从2010国际大电网会议看直流输电技术的发展方向

根据2010国际大电网会议与高压直流输电和电力电子技术对应的B4技术委员会发表的论文,探讨了直流输电技术的发展方向以及代表性的工程,论述了基于两端直流输电技术的多端直流输电技术、±1000kV及以上的直流输电技术、模块化多电平电压源换流器型直流输电技术、基于两电平级联式换流器型直流输电技术、混合式电压源换流器型直流输电技术以及基于电压源换流器的多端直流输电技术。     

电压源换流器型直流输电技术综述

电压源换流器型直流输电采用可关断电力电子器件和PWM技术,是新一代直流输电技术,它能弥补传统直流输电的部分缺陷,其发展十分迅速。为了进一步推动电压源换流器型直流输电在电力系统中的研究和应用,结合ABB公司几个典型应用工程,在详细介绍电压源换流器型直流输电的系统结构、基本工作原理和与传统直流输电相比的技术优势的基础上,对电压源换流器的拓扑结构、控制与保护策略、开关调制方式等技术问题的国内外研究现状进行了评述。分析表明:在工程应用中,通常从优化系统运行、可靠性、安全性和经济性等角度出发,选择结构简单的电压源换流器主回路结构,并采用能降低开关损耗的开关调制方式。最后就我国开发电压源换流器型直流输电技术提出了需要重点研究的几个关键领域。     

电压源型多电平换流器高压直流输电综述

分析了目前高压柔性直流输电系统工程所用的各种电压源型多电平换流器的拓扑、工作原理和调制策略,比较了它们之间的优劣.重点介绍目前最新型的模块化多电平换流器(MMC)在柔性直流输电中的应用,以及适合MMC的各种调制方法和在工程技术上使用的重点、难点.介绍了电压源型多电平换流器在目前世界上一些主要的柔性直流输电工程中的应用实例,并对电压源型多电平换流器的的应用前景进行了展望.     

电压源换流器高压直流输电的特点与前景

综述了电压源换流器高压直流输电,包括电压源换流器的拓扑结构、工作原理和控制策略。分析了电压源换流器直流输电(VSC-HVDC)的技术特点和应用领域,并对VSC-HVDC的研究现状和发展趋势进行了研究,指出电压源换流器直流输电在电力系统中有着广阔的应用前景,是未来直流输电技术的一个重要发展方向。     

电压源换流器高压直流输电的进展

电压源换流器高压直流输电是基于电压源换流器技术的新一代直流输电技术,具有小型、高效,控制灵活的特点,经济效益和环保价值可观,能有效的减少输电线路电压降落和闪变,提高了电能质量。文章介绍电压源换流器高压直流输电（VSC-HVDC）的基本原理、控制策略和技术特点。综述近年来VSC—HVDC技术发展及其应用前景。     

可控电压源型柔性直流输电换流器拓扑综述

为分析不同可控电压源型柔性直流输电换流器拓扑结构的技术特点,围绕模块化多电平换流器（Modular Multilevel Converter,MMC）,建立了基于几种可控电压源型换流器拓扑的柔性直流输电系统电磁暂态模型,结合PSCAD／EM’I＇DC的数字仿真结果,验证了所提出的换流器拓扑结构及其输电方案的可行性。     

电网换相换流器和电压源换流器串联组成的混合直流换流器控制和保护研究

基于电网换相换流器和电压源换流器串联的混合直流换流器在克服交流故障时的换相失败和直流故障时的重启动具有优势。分析了该混合直流换流器运行方式、控制策略、电压源换流器保护原理、抵御换相失败原理和直流线路重启过程,认为由该混合直流换流器组成的高压直流输电系统,可克服传统直流和柔性直流输电的主要缺点。当逆变侧的交流系统发生故障时,电压源换流器可提供电压支撑来抑制直流电流增加,缓解电网换相换流器换相失败效应。当直流线路发生故障时,逆变侧电网换相换流器可阻断电压源换流器产生的故障电流,具备直流线路故障重启能力。另外,电压源换流器还为电网换相换流器提供无功功率,从而减少换流站无功设备配置。     

柔性直流输电技术在风电场并网中的应用探讨

柔性直流输电是在电压源换流器技术和全控型功率器件的基础上发展起来的,通过电压源换流器技术,可以控制系统中的无功功率、抑制并网公共点的电压波动。文章分析了电压源换流器（VSC）的基本模型,研究了换流站无功功率控制和电压控制策略对改善并网风电场电压稳定性的作用,阐述了风电场并网对电网的可靠性和稳定性等方面的影响。     

