柔性直流输电的发展精选PPT.ppt

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1、关于柔性直流输电的发展第1页，讲稿共97张，创作于星期二2柔性直流输电的发展柔性直流输电的发展1954年年，连接，连接Gotland与瑞典大陆之间的世界上第一条高压直流与瑞典大陆之间的世界上第一条高压直流输电线路建成，标志着输电线路建成，标志着以电流源换流器为基础的直流输电（以电流源换流器为基础的直流输电（LCC-HVDC）进入了商业化时代进入了商业化时代。1990年年，加拿大，加拿大McGill大学的大学的Boon-Teck Ooi等等首次提出首次提出使用使用脉宽脉宽调制技术（调制技术（PWM）进行）进行控制的控制的电压源换流器电压源换流器直流输电直流输电（VSC-HVDC）的概念的概念。1

2、997年年，ABB公司在瑞典中部的公司在瑞典中部的Hallsjon和和Grangesberg之间建成首之间建成首条工业试验条工业试验VSC-HVDC工程工程。从此从此VSC-HVDC作为一种新兴的输电技术开始进入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大发展的商业应用阶段。第2页，讲稿共97张，创作于星期二3柔性直流输电的发展柔性直流输电的发展ABB公司称之为公司称之为轻型直流输电轻型直流输电（HVDCLight）并作为商标）并作为商标注册；注册；Siemens公司将其注册为公司将其注册为新型直流新型直流HVDCPLUS；国际上电力方面的权威学术组织国际上电力方面的权威学术组织CIG

3、RE和和IEEE将其正式称将其正式称为为VSC-HVDC，即，即“电压源换流器型高压直流输电电压源换流器型高压直流输电”。国内很多专家称之为国内很多专家称之为“柔性直流（柔性直流（HVDC-Flexible）”。不同的称谓不同的称谓第3页，讲稿共97张，创作于星期二4柔性直流输电的技术特点柔性直流输电的技术特点能对能对有功和无功进行独立控制有功和无功进行独立控制，能给，能给无源网络无源网络提供电源；提供电源；能为交流侧提供无功支持，起到能为交流侧提供无功支持，起到STATCOM的作用，对电压质量和的作用，对电压质量和电压问题提供支撑；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

4、进行出厂前的调试，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；有利于缩短施工时间，并保证其可靠性；无需架设架空线无需架设架空线，并在噪音水平、谐波畸变、电话干扰和电磁，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。场等方面满足环境保护的要求。第4页，讲稿共97张，创作于星期二5向城市中心送电向城市中心送电连接分布电源连接分布电源非同步联网非同步联网提高配电网电能质量提高配电网电能质量促进电力市场发展促进电力市场发展 向远方孤立负荷点送电向远方孤立负荷点送电方便地调节有功和无功，改善系方便地调节有功和无功，改善系统的运行性能

5、统的运行性能风电场、小型水电厂、太阳能电站风电场、小型水电厂、太阳能电站及其它新能源发电系统及其它新能源发电系统用电量急增，线路走廊困难用电量急增，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，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柔性直流输电的应用场合MTDC第5页，讲稿共97张，创作于星期二6投运投运年年输送功输送功率率/MW直流电直流

6、电压压/kV两侧交两侧交流电压流电压直流电直流电流流/A线路长线路长度度/km用途用途Hellsjon199731010/1015010工业试验工业试验Gotland1999548080/80350270风力发电，地下风力发电，地下电缆电缆Directlink200018080132/110342659电力交易，系统电力交易，系统互联，地下电缆互联，地下电缆Tjaerebog20007.2910.5/10.535824.3风力发电，示范风力发电，示范工程工程EaglePass20003615.9 132/13211000(B-B)电力交易，系统电力交易，系统互联，电压控制互联，电压控制Cros

