直接电流控制：采用电 流反馈和电压前馈补偿 等环节，直接控制换流 电抗器的电流,动态响 应快、限流等控制性能 好。
内环电流控制器、外环 控制：无功功率、有功 功率、直流电压、交流 电压等。
基本控制策略
•内环解耦控制
ud(t)
+
Rid
(t)
−
ωLiq
(t)
+
L
d dt
id
(t)
uq
(t)
缺点：开关器件承受电压较高、 输出波形较差；
NPC多电平工作原理
在相同直流电压下，其开关器件
所承受的电压减小一半，并减少
valve
了换流器输出的谐波量，换流器 L
所用器件的个数增加，电路结构 ua
和开关调制算法也随之更为复杂。ub uc
二电平变流器输出线电压供有
±Ud、0三个电平；三电平变流
器供有±Ud、 ± Ud/2、 0五
Caprivi Link 2009 300MW,970km,350kV,
电力交易
Murrylink 2002 200MW/+140~-150MVar, 180km,±150kV,电力交易
关于命名
CIGRE和IEEE，将其正式称为“VSC-HVDC”，即“电 压源变流器直流输电”； ABB称为轻型直流输电（HVDC Light），并作为商 标注册；最大输送容量1200MW、电压±320kV； 西门子公司则称之为HVDC Plus； 随着可关断器件和控制技术的发展，在不远的将来， VSC-HVDC技术与传统的CSC（LCC）-HVDC技术 之间必将形成相抗衡的局面，甚至取代CSC （LCC）-HVDC的可能； 2006年5月，国家电网公司科技部和中国电力科学研 究院组织国内权威专家在北京召开“‘柔性（轻型）直 流输电系统关键技术研究框架’研讨会”。在会上，与 会专家一致建议国内将该技术暂时统一命名为“柔性 直流输电”，对应英文为HVDC Flexible。
直流电容：储能元件。缓冲开断冲击 电流，减少直流电压谐波，为受端提 供电压支撑。缓解电压闪变，影响控 制系统动态相应。极接有直流滤波器 处理电压纹波。 另有0序电抗器，和滤波器一起减缓 对直流电缆附近的金属电话线的干扰
。
换流器和电网之间传输有功功率P和无功功率Q：
P = U sV sin δ
X
Q = U s (U s − V cosδ )
HVDC和HVDC Light比较
单变换器容量 半导体技术 相对体积 电缆类型 有功控制 无功控制 电压控制 故障穿越 “黑启动”功能 交流端短路能力要求 无中断潮流反转 负荷侧电源 最低直流潮流 变换器一般损耗 操作经验 海上操作经验
150-1500MW
50-550MW
电网电压换相
自换相
4-6
1
换流变压器：将交流 电压变换到与直流侧 电压匹配的二次侧电 压，确保调制度不至 于过小，以减小输出 电压和电流的谐波量 ，进而减小交流滤波 的容量和换流器损耗
换流站结构
换流电抗器： 对换流器输出的PWM电 压进行低通滤波，确保 输出基频电压信号，同 时为变换器输出和变压
器之间提供阻抗。
VSC：桥臂由IGBT 和DIODE组成。通 常用元件串并联﹑ 多电平 ﹑单元串并
柔性直流输电
传统直流输电
传统HVDC以晶闸管 为换流元件，采用 相控换流技术，以 交流母线线电压过 零点为基准，通过 顺序发出的触发脉 冲，形成一定顺序 的硅阀的通与断， 从而实现交流电与 直流电的相互转换。
轻型直流输电
最早加拿大学者于1990年提出。ABB命名HVDC Light。 谐波大为减弱 ；无功补偿容量减少；不会出现换相失败故障；
式可得N次方程组，解方
程可得α1～αN。
保护系统
• 优先级别:器件级、装置级和系统级; • 内部故障和外部故障。外部故障发生在直流输电线
上，若是电缆，故障将会是永久性的，系统应该闭锁。 如果是架空线，故障应该是暂时的。为了防止故障通 过VSC站的反并联二极管馈入，必须使所有末端交流 电路断路器或者直流断路器跳闸。如果是内部故障， VSC必须隔离任何故障元件并且迅速地把VSCHVDC系统从运行中闭锁。内部故障可能是短路或者 是非正常运行，将导致设备的损坏或者干扰交流系统 的有效运行。 • 外部暂态故障清除后, VSC-HVDC能够手动或自动重 启。对于非永久性故障，VSC-HVDC 系统不应该跳 闸，这是针对风力发电保护的基本要求。 • VSC中，对门极单元的保护可以在几纳秒内动作，根 据电容和电抗器电流整定的备用保护可以在3微秒内 动作。
(k) − udc (k))
=
Eq (k )iqref (k ) udc (k )
− il (k)
iqref
=
iqref (k ) = kdcpf
udc (k ) C Eq (k) Ts
(u dcref
(k)
−
u dc
(k ))
+
