2024柔性直流輸電運(yùn)維技術(shù)

柔性直流輸電技術(shù)

目錄

第1章概述

1.1柔性直流輸電技術(shù)發(fā)展概況

1.1.1直流輸電技術(shù)背景

1.1.2柔性直流輸電工程適用場合

1.1.3柔性直流輸電工程介紹

1.2傳統(tǒng)直流輸電與柔性直流輸電的區(qū)別

1.2.1換流站

1.2.2輸電線路

1.2.3控制性能

1.2.4與交流電網(wǎng)的關(guān)系

1.2.5多端柔性直流輸電

1.3柔性直流輸電的技術(shù)特點(diǎn)

1.3.1柔直輸電系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

1.3.2柔直輸電系統(tǒng)的不足之處

1.4柔性宜流輸電系統(tǒng)的構(gòu)成1.

兩端柔性直流輸電系統(tǒng)2.

多端柔性直流輸電系統(tǒng)

第2章柔性直流輸電換流技術(shù)

2.1柔性直流輸電的基本原理

2.2電壓源換流器（VSC）

2.3模塊化多電平（MMC）電壓源型換流器

2.3.1MMC工作原理

2.3.2MMC中的最近電平調(diào)制

第3章柔性直流輸電換流站主設(shè)備

3.1換流站電氣主設(shè)備概述

3.2換流閥

3.2,1子模塊結(jié)構(gòu)組成

3.2.2子模塊的工作原理

3.2.3運(yùn)行維護(hù)

3.2,3,1故隙處理

3.2.3.2注意事項(xiàng)

3.3聯(lián)結(jié)變壓器

3.3.1工作原理

3.3.2運(yùn)行維護(hù)

3.3.2.1聯(lián)結(jié)變壓器附件概述及運(yùn)行注意事項(xiàng)

3.3.2.1.1有載分接開關(guān)

3.3.2.1.2氣體繼電盟

3.3.2.1.3壓力釋放閥

3.3,2,1.4在線濾油機(jī)

3.3.2.1.5溫度計(jì)

3.3.2.1.6散熱片及集油管

3.3.2.1.7聯(lián)結(jié)變壓器套管

3.3.2.2聯(lián)結(jié)變壓器的日常運(yùn)行

3.3.2.3聯(lián)結(jié)變壓器的操作注意事項(xiàng)

3.3,2,4聯(lián)結(jié)變壓器巡視檢查項(xiàng)目

3.3.2.5聯(lián)結(jié)變壓器的檢修和驗(yàn)收

3.3.2.6聯(lián)結(jié)變壓器的異常運(yùn)行和事故處理

3.3.2.7聯(lián)結(jié)變壓器的缺陷分類

3.4電抗器

3.4.1分類及作用

3.4.1.1平波也抗器的主要作用

3.4.1.2平波電抗器的分類

3.4.1.3橋臂電抗器

3.4.1.4接地電抗器

3,4,2運(yùn)行維護(hù)

3.4.2.1日常巡視檢查

3.4.2.2事故處理

3.4.2.3運(yùn)行注意事項(xiàng)

3.5啟動電阻

3.5.1工作原理

3.5.2運(yùn)行維護(hù)

3.6斷路器設(shè)備

3.6.1工作原理

3.6.1.1GIS匯控柜

3.6.1.2高壓帶電顯示閉鎖裝置VD

3.6.2運(yùn)行維護(hù)

3.6.2.1GI$斷路器異常及處理

3.6.2.2GIS斷路器故障及處理

3.7隔離開關(guān)

3.7.1工作原理

3.7.2運(yùn)行維護(hù)

3.7.2.1運(yùn)行操作注意事項(xiàng)

3.7.2.2日常巡視事項(xiàng)

3.7.2.3檢修及驗(yàn)收

3.7.2.4異常及事故處理

3.7.2.5缺陷分類

3.8換流閥冷卻系統(tǒng)

3.8.1閥冷系統(tǒng)概述

3.8.2閥冷系統(tǒng)的構(gòu)成

3,8.3冷卻系統(tǒng)控制設(shè)備基本信息

3.8.3.1控制單元結(jié)構(gòu)

3.8.3.2工作模式

3.8.3.3調(diào)試模式

3.8.3.4停止模式

3.8.3.5運(yùn)行模式

3.8.4內(nèi)冷水系統(tǒng)流程、運(yùn)行規(guī)定及巡視檢查

3.8.4.1內(nèi)冷水系統(tǒng)流程

3.8.4.2內(nèi)冷水系統(tǒng)運(yùn)行規(guī)定

3.8.4.3閥冷系統(tǒng)的啟動前檢查項(xiàng)目

3.8.4.4內(nèi)水冷系統(tǒng)巡視檢查

3.8.5外冷水系統(tǒng)流程、運(yùn)行規(guī)定及巡視檢查

3,8.5」外冷水系統(tǒng)流程

3.8.5.2外冷水系統(tǒng)運(yùn)行規(guī)定

3.8.5.3外水冷系統(tǒng)的巡視檢查

3.8.5.4在下列情況下應(yīng)對閥冷卻設(shè)備進(jìn)行特殊巡視檢查

3.8.5.5新投入或經(jīng)過大修的閥冷卻設(shè)備的巡視要求

3.8.5.6異常天氣時的巡視項(xiàng)目和要求

3.8.6閥冷控制系統(tǒng)日常巡視及維護(hù)

3.8.7常見異常、故障分析及處理

3.8.7.1內(nèi)冷水系統(tǒng)故障處理

3.8.7.2外冷水系統(tǒng)故障處理

3.9電流互感器

3.9.1工作原理

3.9.2傳統(tǒng)電流互感器技術(shù)參數(shù)

3.9.3電子式電流互感器

3.9.3.1有源型電子式電流互感器

3.9.3.2無源型電子式電流互感器

3.9.4運(yùn)行維護(hù)

3.9.4.1油浸式電流互感器運(yùn)行維護(hù)

3.9.4.2電子式電流互感器運(yùn)行維護(hù)

3.9.4.3光電式電流互感器運(yùn)行維護(hù)

3.10電壓互感器

3.10.1工作原理

3.10.1.1傳統(tǒng)電壓互感器的工作原理

3.10.1.2電子式電壓互感器的結(jié)構(gòu)原理

3.10.2運(yùn)行維護(hù)

3.10.2J電容式電壓互感器運(yùn)行維護(hù)規(guī)程

3.10.2.2直流電壓分壓器運(yùn)行維護(hù)規(guī)程

3.11避雷器

3.11.1工作原理

3.11.2運(yùn)行維護(hù)

第4章柔性直流輸電控制系統(tǒng)

4.1概述

4.2系統(tǒng)級控制

4.3換流閥級控制

4.4換流站級控制

4.5控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

4.6控制系統(tǒng)功能說明

4.6.1系統(tǒng)級協(xié)調(diào)控制

4.6.2控制指令整定

4.6.3聯(lián)結(jié)變壓器的分接頭調(diào)節(jié)

