高压直流输电技术研究动态

高压直流输电技术研究动态

赵成勇

2011年03月新能源电网研究所内容提要1高压直流输电〔HVDC〕2电压源换流器直流输电〔VSC-HVDC)的现状与开展趋势3基于VSC-HVDC的风力发电并网技术4VSC-HVDC应用于智能配电网5本课题组开展的直流输电研究情况21.1HVDC的概念、结构与开展

HVDC是以直流输电的方式实现电能传输的输电方式。直流输电与交流输电方式的重要补充，构成现代电力传输系统。概念：3结构：1.1HVDC的概念、结构与开展41.1HVDC的概念、结构与开展世界的HVDC开展：据统计，1954年至2009年世界上已投入运行的直流输电工程有100余项。在最近我国云南—广东直流工程投运前，HVDC工程中线路电压等级最高(±600kV)、输送容量最大(6300MW)的是巴西伊泰普直流输电工程，输送距离最长(1700km)的是南非英加—沙巴直流工程。

1990年建成的第一个多端直流输电工程是Quebec-NewEngland五端直流输电工程。

51.1HVDC的概念、结构与开展中国的HVDC开展：迄今为止，我国已投运的直流输电工程有15项，舟山直流工程已于2003年退出运行，现在运行的直流工程有14项，包括3项背靠背直流工程和2项特高压直流工程。正建的HVDC工程有

6项，包括2项特高压直流工程。到2020年，我国将建成18项特高压直流工程，并成为世界上拥有直流输电工程最多、输送线路最长、容量最大的国家。63000MW2500MW7200MW3000MW9000MW10000MW1800MW2000MWHydroPowerBaseThermalBaseACMapofinterconnectionpowernetworksin2010DC71.1HVDC的概念、结构与开展工程竣工时间输送容量/MW直流电压/kV线路长度/km舟山直流工程1987100±10054葛洲坝—南桥19901200±5001045天生桥—广州20011800±500960嵊泗直流工程200260±5066.2三峡—常州20033000±500860三峡—广东20043000±500960中国已建成投运的〔特〕高压直流输电工程〔15项〕8竣工时间输送功率/MW直流电压/kV线路长度/km贵州—广东20043000±500880宝灵背靠背直流工程一期：2005二期：2009360；1100（扩建后）±120；±166.70三峡—上海20063000±5001048.6贵广二回20073000±5001194高岭背靠背直流工程20081500±1250中国已建成投运的〔特〕高压直流输电工程〔15项〕1.1HVDC的概念、结构与开展9竣工时间输送功率/MW直流电压/kV线路长度/km中俄黑河背靠背直流工程2008750±1250宝鸡—德阳2010.33000±500574云南—广东2010.65000±8001373向家坝—上海2010.76400±8001907中国已建成投运的〔特〕高压直流输电工程〔15项〕1.1HVDC的概念、结构与开展10开工时间输送容量/MW直流电压/kV线路长度/km呼伦贝尔—沈阳20083000±500916格尔木—拉萨20081500±4001030宁东—山东20084000±6601348山西—江苏20093000±500858锦屏—苏南20097200±8002100溪洛渡—浙西2010(计划)6400±8001751中国在建的〔特〕高压直流输电工程〔6项〕1.1HVDC的概念、结构与开展11未来我国电网建设将依据交、直流输电相辅相成、共同开展的原那么，到2020年我国将建成“强交强直”的特高压混合电网和坚强的送、受端电网。经过多方面研究比选，直流工程总计达38项。世界交流输电的焦点在中国世界直流输电的市场在中国1.1HVDC的概念、结构与开展121.2HVDC与HVAC的比较直流输电时两侧交流系统不需同步运行而交流输电必须同步运行交流远距离输电，电流的相位差在交流输电系统的两端会产生明显的相位差，并网的各系统交流电必须同步运行，否那么可能在设备中环流而损坏设备，或造成不同步运行的停电事故，而直流输电线路互连时，其两端的交流电网可以按照用各自的频率和相位运行，不需进行同步调整。131.2HVDC与HVAC的比较

