柔性直流输电文档格式.docx

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（二）柔性直流与传统直流的优缺点对比

不管是两电平、三电平或MMC换流器，由于都属于电压源换流器，其基波频率下的外特性是完全一致的。

图1.5：

柔性直流系统外特性图

柔性直流系统外特性公式如下

VSC与LCC相比，具有的根本性优势是多了一个控制自由度。

LCC因为所用的器件是晶闸管，晶闸管只能控制导通而不能控制关断，因此LCC的控制自由度只有1个，就是触发角α，这样LCC实际上只能控制直流电压的大小。

而VSC因为所用的器件是双向可控的，既可以控制导通，也可以控制关断，因而VSC有2个控制自由度，反映在输出电压的基波相量Uvsc上，就表现为Uvsc的幅值和相位都是可控的。

因此从交流系统的角度看，VSC可以等效成一个无转动惯量的电动机或发电机，几乎可以瞬时地在PQ平面的4个象限内实现有功功率和无功功率的独立控制，这就是电压源换流器的基本特性。

而柔性直流输电系统的卓越性能在很大程度上就依赖于电压源换流器的基本特性。

1、可以归纳出柔性直流输电相对于传统直流输电的技术优势如下：

（1）没有无功补偿问题：

传统直流输电由于存在换流器的触发延时角α（一般为10-15度）和关断角γ（一般为15度或更大）以及波形的非正弦，需要吸收大量的无功功率，其数值约为换流站所通过的直流功率的40%-60%。

因而需要大量的无功功率补偿及滤波设备，而且在甩负荷时会出现无功功率过剩，容易导致过电压。

而柔性直流输电的VSC不仅不需要交流侧提供无功功率，而且本身能够起到静止同步补偿器的作用，可以动态补偿交流系统无功功率，稳定交流母线电压。

这意味着交流系统故障时，如果VSC容量允许，那么柔性直流输电系统既可向交流系统提供有功功率的紧急支援，还可向交流系统提供无功功率的紧急支援，从而既能提高所连接系统的功角稳定性，还能提高所连接的电压稳定性。

（2）没有换相失败问题：

传统直流输电受端换流器（逆变器）在受端交流系统发生故障时，很容易发生换相失败，导致输送功率中断。

通常只要逆变站交流母线电压因交流系统故障导致瞬间跌落10%以上幅度，就会引起逆变器换相失败，而在换相失败恢复前，传统直流系统无法输送功率。

而柔性直流输电的VSC采用的是可关断器件，不存在换相失败问题，即使受端交流系统发生严重故障，只要换流站交流母线仍然有电压，就能输送一定的功率，其大小取决于VSC的电流容量。

（3）可以为无源系统供电：

传统直流输电需要交流电网提供换相电流，这个电流实际上是相间短路电流，因此要保证换相的可靠性，受端交流系统必须具有足够的容量，即必须有足够的短路比（SCR），当受端交流电网比较弱时便容易发生换相失败。

而柔性直流输电的VSC能够自换相，可以工作在无源逆变方式，不需要外加的换相电压，受端系统可以是无源网络，克服了传统直流输电受端必须是有源网络的根本缺陷，使利用直流输电为孤立负荷送电成为可能。

