《柔性直流输电技术》由会员分享，可在线阅读，更多相关《柔性直流输电技术（51页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、ZJU Zhejiang University 柔性直流输电技术 徐政 浙江大学HVDC&FACTS GROUP 0571-87952074, hvdc 2006年9月 ZJU Zhejiang University 内容提要 1. 什么是柔性直流输电技术 2. 柔性直流输电技术的应用领域 3. 柔性直流输电的工作原理 4. 与传统直流输电的比较 5. 柔性直流输电技术的发展情况 6. 柔性直流输电系统制造的关键技术 ZJU Zhejiang University 什么是柔性直流输电技术什么是柔性直流输电技术 第1章第1章 ZJU Zhejiang University 什么是柔性直流输电技术
2、（1） 柔性直流输电ABB称其为HVDC Light，西 门子称其为HVDCPLUS。这种技术特别适 合于小容量输电，可以到数个MW 。 因此柔性直流输电将传统的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。 柔性直 流输电技术对将来的输电技术会有重要 的影响。 ZJU Zhejiang University 什么是柔性直流输电技术（2） 柔性直流输电两端为换流站，中间可以 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，柔
3、性直流输电还能提 高供电的电能质量。 VSC换流器+轻型电缆柔性直流输电 ZJU Zhejiang University 什么是柔性直流输电技术（3） 柔性直流输电自 1997年引入. 目前 的制造商主要为ABB。 ZJU Zhejiang University 柔性直流输电的技术优势柔性直流输电的技术优势(1) ?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，因此便于构成并联的多端直流 输电系统。 ZJU Zhejiang Univ
4、ersity 柔性直流输电的技术优势柔性直流输电的技术优势(2) ?VSC 换流器产生的低次谐波很少，因此 只需在交流母线上安装一组高通滤波器即 可，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）。 ?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。 ZJU Zhejiang University 柔性直流输电技术的应用领域柔性直流输电技术的应用领域 第2章第2章 ZJU Zhejiang University 可能应用领域 ?电网的非同步联网。 ?连接分散的小型发电厂。 ?实现
5、海上供电 。 ?构筑城市直流输配电网。 ?向偏远地区供电。 ?提高电能质量向重要负荷供电 ZJU Zhejiang University 电网的非同步联网电网的非同步联网 背靠背换流站背靠背换流站 ACAC 60 Hz50 Hz B2B 换流站换流站 ZJU Zhejiang University 连接分散的小型发电厂连接分散的小型发电厂 ZJU Zhejiang University 作为风电与电网的接入系统作为风电与电网的接入系统 ZJU Zhejiang University 实现海上供电实现海上供电 ZJU Zhejiang University 构筑城市直流输配电网构筑城市直流输配电
6、网 ZJU Zhejiang University 柔性直流输电的工作原理柔性直流输电的工作原理 第3章第3章 ZJU Zhejiang University 柔性直流输电系统由两部分组成： 换流站+1对电缆 换流站是由IGBT或IGCT等可关断器件构 成的电压源换流器组成的。 柔性直流输电的容量范围为几个MW到目前 的300MW， 直流电压可以达到150 kV 基本结构 ZJU Zhejiang University 柔性直流输电系统换流站 ZJU Zhejiang University 柔性直流输电结构图柔性直流输电结构图 ZJU Zhejiang University 柔性直流输电结构图
7、柔性直流输电结构图 VSC1VSC2 Ud2Ud1 Qs1 Ps1 Qs2 Ps2 Qc1 Pc1 Qc2 Pc2 Zs1Zs2 1 Us1UC1Us2UC2 0 0 R1L1L2R2 I2I1 IdId Rd/2 Rd/2 2C1 2C12C2 2C2 2 换换流流 器：器： 每个桥臂都由多个IGBT或GTO串联而成。 直流侧电容直流侧电容: : 为换流器提供电压支撑、缓冲桥臂关断时的冲击电流、减小 直流侧谐波。 换流电抗器换流电抗器: : VSC与交流侧能量交换的纽带同时也起到滤波的作用。 交流滤波器交流滤波器: : 用于滤去交流侧谐波。 ZJU Zhejiang University 电
8、压源型换流器的基本拓扑结构电压源型换流器的基本拓扑结构 2C A B C 2C + - - - + + L udc 二电平二电平二电平二电平VSCVSCVSCVSC三电平三电平三电平三电平VSCVSCVSCVSC ZJU Zhejiang University 电压源型换流器的基本工作原理电压源型换流器的基本工作原理 2C A B C 2C + - - - + + L udc isb isc usa isa usb usc idcid DC system 相位角，则：设为Us超前Uc的相位角，则：设为Us超前Uc的 sin X UU P s = () X UcosUU Q ss = dcU 2
