直流输电控制保护这一世界难题，成为世界上第一个完全掌握多端柔性直流输电成套设备设计、试验、调试和运行全系列核心技术的企业。

该工程分别在广东汕头南澳岛上的青澳、金牛各建设一座换流站，在大陆澄海区建设一座换流站，三个站容量分别为5万千瓦、10万千瓦和20万千瓦，建设直流电缆混合输电线路40.7公里。未来岛上还将建设一座接纳海上风电的换流站。工程每年能输送风电5.6亿千瓦时，以国家能源局公布的最新6000千瓦及以上供电标准煤耗率（326克/千瓦时）计算，相当于减少标煤消耗18.3万吨，减少二氧化碳排放48.6万吨。

目前国际上尚无多端柔性直流输电工程实践经验。国家科技部2011年将“大型风电场柔性直流输电接入技术研究与开发”

课题列入国家863科技计划重大专项，把南澳多端柔性直流输电工程作为我国第一个自主化示范工程。该工程是我国继±800千伏特高压直流输电工程之后，在国际直流输电领域取得的又一重大创新成果，为远距离大容量输电、大规模间歇性清洁电源接入、多直流馈入、海上或偏远地区孤岛系统供电、构建直流输电网络等提供安全高效的解决方案。该项目展示与示范了柔性直流输电在风电接入方面的技术优势，能至少提高风电利用率5%－10%。工程所有核心设备以及控制保护系统均为国内首次研发，具有100%自主知识产权。

“柔性”是相对于常规直流输电技术而言，采用先进的大功率电力电子器件组成的电压源换流器（VSC），可以依据电网需要，灵活快捷地改变电能输送的大小和方向，并提供更优质的电能质量。多端柔性直流输电系统模块化多电平（MMC）技术，可灵活接入多个站点的风能、太阳能、地热能、小水电等清洁能源，通过一个大容量、长距离的电力传输通道，到达多个城市的负荷中心。这为新能源并网、大型城市供电以及孤岛供电等场合提供了一种有效的解决方案。86我国柔性直流输电发展现状2-南澳风电场柔性直流863项目示范工程第86页,共97页，2024年2月25日，星期天

该工程分别在广东汕头南澳岛上的青澳、金牛各建设一座换流站，在大陆澄海区建设一座换流站，三个站容量分别为5万千瓦、10万千瓦和20万千瓦，建设直流电缆混合输电线路40.7公里。未来岛上还将建设一座接纳海上风电的换流站。工程每年能输送风电5.6亿千瓦时，以国家能源局公布的最新6000千瓦及以上供电标准煤耗率（326克/千瓦时）计算，相当于减少标煤消耗18.3万吨，减少二氧化碳排放48.6万吨。

87我国柔性直流输电发展现状第87页,共97页，2024年2月25日，星期天

目前国际上尚无多端柔性直流输电工程实践经验。国家科技部2011年将“大型风电场柔性直流输电接入技术研究与开发”

课题列入国家863科技计划重大专项，把南澳多端柔性直流输电工程作为我国第一个自主化示范工程。该工程是我国继±800千伏特高压直流输电工程之后，在国际直流输电领域取得的又一重大创新成果，为远距离大容量输电、大规模间歇性清洁电源接入、多直流馈入、海上或偏远地区孤岛系统供电、构建直流输电网络等提供安全高效的解决方案。该项目展示与示范了柔性直流输电在风电接入方面的技术优势，能至少提高风电利用率5%－10%。工程所有核心设备以及控制保护系统均为国内首次研发，具有100%自主知识产权。

88我国柔性直流输电发展现状第88页,共97页，2024年2月25日，星期天89衢山岛嵊泗岛