柔性直流输电技术分析张帆

张帆1李振清2李百玲2

（1国网冀北电力有限公司经济技术研究院北京市海淀区100038；2国网冀北承德供电公司河北承德067000）

摘要：柔性直流输电(HVDCLight)系统是一种基于电压源型换流器(VSC)和脉宽调制技术(PWM)的新型直流输电技术。随着风电等新能源发电并网规模的不断扩大，柔性直流输电得到了广泛应用和发展。柔性直流输电控制和运行方式简单，输出波形好，具有广阔的应用范围和良好的发展前景。文章主要介绍了柔性直流输电系统的基本原理、关键技术，并进行了仿真分析。

关键词：柔性直流输电；电压源型换流器；脉宽调制技术；应用

1引言

由于我国能源资源分布不均，远距离大容量输电是我国电力系统的一大特点，而在输电过程中电能损耗极为严重。柔性直流输电是一种经济、灵活、高质量的输电方式，对解决上述问题具有极大的帮助。柔性直流输电即HVDCLight，它以电压源型换流器(VSC)为核心，硬件采用IGBT等可关断器件，采用脉宽调制技术(PWM)控制以达到具有高可控性直流输电的目的[1][2]。

传统的高压直流输电技术是基于晶闸管开关的电网换相电流源换流器。柔性直流输电技术在IGBT和VSC基础上发展起来[3]。

2关键技术

柔性直流输电中最关键的两种技术是电压源换流器(VSC)技术和脉宽调制技术(PWM)。

VSC技术通过使用全控型功率元件IGBT，可方便地控制电流的开断。由于VSC能切断电流，所以不需要从所联结电网来获取有源换相电压，应用VSC使得HVDCLight可以连接“无源”网络。

VSC的受端换流站进行整流操作，送端换流站进行逆变操作；VSC的各桥臂由全控型半导体器件IGBT和一个反并联的续流二极管组成；直流侧并联电容器以保持一定的直流侧电压；VSC采用SPWM调制方式，通常有两电平结构[4]和三电平结构。

VSC使用具有高频开断功能的器件IGBT，这使得PWM的应用成为可能。PWM控制方式就是对逆变电路开关器件的通断进行控制，使输出端得到一系列幅值相等而宽度不等的脉冲，用这些脉冲来代替正弦波或所要的波形，PWM通过在两固定的直流电压间快速切换来产生交流电压，可瞬时改变交流输出电压的相位与幅值，从而实现有功与无功的独立调节[5]。经PWM逆变的交流电压可随控制系统的变化而变化。

3仿真分析

根据HVDCLight的自身特点，结合PSCAD软件中己有的关于直流输电的功能模块，构建了基于IGBT的柔性直流输电系统的仿真模型。模型交流发送端采用75MVA同步发电机，交流接收端采用三相电压源，在整流侧把LC串联后并联接在回路中作为交流滤波器，逆变侧采用直接并联电容器的滤波方式，直流线路的电压为110kV，长100km，整流器采用6脉冲的PWM变换的桥式结构加以控制，仿真系统结构如图1所示，仿真原理图如图2所示。

4总结

随着电力电子技术的快速发展，尤其是IGBT技术越来越成熟，以及国内外已经投运或即将投运的各项柔性直流输电工程的成功经验表明，该柔性直流输电正在不断进步和成熟。随着特高压电网、全球能源互联网的发展，电能质量和电网运行的灵活性和可靠性的要求越来越高，柔性直流输电技术必将得到越来越广泛的应用。

参考文献

[1]王建波．轻型直流输电及其应用研究[J]．电工材料，2011，03：46-49．

[2]孟垂懿，蔡志远，马少华，等．VSC-HVDC输电系统特点与应用[J]．科技信息，2011，30：132-134．

[3]张德顺，吴玉坤．高压直流输电与干式空心电抗器[J]．科技创新与应用，2012，23：33-34．

[4]侯钦民，周劲松．轻型直流输电及其应用前景研究[J]．中国电力教育，2012，36：156-157．

[5]刘昊．柔性直流输电系统仿真[D]．山东：山东大学，2010．

[6]梁海峰，李庚银，李广凯等．向无源网络供电的HVDCLight系统仿真研究闭．电网技术，2005，29(8)：45-50．

作者简介：张帆（1982-），男，工程硕士，高级工程师：研究方向：电力建设输变电工程管理。