4.6.4外環(huán)控制和內(nèi)環(huán)控制

4.6.5負(fù)序電流抑制

4.6.6橋臂環(huán)流抑制

4.6.7過負(fù)荷限制

4.6.8內(nèi)環(huán)電流限制負(fù)荷

4.6.9附加控制

4.6.10功率回降

4.6.11功率提升

4.6.12快速功率翻轉(zhuǎn)

4.6.13附加調(diào)制信號

4.7啟動控制策略

4.8空載加壓試驗(yàn)

4.8.1試驗(yàn)條件

4.8.2控制模式

4.8.3換流站不帶線路，手動空載加壓試驗(yàn)

4.8.4換流站不帶線路，自動空載加壓試驗(yàn)

4.8.5換流站帶線路，自動空載加壓試驗(yàn)

4.8.6換流站帶線路，手動空載加壓試驗(yàn)

4.8.7空載加壓試驗(yàn)過程監(jiān)視

4.9黑啟動

4.10孤島與聯(lián)網(wǎng)互轉(zhuǎn)

第5章柔性直流輸電保護(hù)系統(tǒng)

5.1概述

5.2MMC-HVDC保護(hù)策略

5.3直流保護(hù)冗余配置

5.4直流保護(hù)系統(tǒng)層次設(shè)計(jì)

5.5直流保護(hù)系統(tǒng)功能介紹

5.6詳細(xì)保護(hù)配置

5.6.1閥區(qū)保護(hù)

5.6.2換流器保護(hù)

5.6.3直流場保護(hù)

5.7直流保護(hù)裝置結(jié)構(gòu)

5.7.1基本結(jié)構(gòu)

5.7.2外部接口

5.7.3主要屏面設(shè)備

第6章多端柔性直流輸電監(jiān)控系統(tǒng)

6.1概述

6.2功能配置

6.3系統(tǒng)配置

6.4OW5（運(yùn)行人員工作站）基本操作

6.4.10WS的啟動、登錄與退出

6.4.2窗口切換

6.4.3界面顯示

6.4.4OWS手動指令

6.5控制窗口

6.5.1控制窗口

6.5.2廠站單線圖

6.5.2.1主接線窗口

6,5,22順序控制窗口(FlowChartWindow)

6.5.2.3站網(wǎng)結(jié)構(gòu)窗口

6.5.2.4閥組狀態(tài)監(jiān)視窗口

6.5.2.5閥組水冷系統(tǒng)窗口

6.5.2.6站用電源窗口

6.5.2.7在線諧波監(jiān)視(0州)窗口

6.5.3二次控制窗口

6.5.3.1遙控窗口

6.5.3.2遙調(diào)窗口(AnalogOrder)

6.5.3.3不允許窗口(NoPermit)

6.5.3.4充電準(zhǔn)備就緒窗口(RFE)

6.5.3.5運(yùn)行準(zhǔn)備就緒窗口(RFO)

6.5.3,6控制位置窗口(ControlLocation)

6.5.3.7空載加壓試驗(yàn)(0LT)窗口

6.6事件報(bào)警窗口

6.6.1事件列表

6.6.2告警列表

6.6.3故障列表

6.6.4系統(tǒng)告警列表

6.6.5歷史事件列表

6.6.6歷史系統(tǒng)告警列表

6.7趨勢窗口

6.7.1實(shí)時趨勢

6.7.2歷史趨勢

第7章柔性直流系統(tǒng)設(shè)備狀態(tài)定義和啟停流程

7.1換流站設(shè)備狀態(tài)定義

7.1.1交流線路

7.1.2直流線路

7.1.3直流母線

7.1.4聯(lián)結(jié)變壓器

7.1.5換流閥（組）

7.1.6換流器

7.2單站換流站啟動和停運(yùn)流程（典型操作任務(wù)）

7.2J有源HVDC模式

7.2.1.1換流站由檢修改為有源HVDC運(yùn)行（單站啟動為例）

7.2.1.2換流站由有源HVDC運(yùn)行改為檢修（單站停運(yùn)為例）

7.2.2無源HVDC模式

7.2.2.1換流站由檢修改為無源HVDC運(yùn)行（被啟動站為例）

7.2.2.2換流站由無源HYDC運(yùn)行改為檢修（單站停運(yùn)為例）

7.2.3STATCOM模式

7.2.3.1換流站由檢修改為STATCOM運(yùn)行（單站啟動為例）

7.2.3.2換流站由STATCOM運(yùn)行改為檢修（單站停運(yùn)為例）

7.3不同端數(shù)換流站順控流程

7.3.1單端順控流程

7.3.1.1單端啟動流程

7.3.1.2單端停運(yùn)流程

7.3.1.3緊急停運(yùn)流程

7.3.2雙端HVDC順控流程

7.3.2.1啟動流程

7.3.2.2停運(yùn)流程

7.3.3五端HVDC順控流程

7.3.3.1五端啟動流程

7.3.3.2五端停運(yùn)流程

7.3,3.3各站啟動/停運(yùn)順序

第1章概述

1.1柔性直流輸電技術(shù)發(fā)展概況

LL1直流輸電技術(shù)背景

直流輸電技術(shù)是以直流電的方式實(shí)現(xiàn)電能的輸送，電力科學(xué)技術(shù)的發(fā)展最早就是從直

流電開始的。早期的直流輸電是不需要經(jīng)過換流，直接從直流電源送往直流負(fù)荷，即發(fā)