7、sSoundCahle2001330150345/1381175240电力交易，系统电力交易，系统互联，海底电缆互联，海底电缆MurrayLink 2002200150132/22014002180电力交易，系统电力交易，系统互联，地下电缆互联，地下电缆世界上已投运的柔性直流输电工程世界上已投运的柔性直流输电工程第6页，讲稿共97张，创作于星期二7工程工程投运年投运年输送功输送功率率/MW直流电直流电压压/kV两侧交两侧交流电压流电压直流电直流电流流/A电缆长电缆长度度/km用途用途TrollA20052426056/132400470绿色环保，绿色环保，海底电缆海底电缆Estlink2006

8、350150400/330 1230272电力交易，电力交易，系统互联，系统互联，地下电缆地下电缆Valhall201078150300/11-292绿色环保，绿色环保，海底电缆海底电缆世界上已投运的柔性直流输电工程世界上已投运的柔性直流输电工程第7页，讲稿共97张，创作于星期二8工程工程投运年投运年输输送功送功率率/MW直流直流电电压压/kV两两侧侧交交流流电压电压直流直流电电流流/A电缆电缆长长度度/km用途用途NordE.ON12009400150170/380-203风电风电并网并网CapriviLink2009300350400/330-970弱弱电电网互网互联联TransBayCa

9、ble2010400200400-88大城市供大城市供电电南南汇汇工程工程201118303530010风电风电并网并网世界上已投运的柔性直流输电工程世界上已投运的柔性直流输电工程第8页，讲稿共97张，创作于星期二9工程工程投运年投运年输输送送功率功率/MW直流直流电压电压/kV两两侧侧交交流流电压电压直流直流电电流流/A电缆长电缆长度度/km用途用途EastWestInterconnector，UK2012500200-1250-电电网互网互联联，黑，黑启启动动DolWin1DolWin12013800320150/380125075,90风电风电并并网网SkagerrakHVDCInter

10、connections（Pole4）20147005004001400140,104电电网互网互联联世界上在建的部分柔性直流输电工程世界上在建的部分柔性直流输电工程第9页，讲稿共97张，创作于星期二10工程工程投运年投运年输输送功送功率率/MW直流直流电压电压/kV两两侧侧交交流流电压电压直流直流电电流流/A电缆长电缆长度度/km用途用途INELFE（法（法-西）西）201321000320400/400156060电网互电网互联联HelWin1(德国德国)2013576250150/380115085,45风电风电并并网网BorWin2(德国德国)2013800300155/40013301

11、40,104风电风电并并网网世界上在建的部分柔性直流输电工程世界上在建的部分柔性直流输电工程第10页，讲稿共97张，创作于星期二11从世界上第一个试验性的工程从世界上第一个试验性的工程赫尔斯扬赫尔斯扬（Hellsjion）工程至今，）工程至今，VSC-HVDC最大输电容量由最大输电容量由3MW发展到发展到21000MW，直流电压由，直流电压由10kV提升到提升到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，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。网的能

12、力。柔性直流输电的发展趋势柔性直流输电的发展趋势第11页，讲稿共97张，创作于星期二12内内 容容 提提 要要1柔性直流输电的发展柔性直流输电的发展2柔性直流输电运行原理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柔性直流输电典型工程5柔性直流输电柔性直流输电RTDS仿真建模仿真建模6我国柔性直流输电发展现状我国柔性直流输电发展现状第12页，讲稿共97张，创作于星期二13传统直流输电系统（传统直流输电系统（LCC-HVDC）的拓扑）的拓扑柔性直流与传统直流的比较柔性直流与传统直流的比较第13页，讲稿共97张，创作于星期二14柔性直

13、流输电系统（柔性直流输电系统（VSC-HVDC）的拓扑（二）的拓扑（二电平为例）电平为例）柔性直流与传统直流的比较柔性直流与传统直流的比较第14页，讲稿共97张，创作于星期二15电流源换流器电流源换流器 电压源换流器电压源换流器柔性直流与传统直流的比较柔性直流与传统直流的比较晶闸管（晶闸管（Thyristor）绝缘栅双极型晶体管绝缘栅双极型晶体管(IGBT)第15页，讲稿共97张，创作于星期二16电流源和电压源换流器的比较电流源和电压源换流器的比较电流源换流器电流源换流器电压源换流器电压源换流器电抗器电抗器L作为直流侧的储能元作为直流侧的储能元件，电容器件，电容器C作为交流侧的储作为交流侧的储

