① 定功率(定直流电流)控制(控制功率或直流电流和与交流侧交换的
无功功率):
图8- 10定功率控制
② 定直流电压控制(控制直流母线电压和与交流侧交换的无功功率):
图8- 11定直流电压控制
注意:VSC-HVDC必须有一个换流站采用定直流电压控制! ③ 定交流电压控制(控制交流母线电压频率和幅值):
图8- 12定交流电压控制
b) 装置层控制:根据系统层控制形成的参考值,形成换流器目标输出波
形参考信号(M、δ)。
图8- 13
i. 常用的一般包含两个控制环:功率类外环、电流内环。电流内环有利于换流器限流。
ii. 换流器直接电流控制:
图8- 14换流器直接电流控制
iii. 换流器间接电流控制:
图8- 15换流器间接电流控制
c) 器件层控制: i.
PWM控制原理:
冲量相等而形状(如大小波形)不同的窄脉冲作用于惯性系统,其效果基本相同。(冲量即指窄脉冲的面积(变量对时间积分);效果基本相同,是指系统的输出响应波形基本相同) ii.
PWM调制方法:
把希望输出的波形作为调制信号(参考波,Vcontrol),把接受调制的信号作为载波(Vtri),通过信号波的调制得到所期望的PWM波形。通常采用等腰三角波或锯齿波作为载波,其中等腰三角波应用最多。
图8- 16 PWM调制波的形成
PWM频率与载波Vtri频率相同,输出电压VA0幅值由调制波Vcontrol幅值决定,输出电压基频由Vcontrol频率决定。
(1.24)
iii. 脉冲的宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形也称SPWM波形。为了提高直流电压利用率,可注入三次谐波。
图8- 17 单相两电平VSC
注意:单相VSC可控运行的前提是直流电压不低于交流侧电压峰值。
图8- 18 三相两电平VSC
注意:三相VSC可控运行的前提是直流电压不低于交流线电压倍。 iv.
空间矢量PWM(SV-PWM):
图8- 19
图8- 20 SV-PWM的八个开关状态 图8- 21 八个开关状态对应空间矢量位置
① 步骤:确定Vd, Vq, Vref, α;确定时间区域T1, T2, T0;确定S1~S6的
开关时间。
② 优点:谐波小;直流电压利用率高(是SPWM的倍)。
注意:SV-PWM只是利用矢量概念实现脉冲调制,并不是一般意义上的矢量控制,而仍然属于标量控制。 v.
特定谐波消除调制方法(SHE-PWM):
① 目标:满足调制比前提下,消去部分低次谐波。
② 原理:选择合适触发角,既满足基波输出要求,又满足消除某些低次
谐波要求。 vi.
最优PWM(OPWM):
① 目标函数:指定谐波消除、最小化总谐波畸变率、最小化畸变系数、
最大转矩。
② 数值计算方法:牛顿法、人工智能优化算法(GA、SA、CSA、PSO等)。 vii.
换流阀触发技术:
图8- 22 采用光电转换触发换流阀
7. VSC-HVDC保护配置:
(1) 区域划分:外部交流系统,换流站内部,直流侧线路。
图8- 23 VSC-HVDC保护区域划分图
(2) 故障形式: a) 外部交流系统故障:
电压不平衡(不对称故障或不对称负荷引起);过压/欠压;雷电过电压(近端架空线路遭受雷击引起);操作过电压投切线路设备引起等。
b) 换流站内部故障:
内部交流母线故障;站内直流母线故障;阀体故障;元件失效等。 c) 直流线路故障:
断线;单极接地;双极短路;架空直流线路雷击过电压。 (3) 保护配置原则与特点:
a) 可靠性,灵敏性,选择性,快速性,可控性(通过控制换流器等减轻
故障的危害),安全性(保障人身安全和设备安全),可维护性(保护功能及参数便于调整)。
b) 特点:采取分区重叠配置(交流侧保护区,换流器保护区,直流线路
保护区);分层配置(系统级保护,装置级保护,器件级(阀级)保护)。
(4) 交流侧保护: a) 交流线路保护;
b) 换流变压器保护:差动保护、过流保护、中性点偏移保护、变压器本体
保护(油、气、?); c) 换流电抗器保护;
d) 交流开关场和交流滤波器保护。 (5) 换流器保护: a) 换流器过电流保护; b) 换流器直流过电压保护; c) 交流侧过电压保护;
d) 触发脉冲监控; e) 阀自身保护; f) 辅助设备保护。 (6) 直流线路保护: a) 直流欠压保护; b) 直流过压保护; c) 直流电压不平衡保护; d) 直流故障再启动逻辑等。 8. VSC-HVDC与LCC-HVDC比较:
(1) 结构:
图8- 24 VSC-HVDC与LCC-HVDC结构比较
(2) 对连接的交流电网的要求:
a) LCC-HVDC:要求保持连接交流电网的电压和频率稳定,且具有足够大短
路容量;交流电网需要提供无功功率,否则有换相失败风险。 b) VSC-HVDC:对连接系统短路容量没有要求,且可以直接连接无源网络。 (3) 谐波:
a) LCC-HVDC:交流侧12k±1,直流侧12k次; b) VSC-HVDC:与开关频率相关的高次谐波。 (4) 经济传输范围:
a) LCC-HVDC:大功率范围内(250MW及以上),显得经济有效; b) VSC-HVDC:将经济功率传输范围扩展到几个MW到几百个MW之间。 (5) 无功:
a) LCC-HVDC:整流侧和逆变侧均吸收无功;
b) VSC-HVDC:整流侧和逆变侧均可独立灵活控制无功:吸收、发出和零无
功。
(6) 应用场合:
a) LCC HVDC:用于大容量电能传输;
b) VSC-HVDC:无源孤岛供电、分布式发电接入、城市供电、?? (7) 控制手段及性能: a) LCC-HVDC: i. ii. iii. iv. v. vi.
触发角控制、投切电容器、变压器分接头; 潮流反转依靠电压极性反转实现; 直流侧故障通过晶闸管可以清除; 过载能力强; 不具有黑启动功能;
损耗低,满载时,每端~0.8%。
b) VSC-HVDC: i. ii. iii. iv. v. vi.
PWM控制方式,有功无功的独立控制;
潮流反转依靠电流方向反转实现,实现方便快捷; 直流侧故障需要交流侧跳闸清除; 过载能力弱; 具有黑启动功能;
损耗高,满载时,每端~1.6%。
(8) 工程施工和占地:
VSC-HVDC整个电站按照模块化设计,占地面积与同等容量常规直流输电电站相比大大缩小;所有装置可以在生产工厂经过试验检验后运送到电站当地,施工方便。
高压直流输电总结