9、 M U = ZJU Zhejiang University 电压源型换流器的基本工作原理电压源型换流器的基本工作原理 Is UsU U Is UsU U Is Us U U Is Us U U 整流逆变吸收无功发出无功 有功传输有功传输：当0时，吸收有功 功率；当U时, 吸收无功 功率；当UsU时,发出发出功率。 ZJU Zhejiang University 电压源型换流器的有功与无功运行范围电压源型换流器的有功与无功运行范围 ZJU Zhejiang University 电压源型换流器的脉宽调制技术电压源型换流器的脉宽调制技术 （正弦脉宽调制SPWM） ZJU Zhejiang Uni
10、versity 电压源型换流器的脉宽调制技术电压源型换流器的脉宽调制技术 （特定谐波消去调制） 。 L usuc + - Ud ZJU Zhejiang University （空间矢量脉宽调制SVPWM ） 电压源型换流器的脉宽调制技术电压源型换流器的脉宽调制技术 2C A B C 2C + - - - + + L udc 1 V 2 V 3 V 4 V 5 V 6 V (+ - -) (+ + -)(- + -) (- + +) (- - +)(+ - +) (- - -) (+ + +) (+ - -) (+ + -)(- + -) (- + +) (- - +)(+ - +) (- -
11、 -) (+ + +) 0 V 7 V ref V 1 V 2 V A B C A B C dS dS U/sinTAT U/ )sin(TAT = = 3 603 2 1 ZJU Zhejiang University 电压源型换流器的数学模型电压源型换流器的数学模型 2C A B C 2C + - - - + + L udc isb isc usa isa usb usc idcid DC system 采用开关函数描述的高采用开关函数描述的高 频数学模型：频数学模型： += = = = dsccsbbsaa dc bac dcscsc sc cab dcsbsb sb cba dcsas
12、a sa iiSiSiS dt du C SSS uRiu dt di L SSS uRiu dt di L SSS uRiu dt di L 3 2 3 2 3 2 Sk（k=a、b、c）分别为三相桥臂 的开关函数，其中，Sk=1表示桥臂 上管导通、下管关断；Sk=0表示桥 臂下管导通、上管关断。 ZJU Zhejiang University 电压源型换流器的数学模型电压源型换流器的数学模型 同步旋转坐标系下的数同步旋转坐标系下的数 学模型：学模型： 2C A B C 2C + - - - + + L udc isb isc usa isa usb usc idcid DC system
13、() ()() + + = 2/12/12/1 120sin120sinsin )120cos(120coscos 3 2 oo oo P 为电网电压A相的相位角 += = += dsqqsdd dc cqsdsq sq cdsqsd sd i C iS C iS Cdt du u L iu Ldt di u L iu Ldt di 111 11 11 同步坐标系下的瞬时有功与无功：同步坐标系下的瞬时有功与无功： = += sqsdsdsq sqsqsdsd iuiuQ iuiuP ZJU Zhejiang University 柔性直流输电系统的控制柔性直流输电系统的控制 基本控制方式：基本
14、控制方式： ?有功功率控制 ?直流电压控制 ?无功功率控制 ?交流电压控制 ?频率控制 ?向无源交流系统供电 ZJU Zhejiang University 柔性直流输电系统的控制柔性直流输电系统的控制 （美国（美国 Cross Sound Cable Project） + ud1 + ud2 RLRL 无功功 率控制 交流电 压控制 有功功 率控制 直流电 压控制 内环 电流 控制 PWM 内环 电流 控制 PWM 直流电 压控制 有功功 率控制 交流电 压控制 无功功 率控制 uAC-1uAC-2 uAC-ref1uAC-ref2 ud1-refud2-ref Pref1Pref2Qref
15、1Qref2 ii + - + + - - +- ZJU Zhejiang University 柔性直流输电系统的控制柔性直流输电系统的控制 （一侧交流系统发生单相短路故障时的情况 ）（一侧交流系统发生单相短路故障时的情况 ） -10 0 10 uac2 /kV -10 0 10 P1 /MW -10 0 10 P2 /MW 16 20 24 udc /kV -10 0 10 uac1 /kV 0.00.20.40.6 0.00.20.40.6 0.00.20.40.6 0.00.20.40.6 0.00.20.40.6 时 间 （ t） ZJU Zhejiang University柔性直
16、流输电系统的控制柔性直流输电系统的控制 （一侧交流系统发生三相短路故障时情况 ）（一侧交流系统发生三相短路故障时情况 ） -10 0 10 uac2 /kV -10 0 10 P1 /MW -10 0 10 P2 /MW 16 20 24 udc /kV -10 0 10 uac1 /kV 0.00.20.40.6 0.00.20.40.6 0.00.20.40.6 0.00.20.40.6 0.00.20.40.6 时 间 （ t） ZJU Zhejiang University 柔性直流输电系统的保护策略柔性直流输电系统的保护策略 L CONVERTER OVER CURRENT PROTECTION Q1 T1 T1 T2 T3 U1 U1 Q