14、能元件能元件电容器电容器C作为直流侧的储能元作为直流侧的储能元件，电抗器件，电抗器L作为交流侧的储作为交流侧的储能元件能元件直流电流是单向的，直流电压直流电流是单向的，直流电压极性随直流潮流而变化极性随直流潮流而变化直流电压是单向的，直流电流直流电压是单向的，直流电流极性随直流潮流而变化极性随直流潮流而变化控制快速准确控制快速准确控制较慢控制较慢损耗较小损耗较小损耗较大损耗较大容量大容量大容量相对小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高故障承受能力和可靠性较低故障承受能力和可靠性较低柔性直流与传统直流的比较柔性直流与传统直流的比较第16页，讲稿共97张，创作于星期二17HV

15、DCVSC-HVDC交流侧提供换相电流，交流侧提供换相电流，受端受端为有源网络为有源网络，且容量足够大，且容量足够大，否则易发生换相失败否则易发生换相失败电流自关断，可向电流自关断，可向无源网络无源网络供电供电吸收大量的无功功率，约为吸收大量的无功功率，约为输送直流功率的输送直流功率的4060，需要大量的无功功率补偿和需要大量的无功功率补偿和滤波设备滤波设备 不需要交流侧提供无功功率且能不需要交流侧提供无功功率且能起到起到STATCOM的作用，即动态的作用，即动态补偿交流母线的无功功率，稳定补偿交流母线的无功功率，稳定交流母线电压。交流母线电压。若若VSC容量允许，容量允许，VSC-HVDC系

16、统可向故障系统提系统可向故障系统提供有功功率和无功功率的紧急支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柔性直流与传统直流的比较第17页，讲稿共97张，创作于星期二18柔性直流与传统直流的比较柔性直流与传统直流的比较HVDCVSC-HVDC潮流翻转时，直流电流方向不潮流翻转时，直流电流方向不变而直流电压极性发生翻转，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，而潮流翻转时直流电流反向，而直流电压极性不变，直流电压极性不变，有利于构有利于构成并联多端直流系统成并联多端直流

17、系统换流器对于交流系统来说，除换流器对于交流系统来说，除了是一个负荷（在整流站）和了是一个负荷（在整流站）和一个电源（在逆变站）以外，一个电源（在逆变站）以外，还是一个谐波电流源还是一个谐波电流源采用采用SPWM技术，开关频率较技术，开关频率较高，经低通滤波后就可得到所高，经低通滤波后就可得到所需的交流电压，可不用换流变需的交流电压，可不用换流变压器，所需滤波装置的容量也压器，所需滤波装置的容量也大大减小大大减小控制量只有触发角，控制量只有触发角，2个象限运个象限运行，不可单独控制有功功率或行，不可单独控制有功功率或无功功率无功功率可在可在4个象限运行，同时且独立个象限运行，同时且独立控制有功

18、和无功功率控制有功和无功功率换流站间需要通讯换流站间需要通讯换流站间的通讯不是必需的换流站间的通讯不是必需的第18页，讲稿共97张，创作于星期二19此此外外，由由于于VSC交交流流侧侧电电流流可可以以控控制制，同同HVDC，不不会会增增加加系系统统的的短短路路容容量量，也也即即增增加加柔柔性性直直流流输输电电线线路路后后，交交流流系系统统的的保保护护整整定定无无需改变。需改变。VSC-HVDC能能够够提提高高系系统统阻阻尼尼，通通常常情情况况下下不不会会引引起起发发电电机机组组的的次次同步振荡，而且会同步振荡，而且会提高发电机组的次同步阻尼提高发电机组的次同步阻尼。VSC-HVDC换换流流站站

19、设设备备小小型型化化和和标标准准模模块块化化模模块块化化设设计计，占占地地面面积积小小，设计、生产、安装和调试设计、生产、安装和调试周期大大缩短周期大大缩短，并具有，并具有更高的可靠性更高的可靠性。柔性直流与传统直流的比较柔性直流与传统直流的比较第19页，讲稿共97张，创作于星期二20 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s，换流器出口电压Uc相位滞后Us角度为，双极直流母线电压差为Ud,则 其中，为直流电压利用率，当VSC采用SPWM调制时，=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

