VSC-HVDC技术简介 - 图文

VSC-HVDC技术简介

徐政 浙江大学

HVDC&FACTS Research Center 0571-87952074, www.hvdc.cn

2011年6月

内容提要

概述

VSC-HVDC的优势

VSC-HVDC与LCC-HVDC的比较基本原理

概述

VSC-HVDC

电压源型的直流输电技术(Voltage Sourced Converter Based HVDC )

ABB: HVDC Light

Siemens: HVDC Plus (Power Link Universal System) 中国：Flexible HVDC

传统直流输电(LCC-HVDC)

基于电网换相，是电流源型的直流输电技术(Current Source Converter Based HVDC )

概述

VSC-HVDC:以IGBT、IGCT 、GTO等可关断器件，脉宽调制 (PWM)等技术为特征的新型直流输电技术。

目前实际VSC-HVDC工程容量从几MW到几百MW不等。目前已 经投产的最大工程是美国的Cross Sound Cable工程，额定容量 为346MVA /330MW /±75MVAr,电压等级/±150kV。据报道，

现在容量已经可以提升到上千MW。

VSC-HVDC将传统的HVDC输电技术拓展到了配电领域，从而使

直流输电技术可应用于输、配电整个领域。 VSC-HVDC对将来的 输、配电技术会有重要的影响。

概述

应用领域： 电网的非同步互联 连接小型发电厂 向偏远地方供电 向海上平台供电 向大型城市中心供电 陆上和海上风电场接入 对敏感负荷供电 电力市场交易 改善电能质量

电网异步互联

B2B – 换流站

背靠背换流站

AC

AC

60 Hz

50 Hz

概述

概述

概述

概述

概述

风电场接入

概述

风电场接入方案—交流连接

OSS=offshore substation

概述

概述

构筑多端直流输电系统

概述

辐射状

环状

概述

VSC-HVDC可以采用传统的架空线路，但使用地下电缆更能使效益发挥 出来。在很多情况下电缆的成本低于架空线路， 并且采用电缆更能满足 环境的要求。

与传统交流和就地发电相比，除了具有成本上的优势之外，VSC-HVDC 还能提高供电的电能质量。

VSC-HVDC的技术优势

采用可控关断型电力电子器件和PWM技术,可以实现有功功

率和无功功率的独立控制 能向无源网络系统供电；

在潮流反转时，直流电流方向反转而直流电压极性不变，且 换流器之间无需通信，也不需要外部的辅助设备，便于构成 并联的多端直流输电系统。

VSC-HVDC的技术优势

VSC 换流器产生的低次谐波少，使滤波装置的容量大大减小。柔性直流输电系统既能输送有功功率，还能实现无功功率的 紧急支援（起STATCOM功能），从而提高系统的功角稳定

性，以及系统的电压稳定性。

模块化设计使柔性直流输电的设计、生产、安装和调试周期 大为缩短。

VSC-HVDC与LCC-HVDC的比较

传统HVDC

采用晶闸管，可以控制导通时 刻，电流反向后关闭

需要较强有源交流系统支撑，电 网换相

只能控制触发角，也不可能单独 控制有功功率或无功功率 直流线路故障后，通过晶闸管的

控制可以清除

VSC-HVDC

采用可关断器件，开通和关断 时间可控，与电流方向无关

自换相，可以工作在无源逆变 方式下，没有换相失败问题， 可以与无源系统互联

可以同时且相互独立地控制有 功功率、无功功率，使控制更 加灵活方便

故障电流将通过反并联的续流 二极管流向故障点，需要交流 系统断路器跳闸来清除故障

VSC-HVDC与LCC-HVDC的比较

与传统直流输电的比较(续)

传统HVDC

VSC-HVDC

开关频率相对较高，低次谐波少，不 需要或者只需要较少容量的高次 滤 波器

能4象限运行，可以吸收/发出无功 功率

开关频率低，需要大容量滤波器 来限制谐波水平

换流器吸收大量的无功功率 (40-60%)

通过投切交流滤波器来控制无功 功率

甩负荷时可能会产生很大的过电 压

无功功率可以通过换流器控制器控制 由于没有并联的大容量的电容器， 甩负荷时的过电压较小

VSC-HVDC与LCC-HVDC的比较

与传统直流输电的比较(续)

传统HVDC

占地面积比较大

滤波器同时用来补偿无功功 率，可投切

使用架空线路，电缆或者二 者的混合

潮流反转时，直流电压极性 反转，直流电流方向保持不 变

损耗较小(满载时，每端~0.8%)

VSC-HVDC

占地面积比较小，约为相同容量 下传统直流的20%左右

滤波器一般只用来滤波，并且一 直在线运行

目前所有的商业化工程都使用的 是电缆

直流电流反向，直流电压保持不 变

损耗较大(满载时，每端~1.8%)

VSC-HVDC与LCC-HVDC的比较

C o n ve rte r lo s s e s

2 -le ve l

3 -le ve l, o r c om p a ra b le

to p o lo g ie s

L in e c o m m u tate d H V D C

2

0

2002

Year

基本原理

两端VSC-HVDC系统的单线原理图

基本原理

基本原理

P???U SU C X

sin???

Q???U S??U S??? U C cos????设交流母线电压基 波分量为Us 、换流 器输出电压基波分 量为Uc 、超前的角 度为?，换流电抗器电抗为X (包括变压 器)，则忽略谐波分 量时，换流器所吸 收的有功功率P和无 功功率Q为：

X

可以通过控制?来控制VSC输送

的有功功率的大小和方向，通

过控制Uc来控制VSC发出（或

吸收）无功功率的大小。

基本原理

当直流电压恒定时，调制度决定VSC输出电压的幅值，而调制波 的相位和频率决定VSC输出电压的相位和频率。因此，通过控制 调制波的相位和调制度就可以控制VSC传输的有功功率和无功功 率的大小和方向。

基本原理

从系统角度来看，VSC可以看成一个无转动惯量的电动机或者发电机，它几乎可以瞬时实现有功功率和无功功率的独立条件，实现四象限运行

?

基本原理

无功功率主要取决于换流器输出电压Uc的辐值

Uc

Uc = U

s

Us Uc

Us

I

Q<0

I

operation

Q= 0

Inductive

Q>0

Capacitive operation

基本原理

有功功率主要取决于 VSC输出电压的相角

c c

Uc = Us

U s U

U

U s

-??

??I

I

P=0

P<0

P> 0

Rectifier

Inverter operation

operation

基本原理

基本原理

Uac>Udc/2

基本原理

Uac<-Udc/2

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/md43.html