電、輸電和用電均為直流電。由于當(dāng)時送端的直流發(fā)電機(jī)和受端的直流電動機(jī)均是直接串

聯(lián)方式運(yùn)行，可靠性較差，而且高壓大容量的直流電機(jī)換向困難，導(dǎo)致直流輸電技術(shù)停滯

不前。到了19世紀(jì)80、90年代，三相交流發(fā)電機(jī)、感應(yīng)電動機(jī)和變壓器相繼問世。由于交

流電的發(fā)電、變壓、輸送、分配和使用都很方便，從而使交流輸電和交流電網(wǎng)得到了迅速

的發(fā)展。但是，隨著用電領(lǐng)域和地域的不斷增加，電網(wǎng)規(guī)模迅速擴(kuò)大，直接導(dǎo)致了一系列

交流輸電很難跨越的技術(shù)阻礙，如遠(yuǎn)距離電纜輸電、異步電網(wǎng)互聯(lián)等°在1971年10月26日

美國加州南部莫哈維（Mohave）電廠發(fā)生由次同步諧振引起的發(fā)電機(jī)機(jī)軸斷裂事故，更動

搖了人們對交流輸電的信心。而與此同時，由于高電壓大功率換流技術(shù)的快速發(fā)展，使直

流輸電又重新為人們所重視。

目前，電力系統(tǒng)中的發(fā)電和用電的絕大部分均為交流電，要使用直流電，必須進(jìn)行電

能轉(zhuǎn)換。也就是說在輸電系統(tǒng)的送端需要將交流電轉(zhuǎn)換為直流電（這個過程稱為整流），

經(jīng)過直流輸電線路將電能送往受端；而在受端又必須將直流電轉(zhuǎn)換為交流電（這個過程稱

為逆變），然后才能送到受端的交流系統(tǒng)中去，供用戶進(jìn)行使用。在這個系統(tǒng)的送端進(jìn)行

整流變換的地方叫整流站，而在受端進(jìn)行逆變變換的地方叫逆變站，一般統(tǒng)稱為換流站。

而實(shí)現(xiàn)電力的整流和逆變的電力電子裝置分別稱為整流器和逆變器，一般統(tǒng)稱為變流器。

在發(fā)電和用電的絕大部分均為交流電的情況下，要采用直流輸電，必須要解決換流問

題。因此，直流輸電的發(fā)展與換流技術(shù)（特別是高壓大功率換流技術(shù)）的發(fā)展有密切的關(guān)

系。早在20世紀(jì)30、40年代，相關(guān)領(lǐng)域的科學(xué)家和工程技術(shù)人員就相繼采用氣吹電弧整流

器、閘流管和引燃管作為變流器建設(shè)一些試驗(yàn)工程。但直到高電壓大容量的可控汞弧整流

器的研制成功，才為高壓直流輸電（HighVoltageDirectCurrent,HVDC）的工程化應(yīng)

用創(chuàng)造了必要條件。從1954年世界上第一個直流輸電工程（瑞典本土至哥特蘭島的20MW、

100kV海底直流電纜輸電）投入商業(yè)化運(yùn)行，到1977年為止共有12項(xiàng)采用汞弧閥的直流工

程投入運(yùn)行。但是，由于汞弧閥的制造技術(shù)復(fù)雜、價(jià)格昂貴、逆弧故障率高，直接造成輸

電系統(tǒng)的可靠性較低、運(yùn)行維護(hù)工作量大的不便因素，使得直流輸電的發(fā)展受到了一定限

制。

到了20世紀(jì)70年代，隨著半導(dǎo)體和電力電子技術(shù)的迅速發(fā)展以及高壓大功率晶閘管的

問世，使晶閘管換流閥在直流輸電工程中得到了廣泛的應(yīng)用，這些技術(shù)有效地改善了直流

輸電的運(yùn)行性和可靠性，促進(jìn)了直流輸電技術(shù)的發(fā)展。由于晶間管換流閥不存在逆弧問

題，而且制造、試驗(yàn)、運(yùn)行維護(hù)和檢修都比汞弧閥簡單而方便，因此，1970年瑞典首先在

哥特蘭島直流工程上進(jìn)行了10MW/50kV的采用晶閘管換流閥的試驗(yàn)工程。1972年世界上第

一個采用晶閘管換流的伊爾河背靠背直流工程在加拿大投入運(yùn)行。由于晶閘管換流閥相比

于汞弧閥具有明顯的優(yōu)點(diǎn)，在以后新建的直流工程均采用晶閘管換流閥。與此同時，原來

采用汞弧閥的直流工程也逐步被晶閘管換流閥替換。從此，直流輸電技術(shù)進(jìn)入了晶閘管換

流閥時期。在此期間，由于微機(jī)控制和保護(hù)、光電傳輸技術(shù)、水冷卻技術(shù)、氧化鋅避雷器

等新技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展以及在直流輸電工程中廣泛的應(yīng)用，極大地推動了直流輸電技術(shù)，

自此輸電能力沒有暫穩(wěn)極限限制的宜流輸電進(jìn)入了黃金發(fā)展期。直流輸電在遠(yuǎn)距離大容量

輸電、電網(wǎng)互聯(lián)和電纜送電(特別是海底電纜)等方面均發(fā)揮了重大的作用。

由于晶閘管閥沒有自關(guān)斷電流的能力，并且其開關(guān)頻率也較低，使變流器的性能受到

很大的約束，因此，基于晶閘管的電流源蟄高壓直流輸電技術(shù)具有許多的固有缺陷。例

如，變流器只能工作在有源逆變狀態(tài)，且直流受端系統(tǒng)必須要有足夠大的短路容量，否則

容易發(fā)生換相失敗；變流器產(chǎn)生的諧波次數(shù)低、容量大，需要大量的濾波裝置；變流器功

率因數(shù)低，需吸收大量的無功功率，要配置大量的無功補(bǔ)償設(shè)備；換流站占地面積較大；

輸電線路環(huán)境污染較大等。

隨著電力電子器件和控制技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了新型的半導(dǎo)體器件一一絕緣柵雙極晶體

管(InsulatedGateBipolarTransistor,IGBT)0IGBT于1982年開始用于低電壓場合

(600?1200V),使用IGBT作為開關(guān)器件的電壓源變流器(VSC)隨后在工業(yè)驅(qū)動裝置上

得到廣泛的應(yīng)用。隨著IGBT器件電壓和容量等級的不斷提升，到了20世紀(jì)90年代初，出現(xiàn)

了高壓IGBT(2.5kV,1997年3.3kV,2004年6.5kV),這使采用絕緣柵雙極晶體管構(gòu)成電

壓源型變流器(VoltageSourceConverter,VSC)來進(jìn)行直流輸電成為可能。1997年，

首個使用電壓源換流技術(shù)的直流輸電工程一一赫爾斯揚(yáng)實(shí)驗(yàn)性工程投入運(yùn)行，其系統(tǒng)參數(shù)

為3MW7土lOkVo其中的變流器采用IGBT和兩電平三相橋結(jié)構(gòu)，并使用脈寬調(diào)制技術(shù)

(PWM)控制IGBT的開關(guān)和變流器的交流輸出。由于IGBT具有可控開通和關(guān)斷的能力，這

使得由其構(gòu)成的直流輸電系統(tǒng)在許多方面不同于傳統(tǒng)直流，從而也可以有效地克服傳統(tǒng)直

流的一些固有缺陷。

同時，隨著能源緊缺和環(huán)境污染等問題的日益嚴(yán)峻，風(fēng)能、太陽能等可再生能源利用

規(guī)模不斷擴(kuò)大，其固有的分散性、小型性、遠(yuǎn)離負(fù)荷中心等特點(diǎn)，使采用交流輸電技術(shù)或

傳統(tǒng)的直流輸電技術(shù)聯(lián)網(wǎng)顯得很不經(jīng)濟(jì)；一些海上鉆探平令、孤立小島等無源負(fù)荷，目前

采用昂貴的本地發(fā)電裝置，既不經(jīng)濟(jì)，又污染環(huán)境；另外，城市用電負(fù)荷的快速增加，需

要不斷擴(kuò)充電網(wǎng)的容量，但鑒于城市人口膨脹和城區(qū)合理規(guī)劃，一方面要求利用有限的線

路走廊輸送更多的電能；另一方面要求大量的配電網(wǎng)轉(zhuǎn)入地下6而采用基于可關(guān)斷型器件

的電壓源型變流器和PWM技術(shù)的新型直流輸電技術(shù)可以很好地解決上述問題，從其技術(shù)特

點(diǎn)和實(shí)際工程的運(yùn)行情況來看，當(dāng)前很適合應(yīng)用于可再生能源并網(wǎng)、分布式發(fā)電并網(wǎng)、孤