20、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柔性直流输电运行原理第20页，讲稿共97张，创作于星期二21 柔性直流输电运行原理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，讲稿共97张，创作于星期二22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

21、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柔性直流输电运行原理第22页，讲稿共97张，创作于星期二23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柔性直流输电运行原理第23页，讲稿共97张，创作于星期二24内内 容容 提提 要要1柔性直流输电的发展柔性直流输电的发展2柔性直流输电运行原理柔性直流输电运行原理3

22、柔性直流输电换流器拓扑及调制策略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柔性直流输电典型工程5柔性直流输电柔性直流输电RTDS仿真建模仿真建模6我国柔性直流输电发展现状我国柔性直流输电发展现状第24页，讲稿共97张，创作于星期二25柔性直流输电换流器拓扑及调制策略柔性直流输电换流器拓扑及调制策略拓扑结构拓扑结构1两电平结构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，讲稿共97张，创作于星期二26三电平结构也有工程投运，比两电平结构开关频率低，损耗小。拓扑结构拓扑结构2三电平结构三电平结构柔性直流输电换流器拓扑及调制策略柔性直流输电换流器拓扑及调制策略第2

23、6页，讲稿共97张，创作于星期二27模块化多电平换流器（MMC）由西门子公司首先实施拓扑结构拓扑结构3多电平结构多电平结构1（半桥）（半桥）柔性直流输电换流器拓扑及调制策略柔性直流输电换流器拓扑及调制策略第27页，讲稿共97张，创作于星期二28正常工作状态下，子模块（SM）可以输出0或电容电压MMC的子模块工作状态的子模块工作状态第28页，讲稿共97张，创作于星期二29MMC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的多电平波形生成机制第29页，讲稿共97张，创作于星期二30MMC与与2、3电平电平VSC对比对比投资成本较低投资成本较低投资成本较低投资成本较低

24、模块化设计模块化设计模块化设计模块化设计输出滤波器容量小输出滤波器容量小输出滤波器容量小输出滤波器容量小开关频率低损耗小开关频率低损耗小开关频率低损耗小开关频率低损耗小电压谐波畸变率小电压谐波畸变率小MMC输出的多电平波形输出的多电平波形两、三电平两、三电平VSC输出波形输出波形MMC的技术优势：的技术优势：MMC第30页，讲稿共97张，创作于星期二31适合于适合于MMC的调制策略的调制策略MMC调制策略的本质是使调制策略的本质是使MMC输出所期望的多电平波形，工程中输出所期望的多电平波形，工程中主要采用主要采用载波移相正弦脉宽调制（载波移相正弦脉宽调制（CPS-SPWM）和和最近电平逼近调制

25、最近电平逼近调制（NLM），其中，其中CPS-SPWM适用于电平数较低的场合，适用于电平数较低的场合，NLM适用于具有适用于具有极高电平数的场合。极高电平数的场合。CPS-SPWM调制示意图第31页，讲稿共97张，创作于星期二32适合于适合于MMC的调制策略的调制策略NLM调制示意图已已建建成成的的美美国国TBC工工程程以以及及上上海海南南汇汇风风电电场场都都采采用用NLM结合电容电压排序均压方法。结合电容电压排序均压方法。第32页，讲稿共97张，创作于星期二33ABB公司提出的级联两电平（Cascaded Two Level,CTL）结构拓扑结构拓扑结构4多电平结构多电平结构2（CTL）柔性

26、直流输电换流器拓扑及调制策略柔性直流输电换流器拓扑及调制策略第33页，讲稿共97张，创作于星期二34CTL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。拓扑结构拓扑结构4多电平结构多电平结构2（CTL）柔性直流输电换流器拓扑及调制策略柔性直流输电换流器拓扑及调制策略第34页，讲稿共97张，创作于星期二35ALSTOM公司提出的全桥多电平结构拓扑结构拓扑结构拓扑

