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技术与应用
种适用于远距离输电的柔性直流输电系统
林呈辉刘宝诚2张海涛2邡宝泉2
(1,贵州电力试验研究院,贵阳55000
2.荣信电力电子股份有限公司,北京100084)
摘要基于柔性直流输电在工程项目的运用及设计实例,分析了现有的柔性直流输电系统的
拓扑结构,阐述了其工作原理、控制策略设计。设计柔性直流输电系统采用正负直流母线双极供
电模式,系统可在“双极模式”与“单极模式”之间安全切换,且发生“单极故障”可带电维修,
大大提高系统了系统运行的可靠性。通过对控制系统、功率组件设计等论证柔性直流输电技术在
海上平合的应用,为孤岛多端直流输电系统的应用奠定了坚实基础。
关键词:柔性直流输电;双极供电模式;海上平合;孤岛电网
The Flexible HVDC System for Far Distance Transmission
Lin Chenghui Liu Baocheng Zhang Haitao Hao Baoguan
(1. Guizhou Electric Power Test Rescarch Institute, Guiyang 550000;
2. Rongxin Power Electronic Co, Ltd, Beijing 100084
Abstract Based on engineering application and design examples of flexible HVDC in project,
topology structure, working principle and control strategy design of HVDC system are analyze
Plus-minus DC bus bipolar power supply mode of flexible HVDC transmission system is designed
System can safely switch between the bipolar and unipolar mode. It can be charged repair in single-pole
fault. The reliability of system operation is improved. By the control system, power module design and
demonstration of HVDC flexible technology in offshore platform, a solid foundation has been laid for
the application of island multi-terminal HVDC system
Key words: flexible HVDC; bipolar power supply mode; offshore platform; isolated power grid
近些午来,随着电力系统和电力电子技术和控功率单元拓扑结构、控制保护等方的设计、制造
制技术的飞速发展的发展,出现了许多采用大功率等技术原埋。通过对柔性直沇输电系统的整流机逆
电力电子器件的设备,电力系统中有功、无功控制変侧阀组的组成方式、対控制系统的分层控制系统
设备技术日趋完善。柔性直流输电裝置搾制功能多的摘述介绍了柔性直流输电系统快速、独立地控制
样化,阀组体积小,无需换流变压器,装置自身不与交流系统交换有功和无功功率的方式,说明柔性
需要滤波,可使换流站的结构简单。柔性直流输电
直流输电通过不同的控制方式可以控制接入点的电
技术尤其适用于1~100MW的中小型发电和输电应
压并方便灵活的调整潮流,可以大幅的提高交流系
用,其用途包括远距离无源网络供电、新能源并网
统功角稳定性、电压稳定性、降低损耗、便于故障
后快速恢复等技术优势
孤岛及海上钻井平台供电及用来构成大城市内多端
直流输电系统代替传统的交流配电网等,具有广泛1主要功率组件设计
的应用前景列。
大功率电力电子功率单元是柔性直流输电系统
本文重点介绍一种基于大功率电力电子器件技的核心组成部分,由大功率换流模块链接组成整流
术实现有功传输的控制成套设各即柔性直流输电设侧阀组和逆变侧阀组,如图1(a)所示柔性直流输
备。文中依据实际工程应用,介绍了VSC-HVDC在.电整流功率单元原理图,整流侧功率单元可以是不
68电气常204年第9期
国家国际科技合作专项项目(201IDFB71680)
技术与应用
可控整流和全控整流方式,不可控整流通常为二极联的供电方式,图中左半部分表示换流站整流阀组
管整流方式。本文主要介绍的是以IGBT为主核心部分,包括整流站变压器和整流单元;右半部分表
器件组成的三相全桥的全控整流方式。
示换流站逆变阀组部分,包括逆变单元和逆变站变
整流站
压器;中间部分为直流传输电缆川。这种可以单
整流侧由多个功能与结构相同的大功率换流单极供电的方式大大提高了系统供电的可靠性。
元组成,整流侧前端连接整流变压器,负责接收变
压器提供给功率模块的能量,多个功能与结构相同
直电过流将到的地能传到变“
端的阀组,具有输入电流、直流电压检测以及温度
开关检测功能,整流功率单元控制板检测这些信号
动她程
后,反馈给主控系统,同时具备熔丝保护、过压、
欠压、超温、过流保护等?。
整流功单元
m
图2双极系统拓扑结构图
2.2控制系统
(a)整流功率单元
柔性直流输电设备常规均采用基于可关断电力
逆变功率单元
电子器件的电压源型换流器和PWM脉宽调制技术,
是一个比较复杂的系统,系统设备运行性能完全依
赖于其可靠的控制系统。设计一个合理的控制体系
能有效的提高直流输电工程的使用性及可靠性等指
标。与传统直流输电系统相类似,为了使控制系统
(b)逆变功率单元
故障引起的直流系统故障率降到最小,柔性直流控
图1柔性直流输电功率单元原理图
制系统需采用多重化和分层结构1。
1.2逆变站
柔性直流输电系统的控制原理可以理解为控制
如图1(b)所示柔性直流输电逆变功率单元原系统根据系统提出的运行要求,发出合适的PWM
理图,逆变侧功率单元通过SPWM调制和LC滤波触发脉冲,以实现对换流器阀组的开关控制,进而
电路输出400~600v交流电压,直接给负荷供电。获得预期的潮流、电压等运行指标。
低压交流电源也可通过逆变变压器升压至10kV供
换流器控制的主要实现功能包括:①接受控制
中压负荷用电,逆变侧功率单元设计中具备直流开模式指令,完成有功类和无功类开闭环控制;②PL
关的能力,可以快速的关断直流电压,这种方式的功能;③闭环电流控制;④控制不对称的负序分量
单元设计可以在检测到直流侧短路时,控制器发出抑制桥臂环流;⑤生成各个换流阀桥臂控制电压;
控制命令迅速使直流开关动作,减小桥臂受到的冲①完成换流器级的监视和保护功能等。
击电流,这种方式有效的防止对交流系统的影响。
柔性直流输电系统的控制按其功能由高至低依
2系统设计
次为系统级控制( System Control)、换流站级控制)
( Converter Control)和换流器触发级控制( Firing
2.1拓扑结构
Control)这三个层次。如此区