島供電、城市電網(wǎng)供電、異步交流電網(wǎng)互聯(lián)等領(lǐng)域。

隨著IGBT器件電壓和容量等級的不斷提升，直流輸電技術(shù)也隨著IGBT技術(shù)的提高而得

到快速的發(fā)展。柔性直流輸電是20世紀(jì)90年代開始發(fā)展的一種新型的高壓直流輸電技術(shù)。

1990年，由加拿大McGill大學(xué)Boon-TeckOoi等人首次提出。其主要特點(diǎn)是采用具有自關(guān)

斷能力的全控型電力電子器件構(gòu)成的電壓源換流器(VoltageSourcedConverter,

VSC),取代常規(guī)直流輸電中基于半控晶閘管器件的電流源換流器。

柔性直流輸電系統(tǒng)作為直流輸電的一種新技術(shù)，也同樣由換流站和直流輸電線路構(gòu)

成。圖1T是柔性直流輸電系統(tǒng)單線原理圖，包括兩個換流站和兩條直流線路。柔性直流

輸電功率可雙向流動，兩個換流站中的任一個既可以作整流站也可以作逆變站運(yùn)行，其中

處在送電端的工作在整流方式，處在受電端的工作在逆變方式。

交流系統(tǒng)2

對于這種新型的直流輸電技術(shù)，國際權(quán)威電力學(xué)術(shù)組織，如國際大電網(wǎng)會議

(CIGRE)和美國電氣電子工程協(xié)會(IEEE),都將其學(xué)術(shù)名稱定義為“VSC-HVDC”或者

“VSCTransmission”，即“基于電壓源換流器的高壓直流輸電”。ABB公司為了形象宣

傳，稱之為“輕型直流(HVDC-Light)”，西門子公司則稱之為“新型直流(HVDC-

Plus)”。為簡化、形象地描述此技術(shù)，國內(nèi)很多專家建議將該技術(shù)簡稱為“柔性直流

(HVDC-Flexible)”,以區(qū)別于采用晶閘管的常規(guī)直流輸電技術(shù)。

1.1.2柔性直流輸電工程適用場合

作為新一代直流輸電技術(shù)，柔性直流輸電突出體現(xiàn)全控型電力電子器件、電壓源變流

器和脈沖調(diào)制三大技術(shù)特點(diǎn)，可解決常規(guī)直流輸電的諸多固有瓶頸。柔性直流輸電系統(tǒng)可

以快速獨(dú)立地控制與交流系統(tǒng)交換的有功功率和無功功率、控制公共連接點(diǎn)的交流電壓，

潮流反轉(zhuǎn)方便靈活，可以自換相。因此具有提高交流系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性、功角穩(wěn)定性，降低

損耗，事故后快速恢復(fù)，便于電力交易等功能。加之設(shè)計(jì)施工方便靈活、施工周期短、電

磁場污染小、噪聲污染小、沒有油污染等特點(diǎn)，使得柔性直流特別適合在連接分散的新能

源電源、弱交流節(jié)點(diǎn)處的交流電區(qū)非同步互聯(lián)、偏遠(yuǎn)負(fù)荷供電、海上鉆井平臺或孤島供

電、提高配電網(wǎng)電能質(zhì)量等領(lǐng)域應(yīng)用。它的出現(xiàn)為直流輸電技術(shù)開辟了更廣闊的應(yīng)用領(lǐng)

域，其主要適用于如下的場合，

(1)連接分散的小型發(fā)電廠e受環(huán)境條件限制，清潔能源發(fā)電一般裝機(jī)容量小、供

電質(zhì)量不高并且遠(yuǎn)離主網(wǎng)，如中小型水電廠、風(fēng)電場(含海上風(fēng)電場)、潮汐電站、太陽

能電站等，由于其運(yùn)營成本很高以及交流線路輸送能力偏低等原因，使采用交流互聯(lián)方案

在經(jīng)濟(jì)和技術(shù)上均難以滿足要求，利用柔性直流輸電與主網(wǎng)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)是充分利用可再生能

源的最佳方式，有利于保護(hù)環(huán)境。

(2)異步電網(wǎng)互聯(lián)。模塊化結(jié)構(gòu)及電纜線路使柔性直流輸電對場地及環(huán)境的要求大

為降低，換流站的投資大大下降，因此可根據(jù)供電技術(shù)要求選擇最理想的接入系統(tǒng)位置Q

<3)構(gòu)筑城市直流輸配電網(wǎng),由于大中城市的空中輸電走廊已沒有發(fā)展余地，原有

架空配電網(wǎng)絡(luò)己不能滿足電力增容的要求，合理的方法是采用電纜輸電。而直流電纜不僅

比交流電纜占有空間小，而且能輸送更多的有功，因此采用柔性直流輸電向城市中心區(qū)域

供電可能成為未來城市增容的最佳途徑。柔性直流輸電技術(shù)可以獨(dú)立快速地控制有功和無

功，且能夠保持交流系統(tǒng)的電壓基本不變，它使系統(tǒng)的電壓和電流較容易地滿足電能質(zhì)量

的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

（4）偏遠(yuǎn)地區(qū)供電。偏遠(yuǎn)地區(qū)一般遠(yuǎn)離電網(wǎng)，負(fù)荷輕而且日負(fù)荷波動大，經(jīng)濟(jì)因素

及線路輸送能力低是限制架設(shè)交流輸電線路發(fā)展的主要原因，這同時也制約了偏遠(yuǎn)地區(qū)經(jīng)

濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高。采用柔性直流輸電進(jìn)行供電，可使電纜線路的單位輸送

功率提高，線路維護(hù)工作量減少，并提高供電可靠性。

（5）海上采油平臺供電。遠(yuǎn)離陸地電網(wǎng)的海上負(fù)荷如：海島或海上石油鉆井平臺等

負(fù)荷，通常靠價(jià)格昂貴的柴油或天然氣來發(fā)電，不但發(fā)電成本高、供電可靠性難以保證，

而且破壞環(huán)境，用柔性直流輸電以后，這些問題都可解決，同時還可將多余電能（如用石

油鉆井產(chǎn)生的天然氣發(fā)電）反送給系統(tǒng)。

（6）提高電網(wǎng)電能質(zhì)量。柔性直流輸電系統(tǒng)可以獨(dú)立快速地控制有功和無功，且能

夠保持交流系統(tǒng)的電壓基本不變，它使系統(tǒng)的電壓和電流較容易地滿足電能質(zhì)量的相關(guān)標(biāo)