27、结构拓扑结构5 5多电平结构多电平结构多电平结构多电平结构3 3（全桥）（全桥）（全桥）（全桥）柔性直流输电换流器拓扑及调制策略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，讲稿共97张，创作于星期二36ALSTOM公司提出的新型混合级联多电平结构拓扑结构拓扑结构6多电平结构多电平结构4（新型混合级联）（新型混合级联）柔性直流输电换流器拓扑及调制策略柔性直流输电换流器拓扑及调制策略第36页，讲稿共97张，创作于星期二37MMC与与2、3电平的比较电平的比较与与2、3电平电平VSC相比，相比，MMC的储能电容分布在桥臂中，桥臂的储能电容分布在桥臂中，桥臂可等效为可

28、控电压源，因此子模块可等效为可控电压源，因此子模块电容电压平衡控制电容电压平衡控制和和相间环流抑相间环流抑制制使其控制系统变得复杂。使其控制系统变得复杂。与与2、3电平电平VSC相同，相同，MMC也无法穿越直流故障，必须采用可靠性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。护换流器，电力传输被迫中断。第37页，讲稿共97张，创作于星期二38MMC存在问题及发展趋势存在问题及发展趋势基于基于MMC所具备的优点，以及为了打破所具备的优点，以及为了打破ABB公

29、司在公司在IGBT串联技术上串联技术上的垄断，世界范围内在建的柔性直流工程，大多采用的垄断，世界范围内在建的柔性直流工程，大多采用MMC结构。结构。第38页，讲稿共97张，创作于星期二39MMC存在问题及发展趋势存在问题及发展趋势u2000MW换流器将在不远的将来投入市场；换流器将在不远的将来投入市场；u基于基于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；趋势；u多端直流多端直流输电以及输电以及直流断路器直流断路器是研究热点。是研究热点。u会议得到的其他信息会议得到的其他信息20112011年电力系统及能源国际会议（年电力系统及能

30、源国际会议（年电力系统及能源国际会议（年电力系统及能源国际会议（EPEC2011EPEC2011）在加拿大曼尼托）在加拿大曼尼托）在加拿大曼尼托）在加拿大曼尼托巴省温尼伯市举行，会上巴省温尼伯市举行，会上巴省温尼伯市举行，会上巴省温尼伯市举行，会上TransGrid Solutions(TGS)TransGrid Solutions(TGS)公司总裁公司总裁公司总裁公司总裁Mohamed RashwanMohamed Rashwan指出指出指出指出：第39页，讲稿共97张，创作于星期二40内内 容容 提提 要要1柔性直流输电的发展柔性直流输电的发展2柔性直流输电运行原理柔性直流输电运行原理3柔

31、性直流输电换流器拓扑及调制策略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柔性直流输电典型工程5柔性直流输电柔性直流输电RTDS仿真建模仿真建模6我国柔性直流输电发展现状我国柔性直流输电发展现状第40页，讲稿共97张，创作于星期二41西西门门子子公公司司建建设设的的世世界界上上第第一一个个采采用用MMC结结构构的的柔柔性性直直流流输输电电工工程程：HVDCPLUS工工程程“TransBayCableProject（TBC）”，已已于于2010年年投投运运。工工程程的的目目的的是是用用来来消消除除加加利利福福尼尼亚亚州州匹匹兹兹堡堡到到旧旧金金山山之之间间的的输输电电瓶瓶颈颈并并增增强

32、强系系统统的的安安全全性性和和可可靠靠性性。工工程程投投运运初初期期前前6个个月月曾曾遇遇到到一一些些问问题题，现现在在运运行行正正常常（EPEC2011会会议议ALSTOM工程工程师师提到）。提到）。柔性直流输电典型工程柔性直流输电典型工程第41页，讲稿共97张，创作于星期二42柔性直流输电典型工程柔性直流输电典型工程“TransBayCableProject”传输容量：传输容量：400MW直流电压：直流电压：200kV桥臂子模块数：桥臂子模块数：216“TransBayCableProject”第42页，讲稿共97张，创作于星期二43柔性直流输电典型工程柔性直流输电典型工程TBC工程系统结

