VSC-HVDC技术简介

1、VSC-HVDC技术简介徐政浙江大学HVDC&FACTS Research Cente 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 LightSiemens: 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

2、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

3、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概述电网异步互联B2B 换流站背靠背换流站AC60 HzAC50 Hz概述概述概述概述概述风电场接入风电场接入方案交流连接OSS=offshore substation概述概述概述构筑多端直流输电系统辐射状环状概述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

4、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

5、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

6、负荷时可能会产生很大的过电压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

7、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 s2 -le ve l3 -le ve l, o r c om p a ra b leto p o lo g ie sL in e c o m m u tate d H V D C20002002Year基本原理两端VSC-HVDC系统的单线原理图基本原理基本原理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ä，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P =U SU CXsi

8、n ä收的有功功率P和无功功率Q为：Q =U S (U S U C cosä )X可以通过控制ä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ä基本原理无功功率主要取决于换流器输出电压Uc的辐值UcUc = UsUsUsUcIIQ= 0Q<0InductiveoperationQ>0Capacitiveoperation基本原理有功功率主要取决于VSC输出电压的相角Uc = UsUsUUU s-