轻型直流输电及其应用前景研究

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1、轻型直流输电及其应用前景研究　　摘要：阐述了基于电压源换流器、全控型电力电子器件和脉宽调制技术等主要设备和技术的直流输电，即轻型直流输电（HVDCLight）的基本原理和主要技术特点。重点介绍了轻型直流输电的主要应用领域，并结合我国国情分析了轻型直流输电的应用前景，最后指出了轻型直流输电技术将在更多的应用领域发挥作用的可能。　　关键词：轻型直流输电；技术特点；应用前景　　作者简介：侯钦民（1982-），男，山东滕州人，山东省电力集团公司枣庄供电公司，工程师。（山东　枣庄　277100）周劲松（1976-），男，北京人，华北电力大学后勤管理处，工程师。（北京　102206）　

2、　中图分类号：TM77?????文献标识码：A?????文章编号：1007-0079（2012）36-0156-02　　人们对电的认识和应用都是从直流电开始的，当然第一条输电网络也是以直流为基础建设的。高压直流输电技术（HVDC）从20世纪20年代被人们研究和发展，近些年来我国大力发展的高压直流输电工程，主要有三个特点：电压等级高（400kV及其以上），线路长（大于600km）且输送功率大（大于1000MW）。[1]并且高压直流输电在我国的远距离送电、非同步电网联网、大功率输电等方面已经获得了广泛的应用。[2]8　　近几十年，以全控型电力电子器件为基础的电压源换流器（VSC

3、）开始更多的应用于高压直流输电。1990年，用脉宽调制技术（PWM）控制的电压源换流器进行直流输电的概念的提出，即所谓的轻型直流输电（HVDCLight），加快了轻型直流输电的发展。　　一、轻型直流输电（HVDCLight）　　轻型直流输电是基于可关断的电压源换流器（VSC）和脉宽调制技术（PWM）的输电技术。随着大功率可关断晶闸管开关（GTO）和绝缘栅双极型晶体管开关（IGBT）在电网中的应用，轻型直流输电这几年才逐渐发展起来。　　1.HVDCLight基本构成及原理　　轻型直流输电，即HVDCLight，就是基于电压源换流器、全控型电力电子器件和脉宽调制技术的高压直流输

4、电。　　（1）电压源换流器。轻型直流输电系统中的核心设备与应用是电压源换流器。电压源换流器的换流桥由多个桥臂构成，桥臂由多个全控型电力电子器件串联而成，并采用两电平六脉波型。直流电容器存在于直流侧，起到缓冲关断时的冲击电流的作用。电容器和换流电压器同时为逆变器提供电压支持。同时电容器具有减少谐波的作用。而另一侧的交流滤波器的作用则是滤除交流侧谐波。[3]由IGBT构成的电压源换流器的电路图如图1所示。8　　（2）正弦脉宽调制技术。经过近几年的研究，如今的电压源换流器较多的采用正弦脉宽调制技术，即SPWM。简单说来，正弦脉宽调制技术就是通过把三角载波和期望的输出电压正弦波进行

5、对比，控制桥臂的开通或者关断的时刻。当输出电压（直流侧）保持一定时，正弦波的频率与相位决定了交流侧电压的频率与相位，而调制度决定了交流侧电压的幅值。交流侧电压的相位和幅值决定了电压源换流器吸收的有功和无功功率，通过控制正弦波的相位和调制度就可以控制电压源换流器，即通过改变工频正弦波控制信号的相位就可以改变有功的大小和方向，改变信号的幅值就可以改变无功的大小和极性。　　（3）轻型直流输电系统。在前文介绍的电压源换流器和正弦脉宽调制技术的基础上，轻型直流输电系统的原理如图2所示。系统两端的换流器均采用具有相同结构的电压源换流器，传输线路一般采用地下电缆。　　2.HVDCLigh

6、t的主要技术优点　　轻型直流输电无论在输电技术上还是在经济性上，都比传统的高压直流输电有了很大改进，主要有以下几个特点：　　（1）无源逆变。电压源换流器采用的是无源逆变。其特点是电流能实现自关断，工作时对受端系统没有要求（即可以是无源网络），并且换相时不需要外加电压，可以给孤立负荷长距离送电，还可用于向小容量系统供电。　　（2）控制有功无功。电压源换流器可以独立控制有功功率和无功功率，也可以保证同时性，甚至可以使功率因数为1。这种采用电压源型换流器的调节具有快速、灵活等优点。并且电压源型换流器产生的谐波明显减弱，减少了对无功功率的需要，从而降低了系统需要无功补偿装置的容量。

7、8　　（3）网络拓扑。由于多个电压源换流器连接到同一个直流母线上可以做到不增加系统的短路功率，这样在增加新的直流输电线路后，电网的短路保护整定值不需大的改变，易于构成与原网络具有相似拓扑的直流输电网络，提高电网运行调度的灵活性。　　（4）潮流反转。在轻型直流电网中发生潮流反转时，电压极性不发生改变，只有电流方向发生反转。利用这点构成的并联多端直流系统，兼具可靠性高和方便控制潮流的优点。　　（5）模块化设计。轻型直流输电系统中采用模块化的设计，另外换流站的主要设备在工厂中就可组装完毕，减少了现场安装时间，使得直流系统