交直流输电的等价距离

由于HVDC的线路造价较低，而变电站设备较HVAC昂贵，在某一输电距离下，交、直流两种输电方式的造价费用相等，这一距离成为等价距离。141.2HVDC与HVAC的比较

交直流输电的等价距离151.3HVDC的优点与应用场合

HVDC的优点输电容量不受输电距离的限制；可以分期建设和增容扩建，双极性直流输电系统的可靠性可与两回交流输电系统相当；采用直流输电可以实现电力系统之间的非同步联网，可以不增加被联电网的短路容量，所连的两侧交流系统可以运行在不同的频率或同频不同步；161.3HVDC的优点与应用场合直流输电输送的有功功率和换流器消耗的无功功率均可由控制系统进行控制，可利用这种快速可控性来改善交流系统的运行性能，必要时可实现潮流的快速反转；

直流线路本身不消耗和发出无功功率，换流站要消耗无功功率，但与线路长度无关；架空或电缆线路的造价要比交流输电低，占用的空间也更小。171.3HVDC的优点与应用场合远距离大容量输电电力系统联网直流电缆送电现有交流输电线路的增容改造直流输电的应用场合有：18内容提要1高压直流输电〔HVDC〕2电压源换流器直流输电〔VSC-HVDC)的现状与开展趋势3基于VSC-HVDC的风力发电并网技术4VSC-HVDC应用于智能配电网5本课题组开展的直流输电研究情况192.1VSC-HVDC的结构和系统特性VSC-HVDC的结构20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21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电流源和电压源换流器的比较22HVDC与VSC-HVDC的比较HVDCVSC-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。23HVDC与VSC-HVDC的比较潮流翻转时，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HVDCVSC-HVDC24HVDC与VSC-HVDC的比较

此外，由于VSC交流侧电流可以控制，所以不会增加系统的短路容量。这意味着增加新的轻型HVDC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，因此不但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振荡阻尼

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。25VSC-HVDC的运行原理一般的，假设交流系统电压的相位是δs，换流器交流电压与直流电压Ud存在如下关系：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。11:4326VSC-HVDC的控制原理采用PWM调制时，

是调制波相角，Uc正比于调制度m。故利用调制波相角

和调制度m能同时控制有功功率P和无功功率Q。11:4327VSC-HVDC的稳态特性交流系统换流变压器换流器交流系统和换流器之间基波潮流的等效电路VSC与交流系统基波潮流的相量图由变压器的交流系统端看进去的有功和无功功率11:4328VSC-HVDC的稳态特性保持恒定而改变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;调整参数和K，可使VSC连续运行在圆内的任意一点。因此，它能独立控制有功功率和无功功率的交换。假设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VSC的PQ图11:4329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2.2VSC-HVDC的设备主要由七局部构成：3031VSC-HVDC的设备1—换流桥换流桥每个桥臂是由假设干个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响能量的通道，同时也起续流的作用。32VSC-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。33VSC-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。34VSC-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。35VSC-HVDC系统简介--直流电容器36VSC-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到达相关的谐波标准。故装设小容量滤波器。作用：滤去交流侧电压谐波分量；对系统提供局部无功补偿的作用。但是，交流滤波器的设计需要与换流电抗器配合。37VSC-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，那么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，系统所分得的那局部电压就很少。这就是VSC系统中滤波器的工作原理。38中国龙泉换流器站交流滤波器组瑞典5次谐波滤波器36Mvar,145kVVSC-HVDC的设备5—交流滤波器392.3VSC-HVDC的结构两电平电压源换流器拓扑结构及其输出交流波形拓扑结构1—两电平结构402.3VSC-HVDC的结构三电平电压源换流器拓扑结构及其输出交流波形拓扑结构2—三电平结构412.3VSC-HVDC的结构多电平电压源换流器拓扑结构及其输出交流波形拓扑结构3—多电平结构422.4VSC-HVDC的开展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PWM技术控制的VSC进行直流输电的概念。1997年，ABB公司在瑞典中部的Hallsjon和Grangesberg之间建成首条的工业试验工程。从此VSC-HVDC作为一种新兴的输电技术开始进入大开展的商业应用阶段。Prof.Boon-TeckOoiPh.D.(McGill)McGillUniversity