采用多点直流电压控制方式的VSC多端直流输电系统

基于电压源型换流器VSC(Voltage Sourced Converter)的多端新型直流输电系统VSC-MTDC(VSC-Multi-Terminal Direct Current)具有广阔的应用前景,如中／低压输配电、分布式发电、电力市场应用等。首先介绍了VSC-MTDC的基本原理与控制方法。随后提出了一种多点直流电压控制方法。通过原理分析与仿真实验,证明该方法是切实可行的,且比单点直流电压控制具有更多的优点,如改善直流电压的质量、提高换流器利用率等。     

适应能源基地多点外送的三端混合直流输电系统组网方案探讨北大核心

受直流断路器研制和多端协调困难的限制,电网换相换流器(line commutated converter,LCC)型多端直流系统发展十分缓慢。全控型器件和新型电压源换流器拓扑结构的出现,尤其是模块化多电平换流器(modular multi-level converter,MMC)的推广和应用,为多端直流的发展带来了新的机遇。本文针对能源基地的多落点电力外送问题,对三端直流的各种可行的组网方案进行了分析探讨,比较了它们的优劣。推荐使用结合LCC型和电压源换流器(voltage source converter,VSC)型的混合式多端直流输电方式,该方式既可规避受端换流站的换相失败风险,又可解决LCC型多端直流电流指令难以协调的难题,具有重大经济技术意义。     

基于电压源型换流器的三端直流输电系统控制仿真研究

VSC-HVDC技术是指采用全控型功率半导体器件的电压源换流器的直流输电技术,致力于研究基于VSC换流器的高压直流输电以及三端直流输电系统的运行与控制问题.建立了VSC换流器静态模型并设计了PI控制器,分析了适用于VSC-MTDC的电压下降和主从式控制两种运行模式的特点,并由此设计了一种与有源网络以及无源网络相连的并联...     

基于电压源换流器型直流输电拓扑结构和调制策略

作为新一代直流输电技术,基于电压源换流器型直流输电由于采用全控电力电子器件,能够灵活实现有功功率和无功功率的独立控制,动态补偿交流母线无功功率进而实现交流电压控制,因此在新能源并网和交流电网互联等方面越来越显示出其独特的优势。而换流器作为直流输电系统中的核心部件,其不同的拓扑结构和调制方式会对换流器的输出性能带有一定的影响。以ABB公司和Siemens公司所提出的拓扑结构为例,对比分析了电压源换流器型直流输电两电平和模块化多电平的拓扑结构以及优缺点,并通过仿真分析了载波移相和最近电平逼近调制策略对输出电压电流波形的影响以及ABB公司CTL拓扑结构在环流抑制上的优越特性。     

SVPWM策略下VSC-HVDC换流器损耗计算

在分析两电平电压源换流器型高压直流输电(VCS-HVDC)结构的基础上,采用空间矢量脉宽调制(SVPWM)作为其调制策略,探讨了换流器损耗计算模型。由于SVPWM原理基于电压而非电流,故直接计算SVPWM扇区中的电流比较困难。为计算换流器损耗,提出根据逆变器输出电流、电压的正、负组合状态,将工频周期划分为4个区域来计算通态损耗,并结合厂商提供的数据资料,采用曲线拟合理论计算开关损耗的方法。最后通过负载实验,对比计算、实验结果,验证了该方法的正确性。这为换流器设计及器件选型提供了较大参考价值。     

风电场交直流混合输电并网中VSC-HVDC的控制

为提高风电场交直流混合输电并网的系统性能,提出一种更加灵活的电压源换流器高压直流(voltage source converter based high voltage direct current,VSC-HVDC)控制策略。对于风电场侧电压源换流器,设计了一种新的交流电压–功角控制方法。对于交直流混合输电模式,该方法通过调节风电场交流母线电压与电压源换流器输出电压间的功角来实现定有功功率控制。对于纯柔性直流输电模式,风电场交流母线电压自动被调节为具有恒幅恒频的交流电压,实现了对波动风电的同步输送。该方法中输电模式的变化无需切换控制;另外,通过附加电流高通滤波器增强了对系统谐振的阻尼作用。对电网侧电压源换流器,采用一种新的直接电流矢量控制,使直流电压稳定在参考值上。运用PSCAD/EMTDC仿真软件对分别接入笼型感应发电机(squirrel cage induction generator,SCIG)风电场和双馈感应发电机(doubly fed induction generator,DFIG)风电场的交直流混合输电系统建模仿真。一系列运行条件下的仿真结果验证了控制方法的有效性与可行性。     

