1、VSC-HVDC技術簡介徐政浙江大學HVDC&FACTS Research Cente 2011年6月內(nèi)容提要概述VSC-HVDC的優(yōu)勢VSC-HVDC與LCC-HVDC的比較基本原理概述VSC-HVDC電壓源型的直流輸電技術(Voltage Sourced Converter Based HVDC )ABB: HVDC LightSiemens: HVDC Plus (Power Link Universal System)中國：Flexible HVDC傳統(tǒng)直流輸電(LCC-HVDC)基于電網(wǎng)換相，是電流源型的直流輸電技術(Current Source

2、Converter Based HVDC )概述VSC-HVDC:以IGBT、IGCT 、GTO等可關斷器件，脈寬調(diào)制(PWM)等技術為特征的新型直流輸電技術。目前實際VSC-HVDC工程容量從幾MW到幾百MW不等。目前已經(jīng)投產(chǎn)的最大工程是美國的Cross Sound Cable工程，額定容量為346MVA /330MW /±75MVAr,電壓等級/±150kV。據(jù)報道，現(xiàn)在容量已經(jīng)可以提升到上千MW。VSC-HVDC將傳統(tǒng)的HVDC輸電技術拓展到了配電領域，從而使直流輸電技術可應用于輸、配電整個領域。 VSC-HVDC對將來的輸、配電技術會有重要的影響。概述應用領域：電網(wǎng)

3、的非同步互聯(lián)連接小型發(fā)電廠向偏遠地方供電向海上平臺供電向大型城市中心供電陸上和海上風電場接入對敏感負荷供電電力市場交易改善電能質(zhì)量概述電網(wǎng)異步互聯(lián)B2B 換流站背靠背換流站AC60 HzAC50 Hz概述概述概述概述概述風電場接入風電場接入方案交流連接OSS=offshore substation概述概述概述構(gòu)筑多端直流輸電系統(tǒng)輻射狀環(huán)狀概述VSC-HVDC可以采用傳統(tǒng)的架空線路，但使用地下電纜更能使效益發(fā)揮出來。在很多情況下電纜的成本低于架空線路， 并且采用電纜更能滿足環(huán)境的要求。與傳統(tǒng)交流和就地發(fā)電相比，除了具有成本上的優(yōu)勢之外，VSC-HVDC還能提高供電的電能質(zhì)量。VSC-HVDC的技

4、術優(yōu)勢采用可控關斷型電力電子器件和PWM技術,可以實現(xiàn)有功功率和無功功率的獨立控制能向無源網(wǎng)絡系統(tǒng)供電；在潮流反轉(zhuǎn)時，直流電流方向反轉(zhuǎn)而直流電壓極性不變，且換流器之間無需通信，也不需要外部的輔助設備，便于構(gòu)成并聯(lián)的多端直流輸電系統(tǒng)。VSC-HVDC的技術優(yōu)勢VSC 換流器產(chǎn)生的低次諧波少，使濾波裝置的容量大大減小。柔性直流輸電系統(tǒng)既能輸送有功功率，還能實現(xiàn)無功功率的緊急支援（起STATCOM功能），從而提高系統(tǒng)的功角穩(wěn)定性，以及系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性。模塊化設計使柔性直流輸電的設計、生產(chǎn)、安裝和調(diào)試周期大為縮短。VSC-HVDC與LCC-HVDC的比較傳統(tǒng)HVDC采用晶閘管，可以控制導通時刻，電流反

5、向后關閉需要較強有源交流系統(tǒng)支撐，電網(wǎng)換相只能控制觸發(fā)角，也不可能單獨控制有功功率或無功功率直流線路故障后，通過晶閘管的控制可以清除VSC-HVDC采用可關斷器件，開通和關斷時間可控，與電流方向無關自換相，可以工作在無源逆變方式下，沒有換相失敗問題，可以與無源系統(tǒng)互聯(lián)可以同時且相互獨立地控制有功功率、無功功率，使控制更加靈活方便故障電流將通過反并聯(lián)的續(xù)流二極管流向故障點，需要交流系統(tǒng)斷路器跳閘來清除故障VSC-HVDC與LCC-HVDC的比較與傳統(tǒng)直流輸電的比較(續(xù))傳統(tǒng)HVDC開關頻率低，需要大容量濾波器來限制諧波水平換流器吸收大量的無功功率(40-60%)通過投切交流濾波器來控制無功功率甩

6、負荷時可能會產(chǎn)生很大的過電壓VSC-HVDC開關頻率相對較高，低次諧波少，不需要或者只需要較少容量的高次 濾波器能4象限運行，可以吸收/發(fā)出無功功率無功功率可以通過換流器控制器控制由于沒有并聯(lián)的大容量的電容器，甩負荷時的過電壓較小VSC-HVDC與LCC-HVDC的比較與傳統(tǒng)直流輸電的比較(續(xù))傳統(tǒng)HVDC占地面積比較大濾波器同時用來補償無功功率，可投切使用架空線路，電纜或者二者的混合潮流反轉(zhuǎn)時，直流電壓極性反轉(zhuǎn)，直流電流方向保持不變損耗較小(滿載時，每端0.8%)VSC-HVDC占地面積比較小，約為相同容量下傳統(tǒng)直流的20%左右濾波器一般只用來濾波，并且一直在線運行目前所有的商業(yè)化工程都使用

7、的是電纜直流電流反向，直流電壓保持不變損耗較大(滿載時，每端1.8%)VSC-HVDC與LCC-HVDC的比較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基本原理兩端VSC-HVDC系統(tǒng)的單線原理圖基本原理基本原理設交流母線電壓基波分量為Us 、換流器輸出電壓基波分量為Uc 、超前的角度為ä，換流電抗器電抗為X (包括變壓器)，則忽略諧波分量時，換流器所吸P =U SU CXsi

8、n ä收的有功功率P和無功功率Q為：Q =U S (U S U C cosä )X可以通過控制ä來控制VSC輸送的有功功率的大小和方向，通過控制Uc來控制VSC發(fā)出（或吸收）無功功率的大小。基本原理當直流電壓恒定時，調(diào)制度決定VSC輸出電壓的幅值，而調(diào)制波的相位和頻率決定VSC輸出電壓的相位和頻率。因此，通過控制調(diào)制波的相位和調(diào)制度就可以控制VSC傳輸?shù)挠泄β屎蜔o功功率的大小和方向?；驹韽南到y(tǒng)角度來看，VSC可以看成一個無轉(zhuǎn)動慣量的電動機或者發(fā)電機，它幾乎可以瞬時實現(xiàn)有功功率和無功功率的獨立條件，實現(xiàn)四象限運行ä基本原理無功功率主要取決于換流器輸出電壓Uc的輻值UcUc = UsUsUsUcIIQ= 0Q<0InductiveoperationQ>0Capacitiveoperation基本原理有功功率主要取決于VSC輸出電壓的相角Uc = UsUsUUU s-