柔性直流输电的发展(第6章补充)2014演示幻灯片.ppt

*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,柔性直流输电的发展与运行原理,新能源电网研究所,内 容 提 要,1,柔性直流输电的发展,2,柔性直流输电运行原理,3,柔性直流输电换流器拓扑及调制策略,4,柔性直流输电典型工程及一次设备,5,柔性直流输电,RTDS,仿真建模,6,我国柔性直流输电发展现状,2,柔性直流输电的发展,1954,年,，连接,Gotland,与瑞典大陆之间的世界上第一条高压直流输电线路建成，标志着,以电流源换流器为基础的直流输电（,LCC-HVDC,）,进入了商业化时代,。,1990,年,，加拿大,McGill,大学的,Boon-Teck Ooi,等,首次提出,使用,脉宽调制技术（,PWM,）进行,控制的,电压源换流器,直流输电,（,VSC-HVDC,）,的概念,。,1997,年,，,ABB,公司在瑞典中部的,Hallsjon,和,Grangesberg,之间建成首条工业试验,VSC-HVDC,工程,。,从此,VSC-HVDC,作为一种新兴的输电技术开始进入大发展的商业应用阶段,。,3,柔性直流输电的发展,ABB,公司称之为,轻型直流输电,（,HVDC Light,）并作为商标注册；,Siemens,公司将其注册为,新型直流,HVDC,PLUS,；,国际上电力方面的权威学术组织,CIGRE,和,IEEE,将其正式称为,VSC-HVDC,，即“电压源换流器型高压直流输电”。,国内很多专家称之为“,柔性直流（,HVDC-Flexible,）,”。,不同的称谓,4,柔性直流输电的技术特点,能对,有功和无功进行独立控制,，能给,无源网络,提供电源；,能为交流侧提供无功支持，起到,STATCOM,的作用，对电压质量和电压问题提供支撑；,换流站标准化、小型化，整体式的设计以及可以进行出厂前的调试，有利于缩短施工时间，并保证其可靠性；,无需架设架空线,，并在噪音水平、谐波畸变、电话干扰和电磁场等方面满足环境保护的要求。,5,向城市中心送电,连接分布电源,非同步联网,提高配电网电能质量,促进电力市场发展,向远方孤立负荷点送电,方便地调节有功和无功，改善系统的运行性能,风电场、小型水电厂、太阳能电站及其它新能源发电系统,用电量急增，线路走廊困难,构建地区电力供应商交换电力的可行性平台，增加运行灵活性和可靠性,快速控制有功无功，使电压、电流满足电能质量标准要求,如沿海小岛、海上钻井平台、偏僻地区负荷等,柔性直流输电的应用场合,MTDC,6,投运年,输送功率,/MW,直流电压,/kV,两侧交流电压,直流电流,/A,线路长度,/km,用途,Hellsjon,1997,3,10,10/10,150,10,工业试验,Gotland,1999,54,80,80/80,350,270,风力发电，地下电缆,Directlink,2000,180,80,132/110,342,659,电力交易，系统互联，地下电缆,Tjaerebog,2000,7.2,9,10.5/10.5,358,24.3,风力发电，示范工程,Eagle Pass,2000,36,15.9,132/132,1100,0(B-B),电力交易，系统互联，电压控制,Cross Sound Cahle,2001,330,150,345/138,1175,240,电力交易，系统互联，海底电缆,Murray