準(zhǔn)。同時，柔性直流輸電系統(tǒng)還可以向兩端的交流系統(tǒng)提供無功支撐的能力，大大提高了

相連電網(wǎng)的運(yùn)行穩(wěn)定性。因此，柔性直流輸電技術(shù)是未來改善電網(wǎng)電能質(zhì)量的有效措施。

（7）電力市場。通過柔性直流輸電的直接連接，可以構(gòu)筑地區(qū)電力供應(yīng)商之間交換

電力的可行的技術(shù)平臺，增加了運(yùn)行靈活性和可靠性。

綜上所述，柔性直流輸電較之常規(guī)直流輸電具有緊湊化、模塊化設(shè)計(jì)，易于移動、安

裝、調(diào)試和維護(hù)，易于擴(kuò)展和實(shí)現(xiàn)多端直流輸電等優(yōu)點(diǎn)。在風(fēng)力發(fā)電、太陽能發(fā)電等新能

源發(fā)電技術(shù)上，柔性直流輸電又成為必不可少甚至是唯一的輸電手段。基于電壓源變流器

技術(shù)的柔性直流輸電由于其自身的諸多優(yōu)勢必將成為未來輸配電系統(tǒng)中一個不可或缺的重

要組成部分。

1.1.3柔性直流輸電工程介紹

從20世紀(jì)80年代開始，歐洲I國家已有試驗(yàn)性自換流直流工程出現(xiàn)。1999年6月，世界

上第一個商業(yè)運(yùn)行的柔性直流輸電工程在瑞典哥特蘭島（Gotland）投運(yùn)，其變流器為兩

點(diǎn)平結(jié)構(gòu)，輸送容量為50股，直流側(cè)電壓為±80kV,可以將南斯（Nas）風(fēng)電場的電能送

到哥特蘭島西岸的維斯比（Visby）市。隨后的幾個工程都采用了與此類似的設(shè)計(jì)。這些

早期柔性直流輸電系統(tǒng)的變流器開關(guān)頻率較高，采用的都是兩電平變流器技術(shù)，直流側(cè)電

壓最高為±80kL而第二代柔性直流輸電工程一般采用三電平變流器，直流側(cè)電壓最高達(dá)

到了土150kV,輸電功率達(dá)到了330MW。這種新的設(shè)計(jì)方案用在了克勞斯桑德聯(lián)絡(luò)工程和

莫里互聯(lián)工程中。同時，由于變流器電平數(shù)的提高，使變流器的開關(guān)頻率有所降低，其中

克勞斯桑德工程的開關(guān)頻率為1260Hz,莫里互聯(lián)工程的開關(guān)頻率為1350Hzo而在2007年

投入運(yùn)行的伊斯特互聯(lián)工程以及隨后的工程，可以認(rèn)為是第三代柔性直流輸電技術(shù)。這些

工程中的變流器由于采用了優(yōu)化脈寬調(diào)制（0PWM）技術(shù)，在變流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)又回歸到簡單

的兩電平的同時，還顯著降低了開關(guān)頻率（1150Hz）o截止到目前，己經(jīng)投入商業(yè)運(yùn)行的

柔性直流輸電工程有9項(xiàng)，同時還有4項(xiàng)工程在建。目前運(yùn)行的工程總輸電容量為950MW左

右，而隨著技術(shù)的發(fā)展，新建工程的容量越來越大，電壓等級也越來越高6

1997年投入運(yùn)行的赫爾斯揚(yáng)（Hallsjon）實(shí)驗(yàn)性工程是世界上第一個采用電壓源變流

器進(jìn)行的直流輸電工程（見圖1-2）°這個實(shí)驗(yàn)性工程的容量和電壓等級為3MW/±10kV,

電能通過一條用交流線路改造的10km架空線路進(jìn)行傳輸。這個工程連接了瑞典中部的赫爾

斯揚(yáng)和哥狄斯摩（Gr筋gosborg）兩個換流站。工程于1997年3月開始試運(yùn)行，隨后進(jìn)行的

各項(xiàng)現(xiàn)場試驗(yàn)表明，此系統(tǒng)的功率傳輸稔定，在穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)下的疔有性能都達(dá)到了預(yù)期效

果。

此工程可以將赫爾斯揚(yáng)的電能輸送到哥狄斯摩處的交流系統(tǒng)，或者直接對哥狄斯摩處

的獨(dú)立負(fù)荷供電。在后一種情況下，相當(dāng)于柔性直流輸電系統(tǒng)向無源負(fù)荷供電，此時負(fù)荷

的電壓和頻率均由柔性直流輸電的控制系統(tǒng)決定。由于柔性直流輸電系統(tǒng)的變流器是可以

四象限運(yùn)行的，因此具有較大的運(yùn)行靈活性。并且由于具有無功補(bǔ)償?shù)哪芰?，因此可以?/p>

好地抑制相連交流系統(tǒng)的電壓波動。

此工程的意義在于，它在世界上首次實(shí)現(xiàn)了柔性直流輸電技術(shù)的工程化應(yīng)用，將可關(guān)

斷晶體管閥的技術(shù)引入了直流輸電領(lǐng)域，使直流輸電技術(shù)進(jìn)入了一個新的發(fā)展階段，開創(chuàng)

了直流輸電技術(shù)的一個新時代。柔性直流輸電系統(tǒng)的出現(xiàn)，使直流輸電系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)容量降

