������������������������������������ ′ < ������������������������������������
模块K
模块K
模块K
如此设计有什么好处/benefit from this
3
目录
1
柔性直流输电功率器件 Power Electronic Device
4
功率器件/Power Electronic Device
IGBT/IEGT
GTO
IGCT
ETO
• 电压、电流等级逐渐提高(几kV/几kA)
• 开关速度由低到高（50/60Hz 到几kHz)
5
功率器件的分类和对比/Comparison of different device
厂商 份额
•
三菱 29%
英飞凌 28%
日立 19%
ABB 12%
东芝 9%
丹尼克斯 3%
数据主要以IGBT销售为例，主要用户为机车、风电、造船等，电网用 户较少
株洲南车主要IGBT产品 IGBT of CSR Zhuzhou
1500A/3300V IGBT、1000A/3300V IGBT； 1200A/4500V IGBT、800A/4500V IGBT；
电网设备主要采用3300V及以上等级的高压IGBT(HV IGBT) 6
功率器件封装模式

模块式封装(PMI)

技术成熟 安装工艺简单 器件制造商多 损坏时可能发生爆炸 串联不易实现 器件容量相对较小 器件故障后不会爆炸 故障后处于短路状态 结构上易于串联 散热性能好 封装难度大 供应商少
系统建模和仿真 Modelling and Simulation
模块1 模块2
模块1 模块2
模块1 模块2
模块N
模块N
模块N
Udc
模块1 模块2 模块1 模块2 模块1 模块2
Uac
Upcc
功率器件 Device
控制保护 PCP A PCP B
模块N
模块N
换流器 converter
模块N
功率模块 Power Unit
保留现交流500kV、600MW通道，新增一回VSC-HVDC ，单极接线，容量600MW，直流电压±200kV，直流电 流1500A
直流电压等级±200kV 额定容量（MW） 600 无功输出能力（Mvar） 一 连接变压器 525/220 桥臂电感值（mH） 60 功率器件 4500V/1500A 功率模块数 160 功率模块电容（uF） 8000 桥臂电流有效值（A） 979




2012年底ABB StakPak IGBT 可在中国销售 Infenion等部分器件供应商开始研发压接式IGBT
13
目录
2
柔性直流输电系统电压与容量 Voltage and Power
14
模块多电平换流器 Modular Multilevel Converter
模块1 模块2 模块1 模块2 模块1 模块2
1. 上/下桥臂模块数量/Number of modules:
模块1 模块2
模块1 模块2
模块1 模块2
������ = ������DC /������������
2. 输出交流阀侧电压/Output voltage of valve side:
模块N
模块N
模块N
������������������ ������������������ ������������������������������������ / ������ ∈ − , ������ ������
VSC-HVDC工程应用的几个问题 Several points about VSC-HVDC Application
南方电网科学研究院863课题组 Electric Power Research Institute China Southern Power Grid 2013年5月28日
柔性直流输电技术 Technology of VSC-HVDC
港城
现有交流线路 新建交流线路 直流线路
徐闻 南岭
交流、VSC-HVDC 混合联网1200MW
林诗岛 福山
方案

新建±500kV/3000MW Scheme for ±500kV/3000MW
双极接线 每站每极两个换流器 具备双极、单极运行模式 单换流器运行模式降容量
双换流器并联 Two converters

8
功率器件的电压电流水平/Voltage and Current Level

主流型号
• • • •
•
• • •
IGBT 4500V/1200A IGBT 4500V/1500A IEGT 4500V/1500A IEGT 4500V/2100A StakPak IGBT 4500V/2000A StakPak IGBT 2500V/2000A IGCT 4500V/4000A ETO 4500V/4000A
UDC
Uvalve
模块1 模块2 模块1 模块2 模块1 模块2
Uac
Upcc1 Upcc2
3. 变压器变比/Ratio of transformer：
������pcc������ or ������pcc������ Ratio = ������ac
模块N
模块N
模块N
问题：是否可以相同直流电压，输出阀侧电压不一样？ Q: same DC voltage, but different output valve voltage, is that OK?
+500kV 直流线路 容量 3000MW
换流站A
换流站B
-500kV 直流线路
目录
3
连接不同电压等级的系统 Connects different AC Voltage
21
VSC-HVDC接入不同交流电压等级的需要
VSC-HVDC connects different voltage， especially for multi-terminal system
港城
现有交流线路 新建交流线路 直流线路
接入220kV 变电站 接入110kV 变电站
500kV系统
VSC-HVDC 600MW
220kV系统
相同直流电压，相同阀侧电压，不同的变比接入交流电网
Same DC voltage AND same valve side voltage, but different ratio of connecting transformer
16
容量计算考虑因素/Converter Power
• • 功率器件通流能力 接入交流系统电压匹配关系
单极系统容量
单极 1200A 220kV 420kV 200MW 380MW 1500A 250MW 470MW 2000A 330MW 630MW
* 380MW可以提升到400MW，470MW可以提升到500MW
模块N
模块N
模块N
Udc
模块1 模块2 模块1 模块2 模块1 模块2
Uac
Upcc
• • •
需要直流电压平衡控制 直流侧能够实现端对端连接
模块N
模块N
模块N
柔性直流输电主流结构
15
电压容量的选择/consideration of voltage and power level
应用需求决定容量/power
Sp
模块1 模块2 模块1 模块2 模块1 模块2
������DC ’=������DC
2. 输出交流阀侧电压/Output voltage of valve side:
UDC’
模块K
模块K
模块K
Uvalve’
模块1 模块2 模块1 模块2 模块1 模块2
Uac’
Upcc1 Upcc2
������������������������������������ ′/ ������ [������ − (������ − ������)] × ������������ [������ − (������ − ������)] × ������������ Sn ∈ − , ������ ������
application
level determined by
功率器件等参数，决定了直流电压和容量存在匹配关
系/relation of DC voltage and power level level under certain voltage
一定电压下，VSC-HVDC能够输送的功率水平/Power
双极系统容量
双极 1200A ±110kV ±210kV ±500kV 200MW 380MW 900MW 1500A 250MW 470MW 1125MW 2000A 330MW 630MW 1500MW
* 500kV等级采用双极结构，输送极限1500MW
新增海南联网VSC-HVDC VSC HVDC scheme for Hainan
大功率开关器件
晶闸管类 GTO
可关断晶闸管
晶体管类 ETO
发射极关断晶闸管
集成门极换相晶闸管
IGCT
模块式IGBT
绝缘栅双极晶体管
压接式IGBT (IEGT)
门极驱动 导通压降 允许开关频率 电压/电流能力
晶闸管类器件 （GTO,IGCT） 电流控制，所需功率较大 低 低 较大
晶体管类器件 (IGBT,IEGT) 电压控制，所需功率较小 高 高 相对低
备注：IGCT和ETO的标称电流可关断电流，约与IGBT的2000A相等