432.4VSC-HVDC的开展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44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VSC-HVDC工程45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VSC-HVDC工程〔续〕46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201018±303530010风电并网世界上在建的VSC-HVDC工程47世界上在建的VSC-HVDC工程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±2001250电网互联，黑启动DolWin12013800±320150/380125075,90风电并网SkagerrakHVDCInterconnections2014700±500400700140,104电网互联48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开展到了800MW，直流电压由10kV提升到±500kV。BoPaajarvi在ABB创新技术研讨会上指出VSC-HVDC的应用领域已经到达1100MW，这就使其具备应用于输电网的能力。2.4VSC-HVDC的开展49VSC-HVDC在容量上的突破主要归功于四个领域取得的进展：换流阀——换流电流可达1740A直流电缆——新型交联聚乙烯直流电缆能够承受300kV的直流电压且敷设深度超过2000米主电路和控制系统——保持低损耗的情况下保持良好的控制特性和简化控制结构，其开展的过程涉及到换流站的拓扑结构、IGBT的开关频率以及脉冲触发模式的选择。换流站的主电路2.4VSC-HVDC的开展502.4VSC-HVDC相比HVDC具备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、干扰和电磁场等方面满足环境保护的要求。512.5VSC-HVDC的应用场合522.5VSC-HVDC的应用场合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532.6模块化多电平直流输电技术MMC-HVDC的结构和技术特点模块化多电平换流器〔ModularMultilevelConverter，MMC〕是西门子公司提出的在HVDC应用中的一种新型的多电平VSC拓扑，是由一系列串联的子模块组成换流器。模块化多电平换流器的结构54模块化多电平VSC由六个桥臂组成，其中每个桥臂由假设干个相互连接且结构相同的子模块与一个电抗器串联组成。与以往的VSC拓扑结构不同，模块化多电平VSC在直流侧没有储能电容。每个子模块由一个IGBT的半桥和一个直流储能电容器组成。每个子模块都是一个两端器件，它可以同时在两种电流方向的情况下进行全模块电压(IGBT1=ON,IGBT2=OFF)和零模块电压(IGBT1=OFF,IGBT2=ON)之间的切换。2.6模块化多电平直流输电技术MMC-HVDC的结构和技术特点55子模块的构造

每个子模块有三种工作状态：两个IGBT模块都是关断的；IGBT1是导通的，IGBT2是关断的；IGBT1是关断的，IGBT2是导通的。2.6模块化多电平直流输电技术MMC-HVDC的结构和技术特点56每个子模块的开关都是独立控制的，所以MMC换流器产生的输出电压非常平滑并且几乎是理想正弦波形，具有较优的波形品质及较低的谐波含量。这样就大大降低了对滤波器支路的要求。另外，子模块的开关频率大大降低，因而降低了换流器的运行损耗。2.6模块化多电平直流输电技术MMC-HVDC的结构和技术特点572.6模块化多电平直流输电技术MMC-HVDC的结构和技术特点MMC本身的特殊优点：改善的损耗情况〔improvedlosses〕；很低的电压变化率〔lowdv/dtswitching〕；采用标准元件的模块化设计〔modulardesignwithstandarddevices〕；灵活性〔flexibility〕；提高的电能储存能力〔increasedenergystorage〕