Link,2002,200,150,132/220,1400,2180,电力交易，系统互联，地下电缆,世界上已投运的柔性直流输电工程,7,工程,投运年,输送功率,/MW,直流电压,/kV,两侧交流电压,直流电流,/A,电缆长度,/km,用途,TrollA,2005,242,60,56/132,400,470,绿色环保，海底电缆,Estlink,2006,350,150,400/330,1230,272,电力交易，系统互联，地下电缆,Valhall,2010,78,150,300/11,-,292,绿色环保，海底电缆,世界上已投运的柔性直流输电工程,8,工程,投运年,输送功率,/MW,直流电压,/kV,两侧交流电压,直流电流,/A,电缆长度,/km,用途,Nord E.ON 1,2009,400,150,170/380,-,203,风电并网,Caprivi Link,2009,300,350,400/330,-,970,弱电网互联,Trans Bay Cable,2010,400,200,400,-,88,大城市供电,南汇工程,2011,18,30,35,300,10,风电并网,世界上已投运的柔性直流输电工程,9,工程,投运年,输送功率,/MW,直流电压,/kV,两侧交流电压,直流电流,/A,电缆长度,/km,用途,East West Interconnector,，,UK,2012,500,200,-,1250,-,电网互联，黑启动,DolWin1,2013,800,320,150/380,1250,75,90,风电并网,Skagerrak HVDC Interconnections,（,Pole 4,）,2014,700,500,400,1400,140,104,电网互联,世界上在建的部分柔性直流输电工程,10,工程,投运年,输送功率,/MW,直流电压,/kV,两侧交流电压,直流电流,/A,电缆长度,/km,用途,INELFE,（法,-,西）,2013,2,1000,320,400/,400,1560,60,电网互联,HelWin1,(,德国,),2013,576,250,150/,380,1150,85,45,风电并网,BorWin2,(,德国,),2013,800,300,155/,400,1330,140,104,风电并网,世界上在建的部分柔性直流输电工程,11,从世界上第一个试验性的工程,赫尔斯扬（,Hellsjion,）工程至今，,VSC-HVDC,最大输电容量由,3MW,发展到,2,1000MW,，直流电压由,10kV,提升到,500kV,。,随着直流电缆制造水平和半导体器件制造工艺的快速提升，高电压大容量的柔性直流输电系统将具备应用于大规模输电网的能力。,柔性直流输电的发展趋势,12,内 容 提 要,1,柔性直流输电的发展,2,柔性直流输电运行原理,3,柔性直流输电换流器拓扑及调制策略,4,柔性直流输电典型工程,5,柔性直流输电,RTDS,仿真建模,6,我国柔性直流输电发展现状,13,传统直流输电系统（,LCC-HVDC,）的拓扑,柔性直流与传统直流的比较,14,柔性直流输电系统（,VSC-HVDC,）的拓扑（二电平为例）,柔性直流与传统直流的比较,15,电流源换流器,电压源换流器,柔性直流与传统直流的比较,晶闸管（,Thyristor,）,绝缘栅双极型晶体管,(IGBT),16,电流源和电压源换流器的比较,电流源换流器,电压源换流器,电抗器,L,作为直流侧的储能元件，电容器,C,作为交流侧的储能元件,电容器,C,作为直流侧的储能元件，电抗器,L,作为交流侧的储能元件,直流电流是单向的，直流电压极性随直流潮流而变化,直流电压是单向的，直流电流极性随直流潮流而变化,控制快速准确,控制较慢,损耗较小,损耗较大,容量大,容量相对小,故障承受能力和可靠性较高,故障承受能力和可靠性较低,柔性直流与传统直流的比较,17,HVDC,VSC-HVDC,交流侧提供换相电流，,受端为有源网络,，,且容量足够大，否则易发生换相失败,电流自关断，可向,无源网络,供电,吸收大量的无功功率，约为输送直流功率的,40,60,，,需要大量的无功功率补偿和滤波设备,不需要交流侧提供无功功率且能起到,STATCOM,的作用，即动态补偿交流母线的无功功率，稳定交流母线电压。