33、构示意图工程系统结构示意图第43页，讲稿共97张，创作于星期二44柔性直流输电典型工程柔性直流输电典型工程TBC工程电缆的铺设工程电缆的铺设第44页，讲稿共97张，创作于星期二45柔性直流输电典型工程柔性直流输电典型工程TBC工程阀厅的布置工程阀厅的布置第45页，讲稿共97张，创作于星期二u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；厂；u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，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；噪声低；u工程总体造价约为工程总体造价约为40亿美金，西门子订单约为亿

34、美金，西门子订单约为15亿美金；亿美金；u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，已在的柔性直流输电工程，已在2010年年4月份正式投运月份正式投运3.4基于基于VSC-HVDC城市中心供电案例城市中心供电案例跨湾项目工程概况及参数跨湾项目工程概况及参数第46页，讲稿共97张，创作于星期二额定输送容量：额定输送容量：400 MW额定直流电压：额定直流电压：200 kV额定直流电流：额定直流电流：1000 A传输电缆长度：传输电缆长度：2 88 km3.4基于基于VSC-HVDC城市中心供电案例城

35、市中心供电案例跨湾项目工程概况及参数跨湾项目工程概况及参数第47页，讲稿共97张，创作于星期二与常规直流方案换流站相比减少了占地与常规直流方案换流站相比减少了占地3.4基于基于VSC-HVDC城市中心供电案例城市中心供电案例第48页，讲稿共97张，创作于星期二3.4基于基于VSC-HVDC城市中心供电案例城市中心供电案例比较项目比较项目HVDCHVDCPLUS方案方案换流站建筑物高度换流站建筑物高度19.8米米10.7米米旧金山伊利诺伊街道噪音旧金山伊利诺伊街道噪音72dB48dB避雷针高度避雷针高度26米米20米米覆盖区域覆盖区域20,200平方米平方米12,100平方米平方米交流滤波器交流

36、滤波器需要需要不需要不需要布局大量设备导致布局布局大量设备导致布局受限受限可以较为灵活布置，美观可以较为灵活布置，美观变压器变压器换流变压器换流变压器可使用常规变压器，体积较小可使用常规变压器，体积较小无功支持无功支持无无两换流站能够提供两换流站能够提供170至至-300Mvar无功无功受端电源受端电源需要需要不需要不需要HVDC PLUS 与与HVDC的比较的比较第49页，讲稿共97张，创作于星期二换流桥换流桥换流变压器换流变压器换流电抗器换流电抗器交流滤波器交流滤波器直流电容器直流电容器直流电缆直流电缆控制与保护系统控制与保护系统VSC-HVDC的设备的设备主要由七部分构成：主要由七部分构

37、成：第50页，讲稿共97张，创作于星期二第51页，讲稿共97张，创作于星期二VSC-HVDC的设备的设备1换流桥换流桥换流桥每个桥臂是由若干个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，级联而成。对于大容量换流器，每臂可能有上百个每臂可能有上百个IGBT级联而成。级联而成。IGBT旁边都反并联一个二极管，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。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，讲稿共97张，创作于星期二VSC-HVDC的设备的设备2换流变压器换流变压器不不同同于于CSC-HVDC，VSC-HVDC并并不不需

38、需要要特特殊殊的的换换流流变变压压器器或或移移相相变变压压器器，其其所所用用换换流流变变压压器器与与常常规规的的单单相相或三相变压器大体类似或三相变压器大体类似。第53页，讲稿共97张，创作于星期二VSC-HVDC的设备的设备3换流电抗器换流电抗器换流电抗器是换流电抗器是VSC与交流侧能量交换的纽带，决定有功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功率与无功功率的控制性能作用作用滤除换流器所产生的特征谐波，以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；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。抑制直流过电流的上升速度。第54页，讲稿共97张，创作于