不平衡情况下的运行能力；改善的故障情况下运行性能。58内容提要1高压直流输电〔HVDC〕2电压源换流器直流输电〔VSC-HVDC)的现状与开展趋势3基于VSC-HVDC的风力发电并网技术4VSC-HVDC应用于智能配电网5本课题组开展的直流输电研究情况593.1风力发电的特点风力发电具有随机性、不可控性，风电场装机容量的增加的同时，对系统稳定性的影响也越来越大。当系统侧发生瞬时故障时，造成发电机端电压低于额定电压时，发电机的功率不能低电压穿越，而是立即与电网跳开，随后又快速并网，对电网的冲击较大。从保证电能的供电质量来看，认为风电穿透功率不宜超过10％，这就成为了限制风力发电开展的一个瓶颈。603.1风力发电的特点另外，由于风电的随机性、不可控性、分散性和小型化，以及地理条件等因素的限制，相当一局部风电场位于遥远地区，使得利用现有交流输电技术将这些孤立的电源与电网连接的经济性和环保压力很大。613.2现有风力发电并网技术存在的问题当风电场采用电缆接入时，随着电缆长度增加，电缆的电容越来越大，所以当电缆长度较长时必须在两端安装无功补偿装置。而当电缆容性电流将接近电缆的额定电流，采用交流方式输送电将不再经济。这种情况对离岸风电场尤为严重。由于风电场与本地电网电气连接紧密，任何一方的故障都会迅速涉及另一方，严重时会引起整个系统的电压大幅振荡、功角失稳以及风电场失速现象。为了提高系统的低压穿越能力，需要在并网点装设大量的动态无功补偿装置。采用交流线路联网存在的问题：62采用常规直流输电并网可以有效隔离故障，但由于其自身固有的技术劣势，如对系统SCR的要求、较长的故障去除恢复时间，影响了风电场的并网性能和暂态稳定性能。无法同时控制连接点处电压的幅值和频率，并且在实现大功率输电的情况下需要补偿大量的无功。

3.2现有风力发电并网技术存在的问题采用高压直流输电联网存在的问题：63VSC-HVDC的控制结构灵活，易组成多端直流输电系统的结构，适合海上风电场的联网和扩建。VSC-HVDC技术对系统可以提供无功支撑，实现变频运行，维持电网接入点电压的稳定，保证风电场不脱网运行，提高供电质量。

3.3基于VSC-HVDC风力发电并网技术VSC-HVDC用于风电场联网的可行性：64随着电力电子技术的开展，VSC-HVDC的输电容量已经到达了1100MW，完全适用于大型风电场联网“十一五”期间，国家电网公司和南方电网公司已经着手进行风电场通过VSC-HVDC联网方面的评估，并在华东电网东海大桥〔南汇段〕建设相关的示范工程。3.3基于VSC-HVDC风力发电并网技术65工程投运时间电压等级(kV)容量（MW）输电距离（km）Gotland1999±805040Tjaereborg2000±974.3Norde.ON12009±150400203南汇风电2010±25174～14现有VSC-HVDC用于风电场联网工程3.3基于VSC-HVDC风力发电并网技术663.3基于VSC-HVDC风力发电并网技术1)换流站可以进行自换相，运行不需借助外部电压源，不需要同步调相机(或其他方案)来支持其电能传输。2)每侧交流电网的无功潮流可独立控制，负荷改变时不需投切滤波器和其他无功补偿设备。VSC-HVDC用于风电场联网的优越性：673.3基于VSC-HVDC风力发电并网技术3)对有功和无功可独立进行控制。可以缓解由风电场输出功率波动而引起的电压波动问题，改善电能质量。与交流联络线并联运行时，通过快速控制有功功率和无功功率能够提高整个输电通道的传输极限。当交流系统发生短路时，VSC-HVDC系统能有效地隔离故障，保证风电场的稳定运行，并在系统出现严重故障情况下，风电场可通过VSC-HVDC系统为系统提供“黑启动”能力。