,若,VSC,容量允许，,VSC-HVDC,系统可向故障系统提供有功功率和无功功率的紧急支援，提高系统功角电压的稳定性,。,柔性直流与传统直流的比较,18,柔性直流与传统直流的比较,HVDC,VSC-HVDC,潮流翻转时，直流电流方向不变而直流电压极性发生翻转，不利于构建多端直流输电系统,潮流翻转时直流电流反向，而直流电压极性不变，,有利于构成并联多端直流系统,换流器对于交流系统来说，除了是一个负荷（在整流站）和一个电源（在逆变站）以外，还是一个谐波电流源,采用,SPWM,技术，开关频率较高，经低通滤波后就可得到所需的交流电压，可不用换流变压器，所需滤波装置的容量也大大减小,控制量只有触发角，,2,个象限运行，不可单独控制有功功率或无功功率,可在,4,个象限运行，同时且独立控制有功和无功功率,换流站间需要通讯,换流站间的通讯不是必需的,19,此外，由于,VSC,交流侧电流可以控制，同,HVDC,，,不会增加系统的短路容量,，也即增加柔性直流输电线路后，交流系统的保护整定无需改变。,VSC-HVDC,能够提高系统阻尼，,通常情况下,不会引起发电机组的次同步振荡，而且会,提高发电机组的次同步阻尼,。,VSC-HVDC,换流站设备小型化和标准模块化模块化设计，占地面积小，设计、生产、安装和调试,周期大大缩短,，并具有,更高的可靠性,。,柔性直流与传统直流的比较,20,21,电压源换流器有多种拓扑结构，但换流器基本运行原理大致相同，假设交流系统电压,Us,相位是,s,，换流器出口电压,Uc,相位滞后,Us,角度为,，双极直流母线电压差为,Ud,则,其中，,为直流电压利用率，当,VSC,采用,SPWM,调制时，,=0.816,；,M,为调制比，定义为,VSC,输出相电压峰值与单极直流电压的比值。可见，对于交流系统而言，,VSC,可等效于一个端电压幅值、相角均可控，无旋转惯量的同步发电机。,柔性直流输电运行原理,21,22,柔性直流输电运行原理,由上图可得，从交流系统看进去的有功和无功功率为：,换流站输出电压增益,K,定义为,VSC,输出电压,与,交流系统电压,的比值；之前调制比,M,定义为,VSC,输出电压,与,直流电压,的比值。二者定义不同，但均可以反应,VSC,输出电压幅值的变化。,22,23,保持,恒定而改变,K,时，得到一系列的直线，如边界值,min,和,max,；,保持,K,恒定而改变,时，能得到一系列曲线，如,K,min,=,1,-x,K,i,=,1.0,K,max,=,1+,x,等；,当使换流站传输能力恒定将得到,|P+Q|,=1,的圆,;,VSC,的,PQ,图,柔性直流输电运行原理,23,24,通过以上分析可知，改变,VSC,输出电压的幅值和相位可以使其连续运行在功率圆内的任意一点。因此，它能完全,独立解耦地控制有功功率和无功功率,的交换。,若不需要传输有功功率，换流站可以作为,STATCOM,运行，为交流系统,提供容性或感性无功支持,，这与传统,HVDC,需要消耗大量无功功率是有本质区别的。,柔性直流输电运行原理,24,内 容 提 要,1,柔性直流输电的发展,2,柔性直流输电运行原理,3,柔性直流输电换流器拓扑及调制策略,4,柔性直流输电典型工程,5,柔性直流输电,RTDS,仿真建模,6,我国柔性直流输电发展现状,25,柔性直流输电换流器拓扑及调制策略,拓扑结构,1,两电平结构,现在世界范围内已投运的柔性直流输电大多为两电平结构,26,三电平结构也有工程投运，比两电平结构开关频率低，损耗小。,拓扑结构,2,三电平结构,柔性直流输电换流器拓扑及调制策略,27,模块化多电平换流器（,MMC,）由西门子公司首先实施,拓扑结构,3,多电平结构,1,（半桥）,柔性直流输电换流器拓扑及调制策略,28,正常工作状态下，子模块（,SM,）可以输出,0,或电容电压,MMC,的子模块工作状态,29,MMC,各相任意时刻导通子模块数相同，以维持直流电压恒定。