39、星期二VSC-HVDC的设备的设备4直流电容器直流电容器作用作用：为逆变器提供电压支撑；为逆变器提供电压支撑；缓冲桥臂关断时的冲击电流；缓冲桥臂关断时的冲击电流；减小直流侧谐波。减小直流侧谐波。第55页，讲稿共97张，创作于星期二VSC-HVDC系统简介-直流电容器第56页，讲稿共97张，创作于星期二VSC-HVDC的设备的设备5交流滤波器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。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，在没有换流电抗器的滤波作用使得电流的谐波较容易符合标

40、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，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。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。作用作用：滤去交流侧电压谐波分量；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。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，讲稿共97张，创作于星期二VSC-HVDC的设备的设备5交流滤波器交流滤波器从交流系统侧看过去，从交流系统侧看过去，VSC-HVDC等效为等效为一个谐波电压源一

41、个谐波电压源(图图a)。其中，。其中，Lc是换流电是换流电抗，抗，Ls是系统等效电抗。是系统等效电抗。图图b是是h次次谐谐波波电电压压等等效效网网络络，使使交交流流滤滤波波器器的的h次次谐谐波波阻阻抗抗近近似似为为零零，则则其其与与交交流流系系统统的的等等效效阻阻抗抗Xeq便便远远远远小小于于换换流流电电抗抗器器的的阻抗阻抗Xc(图图c)。于于是是，h次次谐谐波波电电压压uh便便近近乎乎全全部部地地降降落落在在Xc上上，系系统统所所分分得得的的那那部部分分电电压压就就很很少少。这就是这就是VSC系统中滤波器的工作原理。系统中滤波器的工作原理。第58页，讲稿共97张，创作于星期二59内内 容容

42、提提 要要1柔性直流输电的发展柔性直流输电的发展2柔性直流输电运行原理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我国柔性直流输电发展现状第59页，讲稿共97张，创作于星期二60柔性直流输电数字物理闭环仿真柔性直流输电数字物理闭环仿真柔柔性性直直流流输输电电系系统统在在投投运运前前非非常常有有必必要要对对所所采采用用的的控控制制保保护护策策略略以以及及物物理理控控制制器器进进行行实实时时仿仿真真验验证证，以以保保证证工工程程投投

43、运运后后的的可可靠靠性性。2、3电电平平VSC-HVDC在在RTDS下下建建模模较较容容易易实实现现，MMC-HVDC在在RTDS中中全全数数字字建建模模以以及及数数字字物物理理混混合合仿仿真真往往往往受受限限于于RTDS中中板板卡卡数数目目以以及及I/O接接口口数数目目，是是当当前前国国内内外外研究研究热热点。点。课课题题组组2010年年与与网网联联公公司司合合作作项项目目“多多电电平平柔柔性性直直流流输输电电系系统统RTDS模模型型研研究究”，对对MMC-HVDC在在RTDS中中建建模模进进行行了了基基础础研究。研究。第60页，讲稿共97张，创作于星期二61MMC在在RTDS下建模难点下建

44、模难点（1）需要在）需要在RTDS小步长环境下建模小步长环境下建模MMC开开关关频频率率低低，可可以以考考虑虑在在RTDS大大步步长长下下建建模模，但但大大步步长长下下没没有有IGBT及及二二极极管管的的现现成成模模型型，受受硬硬件件资资源源限限制制，MMC与与两两、三三电电平平VSC一一样样必必须须在在小小步步长长下下建建模模，则则需需要要研研究究其其与与外外部部变变压压器器、电电缆线路及其它部分的接口设计原理。缆线路及其它部分的接口设计原理。（2）MMC与两、三电平与两、三电平VSC建模的不同点建模的不同点两、三电平两、三电平VSC可以直接使用可以直接使用RTDS小步长下已有模型建模；小步

45、长下已有模型建模；MMC必须使用必须使用RTDS公司新近开发的公司新近开发的CHAINV3模块模块进行建模，进行建模，其使用方法相对较复杂。其使用方法相对较复杂。第61页，讲稿共97张，创作于星期二62MMC在在RTDS下建模难点下建模难点（3）RTDS硬件资源限制硬件资源限制MMC的的电电平平数数越越高高，利利用用CHAINV3模模块块对对其其进进行行建建模模时时所所需需GPC卡卡数数量量也也越越多多。例例如如对对双双端端17电电平平MMC-HVDC在在RTDS下下建建模模时，共需两个时，共需两个RACK，10块块GPC卡。卡。为为了了研研究究RTDS与与外外部部物物理理控控制制器器的的接接

