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
