柔性直流输电

Chap.7柔性直流输电高压直流输电柔性直流/输1电0/10chap.7柔性直流输电2课程安排第七章柔性直流输电➢7.1柔性直流输电发展➢7.2柔性直流输电技术特点➢7.3柔性直流输电应用场所➢7.4柔性直流输电工程➢7.5柔性直流输电拓扑柔性直流/输1电0/10第2页chap.7柔性直流输电3第七章柔性直流输电➢不一样称谓7.1柔性直流输电发展➢定义CIGRE和IEEE将其正式命名为“VSC-HVDC”，即“电压源换流器型高压直流输电”。以可关断器件和PWM技术为基础第三代直流输电技术。CIGRE和IEEE：VSC-HVDCABB：HVDC

LightSiemens：HVDC

plus中国：柔性直流(HVDC-Flexible)输电（

5月后），轻柔性直流/输1电0/10第3页chap.7柔性直流输电7.1柔性直流输电发展柔直发展介绍1990年，加拿大McGill大学Boon-Teck

Ooi等人首次提出采取全控器件和脉宽调制技术（PWM）进行控制基于电压源换流器高压直流（VSC-HVDC）输电概念。1997年，ABB企业在瑞典中部Hallsjon和Grangesberg之间建成首条工业试验VSC-HVDC工程。从此VSC-HVDC作为一个新兴高压直流输电技术开始进入商业应用阶段。已投运VSC-HVDC工程柔性直流/输1电0/截10

/至10底/1，0

世界范围内4

已投运VSC-HVDC工程第4页chap.7柔性直流输电7.2柔性直流输电技术特点柔性直流输电优点√能向无源网络供电；√有功功率和无功功率独立控制；√能为交流侧提供无功支持，起到STATCOM作用；√谐波水平低；√换流站标准化、小型化，整体式设计以及能够进行出厂前调试，有利于缩短施工时间，并确保其可靠性；√易于组成多端直流系统。5柔性直流/输1电0/10

/10/10第5页chap.7柔性直流输电7.2柔性直流输电技术特点00000MMWW柔性直流输电缺点√损耗较大常规换流站损耗<0.8%2电平或3电平换流站损耗≈2%MMC换流站损耗≈1.5%√投资大√容量较小当前已投运或即将投运最大工程容量约1左右√不太适合长距离架空线路输电6柔性直流/输1电0/10

/10/10第6页chap.7柔性直流输电7.3柔直应用场所向城市中心送电连接分布电源非同时联网提升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有功和无功功率调整灵活，有利于改进电网运行性能风电场、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域电力供给商交换电力可行性平台，增加电网运行灵活性和可靠性快速控制有功及无功功率，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、偏僻地域负荷等MTDC7柔性直流/输1电0/10

/10/10第7页chap.7柔性直流输电/10/107.4柔直工程/10/10881、世界上已投运柔直工程截至底，世界上投运VSC-HVDC工程约21个，其中4个在我国。世世界界范围围内已已投投运运部部分分柔柔直直程程：：工程名称投运年工程额定参数用途Hellsjon19973MW,±10kV,150A,10km

工工业试验Gotland199954MW,±80kV,350A,70km风力发电，地下电缆Directlink180MW,±80kV,342A,

59km电力交易，系统互联，地下电缆Tjaerebog7.2MW,±9kV,358A,

4.3km风力发电，示范工程Eagle

Pass36MW,±15.9kV,1100A,0km电力交易，系统互联，电压控制Cross

Sound330MW,±150kV,1175A,

40km电力交易，系统互联，海底电缆Murray

Link200MW,±150kV,1400A,180km电力交易，系统互联，地下电缆柔性直流输电第8页chap.7柔性直流输电7.4柔直工程1、世界上已投运柔直工程（续）9工程名称投运年工程额定参数用途TrollA2×41MW,±60kV,400A,

70km绿色环境保护，海底电缆Estlink350MW,±150kV,1230A,

72km电力交易，系统互联，地下电缆Nord

E.ON1400MW,±150kV,1333A,203km风电并网Caprivi

Link300MW,350kV,850A,970km弱电网互联Valhall78MW,±150kV,A,

292km钻井平台供电Trans

BayCable400MW,±200kV,1000A,88km电网互联，大城市供电上海南汇18MW,±30kV,300A,10km风电并网柔性直流/输1电0/10