udc (k) Eq (k)
il
(k)
p ref Eq
idref
= Qref Eq
容量改善措施
换流站由多个两电平换 流器并联组成，提高了 输出电流的大小，桥臂 器件所承受的电压都是 一样的。当采用载波移 相开关调制策略时，提 高了等效开关频率，大 大减小换流器的输出谐 波，连接变压器只起电 气藕合的作用。
换流器单元串联提升整 个容量，减小了开关器 件的电压应力。
控制策略
间接电流控制：通过控 制VSC交流侧电压幅值 和相位，进而控制交流 电流。
阀
为了提高换流器容量和桥臂的耐压水平，通 常采用桥臂开关器件的串并联来实现。由于 采用IGBT等全控型开关器件，要求在同一桥 臂上各个开关器件的开通和关断必须保持同 步，所以对触发脉冲的同步和各器件间的均 压电路等都提出极高的要求。为了保证可靠 性，串联电路采用冗余控制，故障的IGBT通 常短路，不会影响其它IGBT工作。
两电平电路工作原理
VSC单相结构上下桥臂的开关器
件由正弦调制波与三角载波比较
valve
L
C
产生的触发脉冲来驱动。上下桥 ua
臂的开关管在脉冲驱动下，实现 ub
高频开通和关断，桥臂中点电压 uc
uc则在两个固定电压+ud和-ud
C
之间快速切换，经过电抗器滤波
后则为网侧的交流电压us。
优点：电路简单、直流电容较小、 占地面积小、器件开关频率一 致；
开关模式
开关模式：SPWM、 SVPWM、OPWM。 OPWM通过导通角的控制 来减少输出波形中的谐波
含量。从理论上说，选择 前1/4周期的N个触发 角，就能1～N次波形幅值。
Vk
=
4E
kπ
1
令V1=
N
+ 2∑ (−1)i i =1
Vref(
cos(kαi )
参考值
)
，
Vk=0(k=2～N)，代入上
阀控制最主要是IGBT的均压，如果仅使用RC 缓冲器，则RC缓冲器的电容和开关元件的损 耗会加大，还必须加入定时调节电路来调节 不同IGBT和门极驱动信号初始的时间差。
通常，脉冲的传输由光纤完成，定时调节电 路由FPGA芯片形成，按40ns的倍数调节光纤 传输的时间延迟，目的是减少因IGBT本身特 性引起的时间延迟，定时调节电路在测试 IGBT开关时进行调试。
联
直流电缆：新型的三层聚合 材料挤压的单极性电缆。高 强度﹑环保﹑方便掩埋﹑适 于深海传输。重量轻﹑功率
密度大
交流滤波器：由于开关频率较高，从换流电抗器输出含有很少的 低次谐波。但其总的谐波畸变率不能达到相关的谐波标准。对此 ，通常是在换流母线处安装交流滤波器加以抑制，容量和参数选 择与换流器拓扑结构、开关频率及其调制方式等因素有关。
X
V：换流器输出基波；Us:交流基波； δ：V和Us的相角差；X：换流电抗器电抗。
当P和Q的合成值在圆环以内时，换流器 在四个相限内能发出理想的P和Q 。
P在两端之间传递： pc1 − pc2 = ploss
两端的Q的调节是完全独立的。 操作范围受到电流和电压的限制， 因为功率器件耐压能力的限制， 变换器输出电压达不到理想值，功 率的操作范围就会如虚线所示。
大型纸浸渍电缆、3
聚合物电缆、2
能
能
不能
能连续控制
范围小
范围大
不能
能
没有
有
>2倍额定功率
不需要
不能
能
需要
不需要
5-10%额定功率（20%） 无最小要求、影响效率
0.8% >20年
1.6% <10年
没有
有
应用工程
Valhall 2010 78MW,292km,150kV,
海上平台供电
Tjareborg 2000 7.2MW/-3~+4MVar,4.3km, ±9kV,风力发电示范工程
项目名称
时间
Gotland
1999
Tjaereborg 2000
Directlink 2000
Cross Sound 2002 Murrylink
拓扑
两电平 三电平
模式 SPWM
3PWM SPWM
频率 (Hz) 1950
1260 1350
Estlink
2006 两电平 OPWM 1150
接线方式
方式（1）能方便隔离零序分量的 通路，可利用调节变压器分接头来 改变直流输电系统的功率输送能力。 变压器连接系统侧采用星形接法， 靠近换流器侧则采用三角形接法。 主要优势是：一，减少系统谐波分 量和直流分量；二，为减少开关损 耗和提高换流器的功率输送能力， 换流站的开关调制需要采用不同的 零序分量注入方法。如变压器二次 侧采用三角形接法后，可以避免零 序分量对交流系统的影响。 方式（2）由于换流站经电抗器与 交流系统连接，直流侧电容不能接 地，否则会构成零序量回路。 方式（3）两侧VSC都通过电抗器 与交流系统相连，其直流侧也不能 接地，为消除交流系统中的零序分 量影响换流站侧的交流系统，在换 流站侧交流系统加装零序量滤波器。