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柔性直流输电(VSC-HVDC)技术
1 基于VSC的柔性直流输电技术

VSC采用PWM技术，开关频率相对较高，经过 低通滤波后就可得到所需交流电压，从而简化 了换流站的结构，并使所需滤波装置的容量也 大大减小。目前，柔性直流输电技术不仅在高 压输电领域达到±300kV，1GW的输电能力，而 且应用在诸如几十MW的小容量工程中同样经济 同时，换流站的占地面积仅为同容量下传统直 流输电的20％左右。

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柔性直流输电(VSC-HVDC)技术
2 直流配电网应用前景及优势
保证电能质量 由于柔性直流输电的技术优势，即逆变器可 以瞬时控制交流侧输出的电压幅值、相角，传输 的有功、无功功率可以快速、独立的控制。因此， 通过控制交流侧输出的电压和频率，电能质量可 以得到有效的保证。在直流配电系统中，电源侧 或用户侧发生的故障或扰动并不会影响到另一侧， 因此更好的解决了电能质量问题。
基于VSC的直流配电网研究
梁海峰 教一楼305室 hfliang@
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柔性直流输电(VSC-HVDC)技术
直流配电网研究综述

直流配电网技术基础——基于VSC的柔
性直流输电技术

直流配电网应用前景及优势


直流配电网网架结构
直流配电网未来研究课题
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柔性直流输电(VSC-HVDC)技术
1 基于VSC的柔性直流输电技术
因此，传统的直流输电技术不能向弱交流系 统或无源网络供电，只有应用于远距离、大容量 输电才能发挥其经济上的优势等。
随着电力电子技术的发展，新的全控型器件 问世，从而促进了直流输电技术的发展，基于 VSC的柔性直流输电技术应运而生。

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柔性直流输电(VSC-HVDC)技术
2 直流配电网应用前景及优势
保证电能质量 随着供电可靠性和电能质量越来越受到用户 和电网的重视，电能质量成为评价配电系统最重 要的指标之一。近几十年间，FACTS被广泛应用 到现有的高压、中压交流电网中以改善电能质量。 然而电能质量问题可以在直流配电网中得以更好 的解决。

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柔性直流输电(VSC-HVDC)技术
2 直流配电网应用前景及优势
提高系统可靠性 此外，由于我国沿海负荷中心城市越来越依 赖远距离大容量输电，使得系统短路容量偏大， 威胁到系统的安全运行。采用柔性直流输电技术， 通过快速控制，几乎不增加配电网的短路容量， 这一点尤其适应于我国的特大型城市。
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柔性直流输电(VSC-HVDC)技术
1 基于VSC的柔性直流输电技术
传统的高压直流输电技术(HVDC)已经存在超 过了五十年。自1954年第一个商业化高压直流输 电(HVDC)工程投入运行以来，HVDC在远距离大 功率输电、海底电缆送电、不同额定频率或相同 额定频率交流系统之间的非同步联接等场合得到 了广泛应用。然而，由于常规HVDC采用的相控换 流器 (Phase Commutated Converter，PCC)需要由线 路提供换相电压，所以也存在一些明显的局限。

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柔性直流输电(VSC-HVDC)技术
2 直流配电网应用前景及优势
提高系统可靠性 由于系统传输的有功、无功功率几乎可以进 行瞬时控制，从而使系统运行灵活性大大增强。 • 当直流线路没有功率运行时，逆变侧换流器可 作为下级交流系统的STATCOM运行 • 通过无功功率控制，电压稳定性可以大幅提高 • 由于系统的快速响应，暂态稳定性得到了改善 • 系统振荡可以通过快速注入有功、无功缓解 • 抑制系统次同步谐振

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柔性直流输电(VSC-HVDC)技术
2 直流配电网应用前景及优势
适应未来电网的负荷发展需求 随着电子信息技术的发展，电子产品如电脑、 手机将成为未来负荷中重要的组成部分。而这些 电子产品属于直流负荷，因此，直流配电网将变 得更加经济。 随着家用新能源的发展，未来房屋将可能通 过光伏、燃料电池系统实现自给自足。直流配电 网更负荷未来电网发展的趋势。
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柔ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ直流输电(VSC-HVDC)技术
1 基于VSC的柔性直流输电技术
目前，直流输电技术主要分为：

常规HVDC——采用线换相电流源换流器 （Line-Commutated CSC） 柔性直流输电——基于可自换相电压源换 流器的直流输电 (Self-Commutated VSC)


