轻型高压直流输电技术及其前景展望

轻型高压直流输电技术及其前景展望

摘  要:轻型高压直流输电技术是一种新型输电技术，目前世界上已经逐步对其进行研究应用。文章详细介绍了轻型高压直流输电技术的基本原理，并针对其技术特点结合当前世界新能源的发展趋势对该技术的应用前景进行相关分析。在新能源开发利用的同时通过轻型高压直流输电系统实现小规模机组和电网的并网运行，这为今后电力发展的进步提供了一种经济可行的方式。
主题词: 轻型高压直流输电 电压源换流器 正弦脉宽调制 新能源
1 轻型高压直流输电技术
 轻型高压直流输电(HVDC Light)在绝缘栅双极晶体管 (IGBT)和电压源换流器 (VSC)基础上采用脉宽调制(PWM)技术发展起来的新一代直流输电技术。尤其适用于小型的发电和输电应用，它将高压直流输电的经济应用功率范围降低到几十兆瓦.该系统由放在两个或两个以上的输电终端上的终端换流站及它们之间的联接组成。
1.1 轻型高压直流输电系统结构
 轻型高压直流输电包括两个部分：两个换流站和一对入地电缆。换流站采用电压源换流器（VSC）技术，与传统的直流输电不同，电压源换流器（VSC）

图1  轻型高压直流输电系统结构示意图
1—滤波器　2—换流电抗　3—全控器件　4—直流电容　5—直流电缆
为无源逆变，因此，它对受端系统没有要求，可用于向小容量系统或不含旋转电机的无源系统供电。图1为其结构示意图。
1.2 轻型高压直流输电基本原理
 轻型高压直流输电就是基于VSC的直流输电，如图1所示，设送端、受端换流器均采用VSC，则两个换流器具有相同的结构。换流器采用两电平六脉动型，每个桥臂都由多个IGBT或GTO串联而成。直流侧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；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；交流滤波器的作用是滤去交流侧谐波。图2为VSC的单相示意图。

 图2  VSC单相示意图
 从图1可以看出，由于轻型高压直流输电系统是一个结构对称的系统，因此换流站即可用作整流站，也可用作逆变站。图2中Uc由VSC 换流器输出的电压脉冲宽度(PWM)控制的，通过对δ角的控制就能精确控制直流电流的方向及输送有功功率P的大小，通过控制Uc 控制VSC换流站发出或吸收无功功率Q的大小，从而灵活地根据电网情况自动调整输电线路的输送容量。
1.2.1  电压源换流器（VSC）
 VSC的桥臂(图1中3)是由大功率的可控关断型电力电子器件(如IGBT、IGCT) 和反并联二极管组成。
 由于大功率可控关断型电力电子器件可任意开通或关断，利用PWM技术,VSC输出电压可根据交流系统的需要自动调节。
 VSC的桥臂(图1中3)是由大功率的可控关断型电力电子器件(如IGBT、IGCT) 和反并联二极管组成。
1.2.2  正弦脉宽调制(SPWM)
    VSC阀控制采用正弦脉宽调制(SPWM)技术。脉宽调制技术（PWM）即通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效的获得所需要的波形(含形状和幅值)。正弦脉宽调制(SPWM)技术即利用面积等效的原理，用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波，脉波数越多，不连续地按正弦规律改变宽度的多脉波电压就越等效于正弦电压。
 SPWM的基本原理是：用给定的正弦波与三角载波比较，来决定每个桥臂的开通关断时刻。当直流侧电压恒定时，SPWM的调制度(正弦给定信号与三角载波幅值之比，在0-l的范围内)决定VSC输出电压的幅值：正弦给定信号的频率与相位决定VSC输出电压的频率与相位。
1.2.3  控制方式
     在轻型高压直流输电系统中，主要有以下3种基本的控制方式：
1、定直流电压控制：控制直流母线电压和输送到交流侧的无功功率。
2、定直流电流控制：控制直流母线电流和输送到交流侧的无功功率。
3、定交流电压控制：仅控制交流母线电压一个量。
    以上3种控制方式最终目的都是为了提高换流器交流侧输出电压的稳定性。其中定直流电压控制方式是直流输电中最基本和必需的控制方式。
1.2.4  技术特点

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