,MMC,的多电平波形生成机制,30,MMC,与,2,、,3,电平,VSC,对比,投资成本较低,模块化设计,输出滤波器容量小,开关频率低损耗小,电压谐波畸变率小,MMC,输出的多电平波形,两、三电平,VSC,输出波形,MMC,的技术优势：,MMC,31,适合于,MMC,的调制策略,MMC,调制策略的本质是使,MMC,输出所期望的多电平波形，工程中主要采用,载波移相正弦脉宽调制（,CPS-SPWM,）,和,最近电平逼近调制（,NLM,）,，其中,CPS-SPWM,适用于电平数较低的场合，,NLM,适用于具有极高电平数的场合。,CPS-SPWM,调制示意图,32,适合于,MMC,的调制策略,NLM,调制示意图,已建成的美国,TBC,工程以及上海南汇风电场都采用,NLM,结合电容电压排序均压方法。,33,ABB,公司提出的级联两电平（,Cascaded Two Level,CTL,）结构,拓扑结构,4,多电平结构,2,（,CTL,）,柔性直流输电换流器拓扑及调制策略,34,CTL,结构本质上与,MMC,类似，输出电压仍为多电平，但由于,ABB,公司具有,IGBT,直接串联,的技术优势，,CTL,结构中子模块耐压提高，在相同直流电压和容量下，其电平数可大大降低，简化了控制系统以及所需,I/O,接口数目。,ABB,公司正在建设以,CTL,结构为换流器拓扑的柔性直流输电工程，预计,2013,年投运。,拓扑结构,4,多电平结构,2,（,CTL,）,柔性直流输电换流器拓扑及调制策略,35,ALSTOM,公司提出的全桥多电平结构,拓扑结构,5,多电平结构,3,（全桥）,柔性直流输电换流器拓扑及调制策略,（,a),全桥多电平结构,（,b,）子模块结构,36,ALSTOM,公司提出的新型混合级联多电平结构,拓扑结构,6,多电平结构,4,（新型混合级联）,柔性直流输电换流器拓扑及调制策略,37,38,MMC,与,2,、,3,电平的比较,与,2,、,3,电平,VSC,相比，,MMC,的储能电容分布在桥臂中，桥臂可等效为可控电压源，因此子模块,电容电压平衡控制,和,相间环流抑制,使其控制系统变得复杂。,与,2,、,3,电平,VSC,相同，,MMC,也无法穿越直流故障，必须采用可靠性较高的直流电缆，直流故障时必须闭锁换流器同时跳开交流断路器来保护换流器，电力传输被迫中断。,38,39,MMC,存在问题及发展趋势,基于,MMC,所具备的优点，以及为了打破,ABB,公司在,IGBT,串联技术上的垄断，世界范围内在建的柔性直流工程，大多采用,MMC,结构。,39,40,MMC,存在问题及发展趋势,2000MW,换流器将在不远的将来投入市场；,基于,MMC,换流器拓扑的柔性直流输电是未来直流输电领域的发展趋势；,多端直流,输电以及,直流断路器,是研究热点。,会议得到的其他信息,2011,年电力系统及能源国际会议（,EPEC2011,）在加拿大曼尼托巴省温尼伯市举行，会上,TransGrid Solutions(TGS),公司总裁,Mohamed Rashwan,指出,：,40,内 容 提 要,1,柔性直流输电的发展,2,柔性直流输电运行原理,3,柔性直流输电换流器拓扑及调制策略,4,柔性直流输电典型工程,5,柔性直流输电,RTDS,仿真建模,6,我国柔性直流输电发展现状,41,42,西门子公司建设的世界上第一个采用,MMC,结构的柔性直流输电工程：,HVDC PLUS,工程,“Trans Bay Cable Project,（,TBC,）”，已于,2010,年投运。工程的目的是用来消除加利福尼亚州匹兹堡到旧金山之间的输电瓶颈并增强系统的安全性和可靠性。工程投运初期前,6,个月曾遇到一些问题，现在运行正常（,EPEC2011,会议,ALSTOM,工程师提到）。