低到了幾十兆瓦的等級。同時，新型變流器技術(shù)的應(yīng)用，為交流輸電系統(tǒng)電能質(zhì)量的提高

和傳統(tǒng)輸電線路的改造提供了一種新的思路。

柔性直流輸電現(xiàn)有工程的應(yīng)用領(lǐng)域主要分為風(fēng)電場并網(wǎng)、電網(wǎng)互聯(lián)、孤島供電和城市

供電四個方面，下面分別就上述應(yīng)用領(lǐng)域分別簡要介紹柔性直流輸電工程應(yīng)用情況。

(1)風(fēng)電場并網(wǎng)工程。目前，應(yīng)用于風(fēng)電場并網(wǎng)的柔性直流工程有哥特蘭

(Gotland)工程、泰伯格(Tjareborg)工程和在建的瑙德(NordEON1)工程。

哥特蘭(Gotland)島是瑞典最大的島嶼，具有非常豐富的風(fēng)力資源。島上風(fēng)力發(fā)電

的快速發(fā)展，使其發(fā)電量從1994年的15MW發(fā)展到1997年的48\州。但是島嶼本身的用電量較

小，使得多余的電力需要送出。由于該風(fēng)電場所在的南斯敦地區(qū)是瑞典風(fēng)電場最集中的地

方，由此導(dǎo)致本地電網(wǎng)嚴(yán)重失衡；另外，在風(fēng)電場運(yùn)行過程中還需要吸收一定的無功功

率，使電網(wǎng)的電壓質(zhì)量較差。為了滿足風(fēng)電的發(fā)展需要和保證電壓質(zhì)量，在南斯敦

(Nasudden)的南斯(雨s)換流站和瑞典北部港口城市維斯比(Visby)附近的貝克斯

(Backs)換流站之間，采用一條柔性直流輸電系統(tǒng)將哥特蘭島上的風(fēng)電資源送往大陸。

工程于1999年秋季投入運(yùn)行，是世界上第一條商用的柔性直流輸電系統(tǒng)，其原理接線圖如

圖1-3所示。該工程不僅將哥特蘭島的電能輸送到瑞典本土，而且提供了風(fēng)電場所需要的

動態(tài)無功功率支撐，解決了潮流波動、電壓閃變和頻率的不穩(wěn)定問題，提高了相連交流系

統(tǒng)的穩(wěn)定性，并有效改善了電能質(zhì)量，充分體現(xiàn)了柔性直流輸電系統(tǒng)的優(yōu)良性能。

貝克斯換流拈南斯換次防

(2)電網(wǎng)互聯(lián)工程。目前，應(yīng)用于電網(wǎng)互聯(lián)的柔性直流工程有迪萊克特聯(lián)接

(Directlink)工程、伊格-帕斯背靠背(EaglePassB2B)互聯(lián)工程、克勞斯-桑德互聯(lián)

(CrossSoundCable)工程、莫里聯(lián)絡(luò)(Murraylink)工程、伊斯特互聯(lián)(Estlink)工

程和在建的卡普里維(CapriviLink)互聯(lián)工程。

迪萊克特聯(lián)接(Directlink)工程連接了澳大利亞新南威爾士和昆士蘭兩個地區(qū)的電

網(wǎng)，其中包含了3條并聯(lián)的60MVA傳輸線，息功率180MW,用來完成兩個區(qū)域電網(wǎng)之間的連

接和電力交易，原理接線如圖1-4所示。由于全部采用了地下電纜來進(jìn)行輸送，使得迪萊

克特聯(lián)接工程在環(huán)境、外觀等方面的不利影響都降到了最小。同時，由于柔性直流輸電系

統(tǒng)有良好可控性，使得兩個區(qū)域電網(wǎng)之間的功率流動可以得到精確、快速的控制。由于每

個換流站在傳輸有功功率的同時還可以提供獨(dú)立的無功功率，因此還可以對所連接的電網(wǎng)

提供動態(tài)無功支撐能力。

迪萊克特聯(lián)接工程的3條并聯(lián)線路在2000年的中期開始投入運(yùn)行，并在傳輸控制特性

方面取得了良好的預(yù)期效果。

節(jié)物蚓貝姆拱制用加羅爾換流站

132kVHOkV

伊格-帕斯背靠背(EaglePassB2B)互聯(lián)工程安裝在美國的伊格-帕斯(Eagle

Pass)變電站，連接到墨西哥邊境上的彼德拉斯-內(nèi)格拉斯(PiedrasNegras)變電站，

原理接線如圖1-5所示。伊格-帕斯的負(fù)荷原來是由兩條138kV的交流傳輸線提供的，但是

由于地區(qū)負(fù)荷的增長使在峰值負(fù)荷下電網(wǎng)的電壓穩(wěn)定性有所降低，這使美國側(cè)功率輸送的

可靠性也降低了9而在緊急情況下，雖然伊格-帕斯變電站可以通過138kV的聯(lián)絡(luò)線從墨西

哥的電網(wǎng)中獲取功率，但是會使變電站運(yùn)行在飽和狀態(tài)下，這可能會使變電站發(fā)生問題而

導(dǎo)致供電中斷。

彼德拉斯內(nèi)格拉斯伊格柏斯

變電站變電站

圖1-5伊格-帕斯工程原理接線圖

為了提高電壓的穩(wěn)定性，同時使美國和墨西哥之間的功率雙向交換不容易產(chǎn)生中斷而

對用戶造成影響，需要對此線路進(jìn)行升級。可選的第一個方案是再建設(shè)一條70km的138kV

輸電線路，和現(xiàn)有的兩條138kV線路并聯(lián)運(yùn)行，但這個方案所面臨的問題是很難獲得到一

條新的輸電走廊。第二個方案是使用傳統(tǒng)的高壓直流輸電技術(shù)，但是由于美國側(cè)的交流系

統(tǒng)是一個弱電網(wǎng)，可能會無法為傳統(tǒng)直流輸電系統(tǒng)提供所需要的換相容量，因此這個方案

也不甚理想。而基于電壓源變流器技術(shù)的柔性直流輸電系統(tǒng)因?yàn)椴皇芟噙B交流系統(tǒng)的影

響，最終采用了該方案，在伊格-帕斯安裝了一個36MVA的背靠背柔性直流輸電系統(tǒng)。此工

程投入運(yùn)行后，可以穩(wěn)定交流電壓，并且可以在緊急情況下從墨西哥獲得必耍的功率輸

送。

伊斯特互聯(lián)（Estlink）工程是歐洲電網(wǎng)互聯(lián)最重要的工程之一。該工程的實(shí)施是為

了確保電力系統(tǒng)的可靠運(yùn)行，提高功率交換能力，并且建立一個更加高效的歐洲電力市

場。由于波羅的海國家的電力網(wǎng)絡(luò)沒有和其他的歐洲國家互聯(lián)，只是和俄羅斯的電網(wǎng)存在

一定聯(lián)系，因此基本成為一個電力孤島。在愛沙尼亞和芬蘭兩個國家電網(wǎng)之間建立互聯(lián)，

不僅可以增強(qiáng)波羅的海地區(qū)電力系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性，另外還提供了電力交易的可能

性。

由于兩個地區(qū)的電網(wǎng)是非同步電網(wǎng)（即兩個電網(wǎng)的頻率不同），而且傳輸距離較長，

并且有大部分輸電走廊都需要經(jīng)過海底，因此首先考慮使用高壓直流輸電系統(tǒng)。在項(xiàng)目的

可行性研究階段，通過對投資成本、過載能力、傳輸損耗、系統(tǒng)可用率、維護(hù)成本和建設(shè)

時間的綜合比較之后，最后選擇了使用柔性直流輸電系統(tǒng)。

工程在2006年底投運(yùn)，其兩端分別位于芬蘭的赫爾辛基西部的埃斯波（Espoo）換流

站和愛沙尼亞的塔林附近的哈庫（Harku）換流站。兩個換流站之間使用了105km的電纜進(jìn)