VSC-HVDC用于风电场联网的优越性：68工程实例1—德国瑙德〔NordeE.ON1〕工程3.3基于VSC-HVDC风力发电并网技术

Norde

E.ON1风电场位于德国的北海，距离德国西部海岸大约130km，该风电场总发电容量为400MW。该联网工程选择直流输电联网的原因有：

陆地和地下电缆的总长达203km；

VSC-HVDC可以独立控制有功和无功潮流，并且在不投入滤波器的情况下能够实现零到全功率的控制，保证风电场连续可靠地运行。69工程实例2—DolWin1HVDCLight3.3基于VSC-HVDC风力发电并网技术70工程实例2—DolWin1HVDCLight3.3基于VSC-HVDC风力发电并网技术MaindataCommissioningyear:2013Powerrating:800MWNoofcircuits:1ACVoltage:155kV(PlatformDolWinAlpha),

380kV(Dörpen/West)DCVoltage:±320kVLengthofDCsubmarinecable:2x75kmLengthofDCundergroundcable:2x90kmMainreasonforchoosingHVDCLight:Lengthoflandandseacables.71已运行工程的成功经验说明VSC-HVDC用于风电联网技术正在不断的进步和成熟。运行经验说明：大规模风电场通过VSC-HVDC并网最具优势，不仅能够为风电场提供优异的并网性能和较强的抗扰性能，而且还能有效改善低电压穿越能力、满足并网系统对暂稳态性能的要求。随着现有用于风力发电的HVDC运行经验的积累，必将有更多的大型风电场通过VSC-HVDC与电网联接。3.3基于VSC-HVDC风力发电并网技术72美国跨湾工程–多电平换流器3.4基于VSC-HVDC城市中心供电案例732004年1月决定修建输电工程，经过三年多的规划、设计、方案比较、环评、与政府部门的协商等，2007年6月决定采用基于多电平换流器的柔性直流输电技术三种方案：交流输电方案，常规400MW/600MW直流，400MW柔性直流。降低了对环境的影响多电平换流器的优势，并已具备了在直流输电中应用的条件整体工程造价有优势3.4基于VSC-HVDC城市中心供电案例跨湾工程工程背景柔性直流输电换流站能够提供紧急无功支持，省去动态无功补偿设备投入，提升电网平安性和可靠性74建成后把匹兹堡充裕电力送到旧金山，防止在旧金山新建电厂；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工程工程概况及参数75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工程工程概况及参数76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773.4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78内容提要1高压直流输电〔HVDC〕2电压源换流器直流输电〔VSC-HVDC)的现状与开展趋势3基于VSC-HVDC的风力发电并网技术4VSC-HVDC应用于智能配电网5本课题组开展的直流输电研究情况794.1现有配电网存在的问题某些地区〔例如苏州〕配电网中存在经过比较长的配电线路供电的情况〔农村、城乡结合部、局部城中村等地区〕，由于线径小、供电半径大、无功需求大等原因，低电压现象时有发生。另外，国家启动家电下乡政策后，苏州农村用电增幅超过了6%，负荷增加导致的低电压问题更加严重。据统计江苏省有2774条线路存在低电压问题。配电网中某些线路存在低电压现象：804.1现有配电网存在的问题据对苏州东渚、镇湖、东山三条线路的监测，用电顶峰时段测得的变压器低压出口电压为201V，在居民家中测得电压为169V。低电压会导致空调电扇不能正常启动，冰箱不能制冷，严重影响居民生活用电，还会引起变压器、线路损耗增加，不利于节能减排，这些都会直接影响到供电企业的社会形象，因此供电企业都非常重视。814.1现有配电网存在的问题解决电压过低的传统方法就是缩短供电半径，加强电网结构，这就需要兴建高一电压等级的电网，但这是电网公司需要统筹考虑的，且资金投入很大，建设周期长，短时间内不易实现；另一措施就是在负荷端进行无功补偿，但当电压低至额定值80%时，多数无功补偿设备将不能发挥作用，所以急需一种从技术上能解决电压过低而且投入相对不高的手段来解决这个问题。824.2配电网直流化的结构与方案由于电压源换流器〔VSC〕可以灵活地控制交流电压，用它可以解决由于采用长线路而造成的电压损耗过大问题，同时为了降低本钱，将VSC-HVDC简化，提出一种用于配电线路的电压源换流器的直流供电方式。对距离过长的线路Ln进行改造，在送端采用二极管整流，经直流送到负荷端之后再通过VSC逆变成交流电压供给负荷，这样就可以保证负荷端的电压满足要求。834.2配电网直流化的结构与方案配电线路直流供电结构图由于采用直流线路进行供电，可以减少线路的电压降落约60%。由于送端采用的是二极管整流，这就极大的降低了本钱，使得从价格上能够接受。844.3VSC-HVDC应用于智能配电网所具有的优点