（4）可同时独立调节有功和无功功率：

传统直流输电的换流器只有1个控制自由度，不能同时独立调节有功功率和无功功率。

而柔性直流输电的VSC具有2个控制自由度，可以同时独立调节有功功率和无功功率。

（5）谐波水平低：

传统直流输电的换流器会产生特征谐波和非特征谐波，必须配置相当容量的交流侧滤波器和直流侧滤波器才能满足将谐波限定在换流站内的要求。

柔性直流输电的两电平或三电平VSC，采用PWM技术，开关频率相对较高，谐波落在较高的频段，可以采用较小容量的滤波器解决谐波问题；

对于采用MMC的柔性直流输电系统，通常电平数较高，不需要采用滤波器已能满足谐波要求。

（6）适合构成多端直流系统：

传统直流输电电流只能单向流动，潮流反转时，电压极性反转而电流方向不动；

因此在构成并联型多端直流系统时，单端潮流难以反转，控制很不灵活。

而柔性直流输电的VSC电流可以双向流动，直流电压极性不能改变；

因此构成并联型多端直流系统时，在保持多端直流系统电压恒定的前提下，通过改变单端电流的方向，单端潮流可以在正、反两个方向上调节，更能体现出多端直流系统的优势。

（7）占地面积小：

柔性直流输电换流站没有大量的无功补偿和滤波装置，交流场设备很少，因此比传统直流输电占地面积少得多。

2、当然，柔性直流输电相对于传统直流输电也存在不足，主要表现在如下几个方面：

（1）损耗较大：

传统直流输电的单站损耗已低于0.8%，两电平和三电平VSC的单站损耗在2%左右，MMC的单站损耗可以低于1.5%。

柔性直流输电损耗下降的前景包括两个方面：

①现有技术的进一步提高；

②采用新的可关断器件。

柔性直流输电单站损耗降低到1%以下是可以预期的。

（2）设备成本较高：

就目前的技术水平，柔性直流输电单位容量的设备投资成本高于传统直流输电。

同样，柔性直流输电的设备投资成本降低到与传统直流输电相当也是可以预期的。

（3）容量相对较小：

由于目前可关断器件的电压、电流额定值都比晶闸管低，如不采用多个可关断器件并联，VSC的电流额定值就比LCC的低，因此VSC基本单元（单个两电平或三电平换流器或单个MMC）的容量比LLC基本单元（单个6脉动换流器）的容量低。

。

目前已投运或正在建设的柔性直流输电工程的最大容量在1000MW左右，与传统直流输电的6000MW以上还存在一定的距离。

但是，如果采用VSC基本单元的串、并联组合技术，柔性直流输电达到传统直流输电的容量水平是没有问题的，技术上并不存在根本性的困难。

可以预见，在不远的将来，柔性直流输电也会采用特高压电压等级，其输送容量会与传统特高压直流输电相当。

（4）不太适合长距离架空线路输电：

目前柔性直流输电采用的两电平和三电平VSC或多电平MMC，在直流侧发生短路时，即使IGBT全部关断，换流站通过与IGBT反并联的二极管，仍然会向故障点馈入电流，从而无法像传统直流输电那样通过换流器自身的控制来清除直流侧的故障。

所以，目前的柔性直流输电技术在直流侧发生故障时，清除故障的手段是跳换流站交流侧开关。

这样，故障清除和直流系统再恢复的时间就比较长。

当直流线路采用电缆时，由于电缆故障率低，且如果发生故障，通常是永久性故障，本来就应该停电，因此跳交流侧开关并不影响整个系统的可用率。

针对此缺陷，目前柔性直流输电技术的一个重要研究方向就是开发具有直流侧故障自清除能力的VSC。

（三）柔性直流输电应用领域及目前工程列表

1、应用领域

柔性直流输电目前主要的应用领域有异步电网互联、小型发电厂/新能源/分布式能源并网、偏远山区/海上供输电、城市输配电、电能质量改善等方面

2、柔直工程列表

序号

工程名称

直流电压

容量

换流器

输电线路

投运时间

备注

1

Heä

llsjö

n

±

10 

kV

3MW

2电平

架空线10km

1997

试验性工程

2

Gotland

80kV

50MW

电缆70km

1999

风电并网

3

Tjaereborg

9kV

7.2MW

电缆4.4km

2000

风电并网示范

4

Directlink

3*60MW

电缆6×

65km

电网互联

5

EaglePassB2B

15.9kV

36MW

3电平

背靠背

背靠背联网

6

MurrayLink

150kV

220MW

电缆180km

2002

电网互联,电力交易

7

CrossSoundCable

330MW

电缆40km

8

TrollA

60kV

2*41MW

电缆67km

2005

海上平台供电

9

Estlink

350MW

电缆105km

2007

非同步联网

10

NordE.ON1

400MW

电缆406km

2009

11

CapriviLink

350kV

300MW

架空线970km

弱电网互联

12

Valhall

78MW

电缆292km

2010

钻井平台供电

13

EastWest

200kV

500MW

海缆186km

陆缆70km

2013

东西互联工程

14

TransBayCable

MMC

电缆88km

电网互联,城市供电

15

上海南汇工程

30kV

18MW

电缆小于14km

2011

16

南澳三端

160kV

200/150/50MW

电缆

17

DolWin1

320kV

800MW

CTL（MMC）

海缆75km、陆缆90km

2014

18

INELFE

2×

1000MW

陆缆65km

法西联网

19

BorWin2

300kV

海缆125km、陆缆75km

20

HelWin1

259kV

576MW

海底电缆85km

21

HelWin2

690MW

电缆131km

22

Skagerrak4

500kV

700MW

海缆140km、陆缆104km

跨海联网

23

SylWin1

864MW

海缆160km、陆缆45km