20kV IGBT串联阀段关键技术的研究

目前柔性直流输电(VSC-HVDC)及灵活交流输电(FACTS)等领域发展迅速,对换流器提出了更高电压、更大容量的发展需求。分析研究了绝缘栅双极型晶体管(IGBT)高压串联阀段主要关键技术,包括串联器件均压控制技术、阀段电气结构设计等。在研究成果基础上设计研制了20 kV IGBT串联阀段,进一步构建了串联模块化多电平电压源换流器子单元。同时,为验证技术方案的可行性,建设了换流单元的稳态运行试验平台。试验结果验证,高压串联阀段均压控制有效,结构设计合理,达到设计水平。所提研究方法解决了高压串联阀段难题,对于促进电压源换流器的技术发展,提高电力电子装置的安全可靠性,具有积极的工程推广应用价值。     

模块化多电平换流器直流输电稳态仿真分析

电压源换流器高压直流输电（VSC-HVDC）是基于电压源换流器技术的新一代直流输电技术。该文介绍了模块化多电平电压源换流器的拓扑结构和工作原理。针对模块化多电平换流器（MMC）的电容电压平衡问题,提出了一种有效的电容电压平衡控制策略,保证个子模块电容电压处于相同的范围之内;并针对MMC-HVDC系统,采用载波移相调制策...     

一种兼具融冰功能的柔性直流输电换流站的研究

基于电压源型换流器的双端柔性直流输电换流站在直流侧直接连接,其直流调压与功率控制相互耦合,同时输电线路存在冬季覆冰的问题。在对现有柔性直流输电换流站分析的基础上,提出了一种兼具融冰功能的柔性直流斩波输电换流站方案。该换流站采用电压源换流器(voltage sourceconverter,VSC)单元级联方式,在直流侧用斩波器控制2个换流站的直流侧电压差来控制输电功率,并可作为直流融冰电源进行线路融冰。在分析该换流站电路拓扑的基础上,推导了换流器的数学模型,得到了换流器单元的等效电路;按运行状态分类研究了该换流站的控制策略,讨论了换流站在不同工作模式下的控制方式,并研制出试验样机。试验结果表明,换流站可应用在中小型柔性直流输电以及电力线路融冰的工作模式,并可实现斩波直流输电以及直流融冰功能,从而验证了理论分析和系统的正确性和有效性。     

VSC-HVDC系统H￥控制器设计

通过对dq0坐标系下电压源换流器模型的分析,得到了电压源换流器增广被控对象的状态空间方程。利用H￥控制理论,设计了基于电压源换流器的高压直流输电系统的定直流电压、定直流功率、定无功功率控制器。根据MATLAB建立的仿真模型,对上述控制器进行了仿真实验。仿真结果表明,所设计的H￥控制器具有良好的控制性能,达到了设计要求。     

VSC-HVDC系统H_∞控制器设计

通过对dqO坐标系下电压源换流器模犁的分析,得到了电压源换流器增广被控对象的状态空间方程.利用H∞控制理论,设计了基于电压源换流器的高压直流输电系统的定直流电压、定直流功率、定无功功率控制器.根据MATLAB建立的仿真模型,对上述控制器进行了仿真实验.仿真结果表明,所设计的H∞控制器具有良好的控制性能,达到了设计要求.     

LCC-MMC混合直流输电系统直流侧谐波电流计算

针对一种在整流侧和逆变侧分别采用电网换相型换流器和模块化多电平换流器(MMC)的混合直流输电系统,提出了直流侧谐波电流频率计算方法和完整流程。在整流侧采用三脉动谐波电压源,等效了12脉动换流器的谐波输出特性;在逆变侧使用电容串联电感的无源结构,作为MMC直流侧等效电路;线路参数计算中采用了全相非解耦模型的改进算法。与基于PSCAD/EMTDC搭建数字仿真模型进行直流侧谐波电流计算结果的比较,验证了提出方法的准确性。