,柔性直流输电典型工程,42,43,柔性直流输电典型工程,“,Trans Bay Cable Project,”,传输容量：,400MW,直流电压：,200kV,桥臂子模块数：,216,“,Trans Bay Cable Project”,43,44,柔性直流输电典型工程,TBC,工程系统结构示意图,44,45,柔性直流输电典型工程,TBC,工程电缆的铺设,45,46,柔性直流输电典型工程,TBC,工程阀厅的布置,46,建成后把匹兹堡富余电力送到旧金山，避免在旧金山新建电厂；,两端换流站均位于市区，基于多电平换流器的换流站占地面积小，噪声低；,工程总体造价约为,40,亿美金，西门子订单约为,15,亿美金；,西门子第一个柔性直流输电工程，同时也是第一个采用多电平换流器的柔性直流输电工程，已在,2010,年,4,月份正式投运,3.4,基于,VSC-HVDC,城市中心供电案例,跨湾项目工程概况及参数,47,额定输送容量：,400 MW,额定直流电压：,200 kV,额定直流电流：,1000 A,传输电缆长度：,2 88 km,3.4,基于,VSC-HVDC,城市中心供电案例,跨湾项目工程概况及参数,48,与常规直流方案换流站相比减少了占地,3.4,基于,VSC-HVDC,城市中心供电案例,49,3.4,基于,VSC-HVDC,城市中心供电案例,比较项目,HVDC,HVDC PLUS,方案,换流站建筑物高度,19.8,米,10.7,米,旧金山伊利诺伊街道噪音,72dB,48dB,避雷针高度,26,米,20,米,覆盖区域,20,200,平方米,12,100,平方米,交流滤波器,需要,不需要,布局大量设备导致布局,受限,可以较为灵活布置，美观,变压器,换流变压器,可使用常规变压器，体积较小,无功支持,无,两换流站能够提供,170,至,-300Mvar,无功,受端电源,需要,不需要,HVDC PLUS,与,HVDC,的比较,50,换流桥,换流变压器,换流电抗器,交流滤波器,直流电容器,直流电缆,控制与保护系统,VSC-HVDC,的设备,主要由七部分构成：,51,52,VSC-HVDC,的设备,1,换流桥,换流桥每个桥臂是由若干个,IGBT,级联而成。对于大容量换流器，每臂可能有上百个,IGBT,级联而成。,IGBT,旁边都反并联一个二极管，它不仅是负载向直流侧反馈能量的通道，同时也起续流的作用。,53,VSC-HVDC,的设备,2,换流变压器,不同于,CSC-HVDC,，,VSC-HVDC,并不需要特殊的换流变压器或移相变压器，其所用换流变压器与,常规的单相或三相变压器大体类似,。,54,VSC-HVDC,的设备,3,换流电抗器,换流电抗器是,VSC,与交流侧能量交换的纽带，决定有功功率与无功功率的控制性能,作用,滤除换流器所产生的特征谐波，以,获得期望的基波电流和基波电压；,抑制直流过电流的上升速度。,55,VSC-HVDC,的设备,4,直流电容器,作用,：,为逆变器提供电压支撑；,缓冲桥臂关断时的冲击电流；,减小直流侧谐波。,56,VSC-HVDC系统简介-直流电容器,57,VSC-HVDC,的设备,5,交流滤波器,换流站在较高的开关频率下，其输出的交流电压和电流中含有的低次谐波很少。,换流电抗器的滤波作用使得电流的谐波较容易符合标准。然而，在没有任何滤波装置的情况下，输出的交流电压中还含有一定量的高次谐波，且其总的谐波畸变率并不能达到相关的谐波标准。故装设小容量滤波器。,作用,：,滤去交流侧电压谐波分量；,对系统提供部分无功补偿的作用。,但是，交流滤波器的设计需要与换流电抗器配合。,58,VSC-HVDC,的设备,5,交流滤波器,从交流系统侧看过去，,VSC-HVDC,等效为一个谐波电压源,(,图,a),。其中，,L,c,是换流电抗，,L,s,是系统等效电抗。