46、口口设设计计方方法法，使使用用GTDO和和GTDI卡卡实实现现MMC的的控控制制脉脉冲冲经经RTDS外外部部循循环环。MMC的的电电平平数数越越高高，所所需需板板卡卡数数量量也也越越多多。目目前前只只能能实实现现单单端端17电电平平MMC-HVDC控制脉冲的外部循环。控制脉冲的外部循环。第62页，讲稿共97张，创作于星期二63网联公司多电平建模项目研究内容网联公司多电平建模项目研究内容多多电电平平柔柔性性直直流流输输电电的的主主回回路路建建模模。利利用用RTDS专专门门为为仿仿真真高高频频动动作作的的全全控控型型电电力力电电子子器器件件而而设设计计的的小小步步长长（1.42.5s）仿仿真真模模

47、型型，建建立立多多电电平平柔柔性性直直流流输输电电换换流流阀阀组组及及触触发发脉脉冲冲发发生生装装置置的的仿仿真真模模型型，并并采采用用具具有有高高速速运运算算能能力力的的GPC处处理理器器对对小小步步长长模模型型进进行行求求解解，研研究究柔柔性性直直流输电的换流特性。流输电的换流特性。多多电电平平柔柔性性直直流流输输电电换换流流器器模模型型与与外外部部控控制制器器的的接接口口设设计计。研研究究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。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。小小步步长长换换流流器器模模型型与与外外部部电电路路的的接接口口设设计计。利利用用RT

48、DS研研究究小小步步长长子子系系统统模模块块封封装装技技术术及及其其与与大大、小小步步长长变变压压器器、电电缆缆线线路路及及其其它它部部分的接口设计方法。分的接口设计方法。第63页，讲稿共97张，创作于星期二64MMC在在RTDS下建模方法下建模方法u 利用利用RTDS中中已有已有开关开关器器件建模件建模一个一个BridgeBox无法实现无法实现所需所需要的要的MMC仿真仿真规模规模。考虑使用小线路模型（考虑使用小线路模型（VSCCrossCardBergeronTLinemodel）增加增加仿真仿真规模规模。第64页，讲稿共97张，创作于星期二65MMC在在RTDS下建模方法下建模方法使用使

49、用一块一块GPC卡卡对对MMC-HVDC的的两相建模，两相建模，可以达到的仿真可以达到的仿真规模规模如如右图所示：右图所示：利用利用RTDS自带的元自带的元件采用件采用VSCCrossCardBergeronTlineModel可以在一定程度上增大仿可以在一定程度上增大仿真规模，但是仍真规模，但是仍无法无法从根从根本上解决仿真本上解决仿真规模受限规模受限的的问题。问题。第65页，讲稿共97张，创作于星期二66MMC在在RTDS下建模方法下建模方法u考虑利用考虑利用CBuilder在大步长下在大步长下建模建模 大步长下没有大步长下没有IGBT及二极管的现成模型，需要利及二极管的现成模型，需要利用

50、用RTDS中中CBuilder自定义；自定义；一个一个GPC处器只可以处理处器只可以处理5个自定义元件；个自定义元件；限于硬件资源无法实现限于硬件资源无法实现MMC在大步长下建模在大步长下建模。第66页，讲稿共97张，创作于星期二67MMC在在RTDS下建模方法下建模方法u利用利用CHAINV3对对MMC拓扑结构建模拓扑结构建模RSCAD2.015从从2009年年11月开始可以下载使用月开始可以下载使用CHAINV3模块模块，如下图所示：如下图所示：第67页，讲稿共97张，创作于星期二68MMC在在RTDS下建模方法下建模方法（1）一块）一块GPC处理器可以处理的模块数（半桥数）处理器可以处理