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柔性直流输电(VSC-HVDC)技术
2 直流配电网应用前景及优势
适于分布式电源、微网、储能系统、电动汽车 的广泛接入 然而，这些系统的正常运行离不开电力电子 变换装置的控制。与传统的交流网络相比，在直 流配电系统中，新能源电源发出的电能可以直接 供给负载或储存在储能系统中，提高了系统的运 行效率。
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柔性直流输电(VSC-HVDC)技术
2 直流配电网应用前景及优势
基于VSC的柔性直流输电技术在未来城市电 网的应用前景和优势主要有： • 提高新能源电源的接入效率 • 适于分布式电源、微网、储能系统、电动汽车 的广泛接入 • 保证电能质量 • 提高系统可靠性 • 适应未来电网的负荷发展需求 • 输电走廊、城市景观等电网建设的需要
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柔性直流输电(VSC-HVDC)技术
2 直流配电网应用前景及优势
在配电领域，现有的10/0.4 kV 三相交流系统 正面临着越来越大的挑战。现有城市电网存在的 网架结构薄弱、短路电流偏大、动态无功不足等 问题迫切需要采用更加灵活、经济、环保的输电 方式来解决。同时，由于新能源技术的不断发展， 未来分布式电源、微网的广泛接入将导致电网电 源的高度分散化。因此，基于VSC的直流配电网 在未来城市电网中有相当大的应用潜力。

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柔性直流输电(VSC-HVDC)技术
3 直流配电网的网架结构
直流配电网拓扑结构主要包含电力电子 换流器和连接它们的直流线路。由于现有的 配电系统由交流系统组成，因此直-交流混 合系统成为直流配电技术应用的第一步。一 个典型的直-交流配电网络如图所示：
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柔性直流输电(VSC-HVDC)技术
1 基于VSC的柔性直流输电技术


VSC能够通过控制自关断，可以工作在无源逆 变方式，所以不需要外加的换相电压，受端系 统可以是弱交流系统或是无源网络，使利用直 流线路为远距离的孤立负荷送电成为可能。 正常运行时，VSC可以同时且独立地控制有功 功率和无功功率，控制灵活方便。
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柔性直流输电(VSC-HVDC)技术
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柔性直流输电(VSC-HVDC)技术
2 直流配电网应用前景及优势
提高新能源电源的接入效率 随着环境污染的加剧，学者们不断研究可再 生清洁能源替代传统的化石能源。在常用的可再 生清洁能源中，光伏发电、燃料电池本身属于直 流电源；风力发电也通常使用含有直流部分的电 力电子变换装置以实现系统性能的优化。
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柔性直流输电(VSC-HVDC)技术
1 基于VSC的柔性直流输电技术
由于较传统的高压直流输电具有明显的技术 优势，基于VSC的柔性直流输电技术不仅应用于 常规的输电工程，而且已经研究使用在一些新的 应用场合，主要有： • 海上风电场互联的中压直流电网(medium voltage DC collector grids for off-shore wind farms) • 直流微网( DC microgrids) • 城市直流配电网( DC power distribution grids)
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柔性直流输电(VSC-HVDC)技术
1 基于VSC的柔性直流输电技术
1990年，McGill大学的BoonTeCk Ooi提出使用 PWM(Pulse Width Modulation)控制电压源型换流 器(Voltage Source Converter, VSC)进行直流输电， 即后来发展形成的柔性直流输电技术。柔性直流 输电技术是一种以电压源换流器、可控关断装置 和脉宽调制(PWM)技术为基础的新型的直流输电 技术。

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柔性直流输电(VSC-HVDC)技术
2 直流配电网应用前景及优势
适于分布式电源、微网、储能系统、电动汽车 的广泛接入 随着新能源技术的发展，用户将广泛使用小 容量新能源电源以实现节能环保、自给自足的需 求。因此，未来电网电源必然会高度分散化。包 含新能源电源的分布式发电系统、微网以及储能 系统将大量广泛的接入到配电网当中。

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柔性直流输电(VSC-HVDC)技术
2 直流配电网应用前景及优势
输电走廊、城市景观等电网建设的需要 直流配电网采用地埋式直流电缆，在同样的 输电走廊，直流输电的输电能力是交流输电线路 的1.5倍，而且可以利用现有可行的输电走廊进行 地下铺设，无交变电磁场、无油污染、可以在无 电磁干扰及无需额外输电走廊的情况下，完成城 市电网的增容改造，同时以地埋式电缆代替架空 线，美化了市容。