行連接（其中74km為海底電纜，31km為地下電纜）。工程的額定傳輸功率為350郵（最大

為365MW）,直流側(cè)電壓為±150kV。該工程是目前世界?上已投運(yùn)的輸電功率最大的柔性直

流輸電項(xiàng)目，原理接線如圖1-6所示。在伊斯特工程中，變流器使用了兩電平結(jié)構(gòu)，但是

由于采用了先進(jìn)的優(yōu)化脈寬調(diào)制（0PWM）技術(shù)，其諧波含量比以前的兩電平和三電平結(jié)構(gòu)

都有所減小，同時開關(guān)頻率也得到了降低°可以認(rèn)為，工程的實(shí)施標(biāo)志著第三代柔性直流

輸電技術(shù)的成功使用。

由于電壓源變流器的使用，柔性直流輸電系統(tǒng)的兩端都可以額外地提供無功功率和電

壓支撐能力，這對于提高愛沙尼亞電網(wǎng)的電壓穩(wěn)定性是很有好處的。同時，由于柔性直流

輸電系統(tǒng)的變流器可以產(chǎn)生一個幅值和相角都可以變化的電壓，因此可以提供黑啟動能

力，即在一側(cè)交流電網(wǎng)掉電以后，將變流器切換到控制器運(yùn)行狀態(tài)，此時可以由柔性直流

輸電系統(tǒng)向失去電壓的交流電網(wǎng)提供啟動功率，這個黑啟動能力在愛沙尼亞電網(wǎng)進(jìn)行了驗(yàn)

證。在實(shí)際運(yùn)行中，變壓器上需要裝有一個特別的輔助繞組來提供站用電，而當(dāng)控制系統(tǒng)

檢測到電網(wǎng)完全停電以后，愛沙尼亞側(cè)的變流器就自動地與交流電網(wǎng)斷開，并且運(yùn)行在

“站用電負(fù)荷”模式下，由芬蘭的換流站向其供電。此時變流器上的電壓和頻率由控制器

本身決定，也就是作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行在頻率控制下。然后再連接上愛沙尼亞側(cè)的交流系統(tǒng)，

首先加上一個較小的負(fù)載，然后逐漸增大負(fù)載，直到達(dá)到柔性直流輸電系統(tǒng)的額定功率為

止。黑啟動特性可以使愛沙尼亞的電網(wǎng)在幾分鐘的時間內(nèi)從完全停電的狀態(tài)變?yōu)槟軌蚧謴?fù)

一部分功能6而當(dāng)交流側(cè)足夠的發(fā)電機(jī)開始運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)電后，愛沙尼亞側(cè)變流器的控制模式可

以從頻率/電壓控制轉(zhuǎn)為正常情況下的功率/電壓控制。

此工程的意義在于第一次將波羅的海地區(qū)的電力系統(tǒng)和歐洲電力系統(tǒng)進(jìn)行了互聯(lián)：提

高了波羅的海和芬蘭電網(wǎng)供電的可靠性：增加了各電力市場中的供電商數(shù)量。

(3)孤島供電工程。目前，應(yīng)用于孤島供電的柔性直流工程有泰瑞爾(TrollA)工

程和瓦爾哈(Valhall)工程。

在大部分海上平臺中，所需要的電能都是由安裝在平臺上的燃?xì)廨啓C(jī)或柴油發(fā)電機(jī)來

提供的。但是這些發(fā)電機(jī)的效率一般都比較低(小于25%),這不僅會導(dǎo)致大量的二氧化

碳排放，而且造成了燃料的浪費(fèi)，不利于節(jié)能減排。因此，考慮從陸上為海上平臺提供電

能，不僅可以減低溫室氣體的排放，還能夠節(jié)省平臺的發(fā)電成本和發(fā)電設(shè)備的維護(hù)費(fèi)用，

并且其生命周期和可用率都能得到提高s由于海上平臺足離大陸較遠(yuǎn)而且負(fù)荷相對較小，

因此所需要的輸電距離較長而且容量很小。再加上長距離海底電纜輸電和環(huán)境保護(hù)的要

求，因此最好使用柔性直流輸電系統(tǒng)向海上平臺供電。

2005年10月投運(yùn)的挪威泰瑞爾(TrollA)柔性直流輸電工程，就是用于從挪威的克

爾斯奈斯(Kollsnes)換流站向泰瑞爾海上天然氣鉆井平臺上的用電設(shè)備供電。工程使用

了兩個并聯(lián)的柔性直流輸電系統(tǒng)，每個系統(tǒng)的額定功率為45MW,直流電壓±60kV,輸電線

路為70knrK的海底電纜，原理接線如圖1-7所示。在泰瑞爾海上鉆井平臺中，由于平臺上

所使用的氣體壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速是時刻變化的，由柔性直流輸電系統(tǒng)的變流器直接向上面的變速

同步電機(jī)進(jìn)行供電，使同步電機(jī)的頻率可以在42?63Hz、運(yùn)行電壓在。?56kV之間變化。

這是世界上第一個從大陸向海上平臺提供電能的柔性直流輸電系統(tǒng)。

由于在海上平臺上，空間和質(zhì)量都要受到嚴(yán)格的限制，因此對換流站的設(shè)計(jì)提出了較

高的要求。而柔性直流輸電系統(tǒng)的換流站所需要的濾波器遠(yuǎn)小于普通直流輸電系統(tǒng)，而且

不需要無功補(bǔ)償設(shè)備，變壓器也不需要特別設(shè)計(jì)，因此其質(zhì)量和體積都要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)直

流輸電系統(tǒng)的換流站。

此工程投運(yùn)后，不僅每年可以減少二氧化碳排放量23萬t,還顯著地降低了海上平臺

的運(yùn)營成本和維護(hù)費(fèi)用以及在海上使用燃?xì)廨啓C(jī)的危險(xiǎn)性。

圖泰瑞爾工程原理接線圖（單個系統(tǒng)）

（4）城市供電工程。目前，應(yīng)用于城市供電的柔性直流工程僅有在建的傳斯貝爾聯(lián)

絡(luò)（TransBayCable）工程。

傳斯貝爾聯(lián)絡(luò)工程是從匹茲堡市的匹茲堡換流站開始，經(jīng)過一條位于舊金山灣區(qū)海底

的88km長的高壓直流電纜，把電能傳送到舊金山的波特雷羅換流站。工程計(jì)劃于2010年3

月投入運(yùn)行。工程為東灣和舊金山之間提供一個電力傳輸和分配的手段，以滿足舊金山的

城市供電需求。而且由于柔性直流輸電系統(tǒng)可以提高電網(wǎng)的可靠性、提供電壓支撐能力和

降低系統(tǒng)損耗，因此將會改善互聯(lián)兩個地區(qū)電網(wǎng)的安全性和可靠性。

舊金山市的大部分電力供應(yīng)都來自圣弗朗西斯科半島的南部，主要依賴于舊金山灣區(qū)