可以解决线路过长引起电压损耗过大的问题；采用交流电压可以灵活控制的VSC，可以大大提高负荷端的电能质量；将现有的交流供电线路进行直流化改造，利用其中两相线路进行直流供电，另外一相作为备用，在故障的时候进行切换，可减少停电的小时数，提高供电可靠性，同时还可提高供电能力；采用直流的供电方式，还可以有效地防止窃电现象的发生。用VSC进行直流供电的意义和作用：854.4配电网直流化面临的关键技术问题线路直流化，提高供电可靠性。将现有的交流输电线路进行直流化改造，提高供电可靠性，研究并得出相应的控制策略。经济性分析。计算改造后的直流供电方式的损耗，包括二极管整流器、线路和电压源换流器的损耗，并与交流方式供电进行比照分析，最后对配电线路的直流供电方式进行经济性分析。现有配电线路的直流送电改造方案和经济性分析864.4配电网直流化面临的关键技术问题根据配电线路对换流器的要求，研究换流器拓扑结构的特点，设计适合配电线路电压等级的拓扑；研究电压源型换流器直流送电主电路的组成和主电路中主要的参数设计，包括主电路中换流器、变压器、连接电抗器、滤波器配置、直流电容器等。用于配电线路的电压源型换流器直流送电的拓扑结构研究及主电路分析和参数设计87用于配电线路的简化的VSC-HVDC只有负荷端有电压源型换流器，整流侧采用的是二极管整流器，随着送端节点电压的变化以及负荷的波动，直流侧的电压必然有波动，这就造成了逆变侧控制的困难。采用自适应控制方法，使电压源换流器能够跟踪直流侧电压的波动进行自动控制，保持负荷端交流侧电压恒定。自适应电压控制策略研究4.4配电网直流化面临的关键技术问题88研究同杆并架双回线一回直流化后直流线路和另一回交流线路相互电磁感应问题，研究直流线路受交流线路工频电磁感应的影响，及考虑工频感应量影响时电压源换流器调制策略的研究。4.4配电网直流化面临的关键技术问题89保护系统研究。

线路直流化之后的保护方式与配置将与交流有很大不同，研究线路直流化之后对其他交流保护的影响及相应的整定策略，设计合理有效的直流保护。4.4配电网直流化面临的关键技术问题90保护系统研究。

线路直流化之后的保护方式与配置将与交流有很大不同，研究线路直流化之后对其他交流保护的影响及相应的整定策略，设计合理有效的直流保护。91内容提要1高压直流输电〔HVDC〕2电压源换流器直流输电〔VSC-HVDC)的现状与开展趋势3基于VSC-HVDC的风力发电并网技术4VSC-HVDC应用于智能配电网5本课题组开展的直流输电研究情况92在HVDC方面承担的课题情况“十一五”国家科技支撑方案重大工程“特高压输变电系统开发与示范”课题十七的子课题：基于RTDS的电磁－机电暂态混合实时仿真平台研究与实现实时电网仿真与实际故障状况的比照研究。中国南方电网有限责任公司。2007年完成直流系统典型故障瞬态特征分析及对交流保护的