直流输电与FACTS技术：第5章 柔性直流输电（VSC-HVDC）.pdf

【直流输电与FACTS技术】的第五章主要聚焦于柔性直流输电（VSC-HVDC）这一先进技术。VSC-HVDC是基于电压源换流器的高压直流输电系统，它解决了传统HVDC（基于电流源换流器的高压直流输电，LCC-HVDC）的一些关键问题。 5.1 概述 VSC-HVDC由加拿大McGill大学的研究者首次提出，其核心特点是不需要借助外部电源进行换相，因此能够向无源网络供电。与LCC-HVDC相比，VSC-HVDC使用全控型器件IGBT和脉宽调制（PWM）控制，实现了有功和无功功率的独立、快速控制，可以在四个象限中运行，无需额外的无功补偿设备，滤波也更为简洁，消除了逆变颠覆的问题。 5.2 VSC-HVDC的拓扑结构及原理 VSC-HVDC的主要组件包括换流器、直流侧电容、换流电抗器和交流滤波器。换流器由多个串联的IGBT组成，每个IGBT旁边反并联二极管以实现能量反馈和续流。直流侧电容用于提供电压支撑，减少关断时的冲击电流和直流侧谐波。换流电抗器则连接VSC与交流侧，起到能量交换和滤波的作用。交流滤波器用于消除交流侧的高次谐波，与换流电抗器共同提供无功补偿。 5.3 VSC-HVDC建模及控制策略 VSC-HVDC的控制策略允许精确地控制直流电压和交流侧的电流，提供电压和功率的稳定。这种灵活性使得VSC-HVDC在电网稳定性、故障响应和功率调节方面表现出色。 5.4 VSC-MTDC的系统结构及控制策略 多端VSC-HVDC（VSC-MTDC）系统进一步扩展了这一技术的应用，允许多个交流系统通过直流网络互联，增强了电网的灵活性和可靠性。控制策略考虑了各端口间的协调和动态平衡，确保整个系统的稳定运行。 5.5 仿真分析 仿真分析通常用来验证VSC-HVDC系统的性能，包括潮流控制、动态响应和故障恢复等方面，这对于系统设计和优化至关重要。 对比传统的LCC-HVDC，VSC-HVDC在弱电网环境中的表现更优，因为它不需要受端交流系统的足够短路比来保证换相，也不需要吸收大量无功功率。此外，VSC-HVDC能够为孤立负荷提供电力，提高了电力输送的适用性。同时，VSC-HVDC能够动态补偿交流母线的无功功率，增强系统电压和功角稳定性。 总结来说，VSC-HVDC是电力工程领域的一项重要进步，它的出现极大地扩展了直流输电的应用场景，尤其对于新能源并网、弱电网支持以及电力系统灵活性提升等方面具有显著优势。随着技术的不断成熟和成本的降低，VSC-HVDC将在未来的电力系统中扮演越来越重要的角色。