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轻型直流输电及其应用前景研究 电气0907 李枫 1091150114 摘要：轻型直流输电是一种新型直流输电技术，它采用全控型电力电子器件和电压源换流器，运行控制方式简单，应用范围广阔广，发展前景好。本文在阐述了分析了轻型直流输电技术的原理、特点和应用场合，介绍了轻型直流输电技术的实际应用情况，并对轻型直流输电技术在我国的发展前景进行了展望。 关键词：轻型直流输电；高压直流输电；VSC（电压源型换流器）；SVPWM(空间电压矢量脉宽调制) 1前言 轻型直流输电技术是一项成功技术，在世界上已得到应用。鉴于我国轻型直流输电市场已经成熟，ABB公司轻型直流输电技术也有基础，领先开辟我国轻型直流输电市场是可行的。预计会取得可观的效益。 2 轻型直流输电简介 轻型直流输电技术是一种基于可关断电力电子器件电压源换流器（VSC）和脉宽调制技术的直流输电技术。传统的高压直流输电技术（HVDC）使用基于晶闸管开关的电网换相电流源换流器，由于缺乏商用的自换相开关（如GTO、IGBT等），20世纪90年代末随着大功率GTO开关和大功率IGBT开关的商业化应用，轻型直流输电技术才逐渐发展起来。 轻型HVDC是在IGBT和VSC基础上发展起 来的，其基本原理如图1所示。设送端和受端换流器均采用VSC，则两个换流器具有相同的结构。换流器由换流桥、换流电抗器、直流电容器和交流滤波器组成。换流桥每个桥臂均由多个IGBT 串联而成。换流电抗器是VSC 与交流侧能量交换的纽带，同时也起到滤波的作用。直流电容器的作用是为逆变器提供电压支撑、缓冲桥臂关断时的冲击电流、减小直流侧谐波。交流滤波器的作用是滤除交流侧谐波。另外，轻型HVDC 的传输线路一般采用地下电缆，对周围环境没有什么影响。 图1 HVDC Light的基本原理 4 轻型直流输电的技术特点 基于VSC技术的HVDC输电在技术和经济上均比基于PCC技术的HVDC输电有了很大改进，轻型直流输电的特点主要表现在以下几个方面[8]： （1）VSC换流器为无源逆变，对受端系统没有要求，故可用于向小容量系统或不含旋转电机的系统供电。 （2）VSC换流器产生的谐波大为减弱，对无功功率的需要也大大减少，因此只需在交流母线上安装一组高通滤波器即可满足谐波要求；无功补偿装置的容量也大为减少，可不装设换流变压器，同时可简化开关。 （3）不会出现换相失败故障。即使对小容量系统或无源负荷供电，VSC换流器也不会发生换相失败故障，从而避免了受端系统出现持续几个周期的短时电源中断，提高了受端系统的电能质量。 （4）模块化设计使轻型直流输电的设计、生产、安装和调试周期大为缩短，换流站的主要设备能够先期在工厂中组装完毕，并预先做完各种试验。最重的模块重约20t，可方便地用卡车直接运至安装现场。从而大大减轻了现场安装调试时间和劳动强度，而且可显著缩小换流站的占地面积。一个20MW、±30 kV的轻型直流输电换流站占地面积不足250m2，交货时间不超过12个月。 （5）可实现无人值班或少人值守。由于换流站主要设备大为简化，而且实现了模块化设计，因此正常维护工作量大大减少，有利于实现无人值班或少人值守换流站，提高生产效率。 （6）控制器可根据交流系统的需要实现自动调节，所以两侧VSC 换流器不需要通信联络，从而减少通信的投资及其运行维护费用。 5 轻型直流输电的应用实例 6.1 清洁能源接入系统 受环境条件限制清洁能源发电一般装机容量小、供电质量不高且远离主网，如中小型水电厂、风电场（含海上风电场）、潮汐电站、太阳能电站等，，，，100MW且离海岸大于50km的大规模风电场。这项工程于年月发布并开工，于年月移交，，，，，，，，，，，，， 6.3 海上钻井平台和海岛供电 海上石油钻井平台或海岛等远离陆地电网的海上负荷，，，，，，，，，2020年我国的一次能源消费中有16%来自可再生能源：可再生能源发电装机容量达到137,000kW，，，2003年5月9日颁布的《全国海洋经济发展规划纲要》，我国的海洋石油资源量约240亿吨，天然气资源量14万亿立方米，滨海砂矿资源储量31亿吨，海洋可再生能源理论蕴藏量达6.3亿千瓦。我国有充足沿海资源，但开采仍然不充分，随着人们对海洋，IGBT的不断发展，HVDC Light技术的出现。已经投运或即将投运的各项HVDC Light工程的成功经验表明， 作为一项新型的输电技术，HVDC ，: 模块化结构、标准化设计、建设工期短、结构紧凑、对环境影响较小、对潮流和电压具有可控性等。与新的控制算法相结合，HVDC ， 随着高新技术产业快速发展、可再生能源全面开发以及电力市场日益发展和完善，，HVDC [1] 王官洁,任震. 高压直流输电技术[M].重庆:重庆大学出版社. 1997. [2] 文俊，张一工，韩民