南部的交流網(wǎng)絡(luò)。在此工程完成之后，電力可以直接送到舊金山的中心，增強(qiáng)了城市供電

系統(tǒng)的安全性。由于直流電纜是埋于地下和海底，也不會造成對環(huán)境的污染。

傳斯貝爾聯(lián)絡(luò)工程和上面所介紹的所有工程的最大不同之處，在于此工程中使用了新

型的模塊化多電平變流器，其額定容量為400MW,直流側(cè)電壓為±200kL這種模塊化多電

平變流器是由許多個單元換流模塊組成的，其中每個換流橋臂包含若干個模塊。橋臂的輸

出電壓由各個模塊的電壓組合而成，形成一個階梯狀的波形。

這種新型電壓源變流器的好處是避免了橋臂器件的直接串聯(lián)，降低了變流器的技術(shù)難

度，同時減小了輸出電壓所含的諧波，在電平數(shù)較高時可以不需要濾波器進(jìn)行濾波。但是

這種結(jié)構(gòu)也存在著一些缺點(diǎn)，比如各橋臂上模塊中的電容電壓平衡比較困難，同時由于各

個模塊的開關(guān)狀態(tài)都不同，因此需要對每個模塊進(jìn)行單獨(dú)的控制,造成控制系統(tǒng)比較復(fù)雜

等。

1.2傳統(tǒng)直流輸電與柔性直流輸電的區(qū)別

柔性直流輸電田前的經(jīng)濟(jì)功率輸送范圍是幾兆瓦至上千兆瓦，既可用于中小功率的輸

配電場合，也可用于遠(yuǎn)距離輸電場合，因此可以說柔性直流是常規(guī)直流的有益補(bǔ)充。隨著

技術(shù)的不斷進(jìn)步，在將來有一天甚至可以取代傳統(tǒng)直流。下面把兩種直流輸電方式加以比

較，以幫助讀者了解柔性直流的獨(dú)特之處。

1.2.1換流站

柔性宜流輸電技術(shù)與常規(guī)宜流輸電技術(shù)最根本的區(qū)別就在于換流站的差異，包括換流

器中使用的器件以及換流閥控制技術(shù)等。

圖1-8絕緣楣雙極晶體管IGBT實(shí)物圖

在換流器所使用的器件上，柔性直流輸電系統(tǒng)一般采用IGBT(絕緣柵雙極晶體管)，

見圖1-8。由于TGBT是一種可自關(guān)斷器件，即可以根據(jù)門極的控制脈沖來將器件開通和關(guān)

斷，不需要換相電流的參與.這是由IGBT構(gòu)成的換流器具有四象限運(yùn)行的能力，即在外特

性上可以等效為一個發(fā)電機(jī)。因此柔性直流輸電系統(tǒng)不需要交流系統(tǒng)提供換相容量，可以

向弱網(wǎng)絡(luò)或無源負(fù)荷供電。這是柔性直流輸電系統(tǒng)的一個重要特點(diǎn)。而常規(guī)直流通常是采

用晶閘管閥，由于晶閘管是非可控關(guān)斷器件，這在常規(guī)直流輸電系統(tǒng)中只能控制換流閥的

開通而不能控制其關(guān)斷，其關(guān)斷必須借助于交流母線電壓的過零，使閥電流減小至閥的維

持電流以下才行。因此，常規(guī)的高壓直流輸電系統(tǒng)換流器存在以下缺點(diǎn)；只能工作在有源

逆變狀態(tài)，不能接入無源系統(tǒng)；對交流系統(tǒng)的強(qiáng)度較為敏感，一旦交流系統(tǒng)發(fā)生干擾，容

易換相失敗：無功消耗大，雖然可以通過改變觸發(fā)角或熄弧角實(shí)現(xiàn)對無功功率的控制，但

對無功功率的控制不能獨(dú)立于對有功功率的控制，這會導(dǎo)致系統(tǒng)電壓不穩(wěn)定，使對電力系

統(tǒng)的動態(tài)控制相當(dāng)困難；諧波含量高，輸出電壓和電流的波形均存在很大的諧波分量，需

要在換流站安裝各種等級的濾波裝置來濾除諧波，增加了成本。這些缺點(diǎn)是由于晶閘管自

身的內(nèi)在缺陷所致，難以克服。但是由于其能承受的電壓和電流容量仍是目前電力電子器

件中坡高的，而且技術(shù)比較成熟，因此在高壓直流輸電領(lǐng)域仍占據(jù)主導(dǎo)地位。

柔性直流輸電系統(tǒng)中的換流戰(zhàn)由于采用了IGBT器件、可以實(shí)現(xiàn)很高的開關(guān)速度，因此

在觸發(fā)控制上通常采用P州技術(shù)，開關(guān)頻率相對較高，換流站的輸出電壓諧波量較小，主

要包含的是高次諧波。這使其換流站需安裝的濾波裝置的容量也大大減小，不僅縮小了換

流站的占地，還降低了投資費(fèi)用。而傳統(tǒng)直流輸電系統(tǒng)中換流閥的關(guān)斷只能借助于交流系

統(tǒng)的過零點(diǎn)，因此其開關(guān)頻率只能是工頻。這使其輸出的電壓中諧波含量較大，諧波次數(shù)

也較低，并且需要大量的無功補(bǔ)償裝置。

由于控制方式的不同，傳統(tǒng)直流輸電系統(tǒng)的換流站之間必須進(jìn)行通信以傳遞系統(tǒng)參數(shù)

并進(jìn)行適當(dāng)?shù)目刂疲欢嵝灾绷鬏旊娤到y(tǒng)中各換流站之間的通信不是必需的，這樣可以大

大減少通信線路的投資，并且其控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)易于實(shí)現(xiàn)無人值守。

在換流站結(jié)構(gòu)方面，柔性直流輸電系統(tǒng)由于結(jié)構(gòu)較為緊湊，體積較小，因此其換流站

設(shè)備大都可以放在室內(nèi)(考慮到散熱和體積等問題，一般將變壓器放在室外)，這樣就有

效地減少外界的惡劣環(huán)境如雷擊、覆冰等引起的各類故障以及機(jī)械損傷等，不僅提高了系

統(tǒng)的運(yùn)行可靠性，還延長了設(shè)備的使用壽命，見圖1-9(a)o而傳統(tǒng)直流輸電系統(tǒng)中由于

無功補(bǔ)償和濾波器等設(shè)備體積較大，數(shù)量較多，因此結(jié)構(gòu)復(fù)雜，一般只將換流閥和控制保

護(hù)系統(tǒng)放在室內(nèi)，其余的設(shè)備大都放在外面的露天換流場中，見圖1-9(b)o

器

流領(lǐng)

器換

新路

壬

市

小

在

流

海

波

n器

n

1

u—

n

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-

圖

構(gòu)示意

單線結(jié)

流站

電換

直流輸

圖1-9

單線

流站

流換

規(guī)直

(b)常

單線；

換流