/10/10第9页chap.7柔性直流输电7.4柔直工程2、发展前景从世界上第一个试验性工程——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。形成多端柔性直流输电系统，将多点清洁能源发电厂实现直流联网，以提升供电灵活性和可靠性。构建新型配电网、微网、智能电网。10柔性直流/输1电0/10

/10/10第10页chap.7柔性直流输电7.4柔直工程3、我国已投运多端柔性直流输电工程√中国南澳柔性多端直流输电工程（±160kV，200MW，5端）底，南澳已经有风电143MW，且继续发展，经过110kV交流接入汕头电网，过海部分为海缆。年，建成柔性四端直流输电系统输送

150MW20，

系统输送200MW风电电。。建成成柔柔性性五五端端直直流流输输电电风电电。。11柔性直流/输1电0/10

/10/10第11页chap.7柔性直流输电7.4柔直工程舟山5端12柔性直流/输1电0/10

/10/10第12页3、我国已投运多端柔性直流输电工程√中国舟山多端柔性直流输电重大科技示范工程±

200

kV，400MW5端直流输电工程√中国厦门柔性直流输电工程（4端）chap.7柔性直流输电7.5柔直拓扑1、换流站组成主要由七部分组成：换流器换流电抗器交流滤波器换流变压器直流电容器直流电缆控制与保护系统13柔性直流/输1电0/10

/10/10第13页chap.7柔性直流输电7.5柔直拓扑2、换流器类型及其工作原理含 有工程应用换流器类型：√两电平换流器√（二级管箝位型）三电平换流器√模块化多电平换流器（MMC）交流系统I交流系统II14柔性直流/输1电0/10

/10/10第14页chap.7柔性直流输电7.5柔直拓扑2-1、两电平换流器√控制模式：PWM控制√当前世界上投运柔性直流√输电大多采取两电平换流器a)两电平换流器拓扑15柔性直流/输1电0/10

/10/10第15页b)单相输出电压波形chap.7柔性直流输电7.5柔直拓扑2-2、（二级管箝位型）三电平换流器及其工作原理√特点：比两电平换流器开关频率低，损耗小√工程应用：较少，有4个工程a)三电平换流器拓扑b)单相输出电压波形16柔性直流/输1电0/10

/10/10第16页chap.7柔性直流输电7.5柔直拓扑2-3、模块化多电平换流器（MMC）及其工作原理√由Siemens企业首先实施；√深入分类：半桥子模块型、全桥子模块型；b)半桥子模块17柔性直流/输1电0/10

/10/10第17页c)

全桥子模块chap.7柔性直流输电7.5柔直拓扑√

MMC子模块工作状态：输出0或电容电压；√

各相任意时刻导通子模块数相同，以维持直流电压恒定；√

输出电压为多电平波形，普通为几十～上百个电平。a)子模块工作状态18柔性直流/输1电0/10

/10/10第18页b)多电平产生机理c)相电压波形chap.7柔性直流输电7.5柔直拓扑√工程中MMC主要调制策略载波移相正弦脉宽调制（CPS-SPWM）：适合用于电平数较低场所最近电平迫近调制（NLM）：适合用于含有极高电平数场所。如美国TBC工程以及上海南汇风电场都采取NLM结合电容电压排序均压方法。a)CPS-SPWM调制示意图b)NLM调制示意图19柔性直流/输1电0/10

/10/10第19页chap.7柔性直流输电7.5柔直拓扑2-4、不一样类型换流器比较√与两电平或三电平换流器相比，MMC主要优点：防止器件直接串联带来静态、动态均压问题；输出电平数多，等效开关频率高，输出电压谐波含量和电磁干扰水平低；单个器件开关频率较低，系统开关损耗较小；经过增减子模块数量可灵活配置不一样电压和功率等级，便于系统扩容。20柔性直流/输1电0/10

/10/10第20页chap.7柔性直流输电7.5柔直拓扑2-4、不一样类型换流器比较√与两电平或三电平换流器相比，MMC主要缺点：在一样直流电压下，MMC开关器件数为两电平结构两倍，经济性略低；子模块电容电压平衡控制和相间环流抑制使MMC控制十分复杂；一样无法穿越直