,图,b,是,h,次谐波电压等效网络，使交流滤波器的,h,次谐波阻抗近似为零，则其与交流系统的等效阻抗,X,eq,便远远小于换流电抗器的阻抗,X,c,(,图,c),。,于是，,h,次谐波电压,u,h,便近乎全部地降落在,X,c,上，系统所分得的那部分电压就很少。这就是,VSC,系统中滤波器的工作原理。,59,内 容 提 要,1,柔性直流输电的发展,2,柔性直流输电运行原理,3,柔性直流输电换流器拓扑及调制策略,4,柔性直流输电典型工程,5,柔性直流输电数字物理闭环仿真,6,我国柔性直流输电发展现状,60,61,柔性直流输电数字物理闭环仿真,柔性直流输电系统在投运前非常有必要对所采用的控制保护策略以及物理控制器进行,实时仿真验证,，以保证工程投运后的可靠性。,2,、,3,电平,VSC-HVDC,在,RTDS,下建模较容易实现，,MMC-HVDC,在,RTDS,中全数字建模以及数字物理混合仿真往往受限于,RTDS,中板卡数目以及,I/O,接口数目，是当前国内外研究热点。,课题组,2010,年与网联公司合作项目“,多电平柔性直流输电系统,RTDS,模型研究,”，对,MMC-HVDC,在,RTDS,中建模进行了基础研究。,61,62,MMC,在,RTDS,下建模难点,（,1,）需要在,RTDS,小步长环境下建模,MMC,开关频率低，可以考虑在,RTDS,大步长下建模，但大步长下没有,IGBT,及二极管的现成模型，受硬件资源限制，,MMC,与两、三电平,VSC,一样必须在,小步长下建模,，则需要研究其与外部变压器、电缆线路及其它部分的接口设计原理。,（,2,）,MMC,与两、三电平,VSC,建模的不同点,两、三电平,VSC,可以直接使用,RTDS,小步长下已有模型建模；,MMC,必须使用,RTDS,公司新近开发的,CHAINV3,模块,进行建模，其使用方法相对较复杂。,62,63,MMC,在,RTDS,下建模难点,（,3,）,RTDS,硬件资源限制,MMC,的电平数越高，利用,CHAINV3,模块对其进行建模时所需,GPC,卡数量,也越多。例如对双端,17,电平,MMC-HVDC,在,RTDS,下建模时，共需两个,RACK,，,10,块,GPC,卡。,为了研究,RTDS,与外部物理控制器的接口设计方法，使用,GTDO,和,GTDI,卡实现,MMC,的控制脉冲经,RTDS,外部循环。,MMC,的电平数越高，所需板卡数量也越多。目前只能实现单端,17,电平,MMC-HVDC,控制脉冲的外部循环。,63,64,网联公司多电平建模项目研究内容,多电平柔性直流输电的主回路建模,。利用,RTDS,专门为仿真高频动作的全控型电力电子器件而设计的小步长（,1.42.5s,）仿真模型，建立多电平柔性直流输电换流阀组及触发脉冲发生装置的仿真模型，并采用具有高速运算能力的,GPC,处理器对小步长模型进行求解，研究柔性直流输电的换流特性。,多电平柔性直流输电换流器模型与外部控制器的接口设计,。研究,RTDS,与外部控制设备的连接和板卡配置方案，以满足实时性要求。,小步长换流器模型与外部电路的接口设计,。利用,RTDS,研究小步长子系统模块封装技术及其与大、小步长变压器、电缆线路及其它部分的接口设计方法。,64,65,MMC,在,RTDS,下建模方法,利用,RTDS,中,已有,开关,器件建模,一个,Bridge Box,无法实现,所需要的,MMC,仿真,规模,。,考虑使用小线路模型（,VSC Cross Card Bergeron,TLine,model,）,增加,仿真,规模,。,65,66,MMC,在,RTDS,下建模方法,使用,一块,GPC,卡,对,MMC-HVDC,的,两相建模，可以达到的仿真,规模,如右图所示：,利用,RTDS,自带的元件采用,VSC Cross Card Bergeron Tline Model,可以在一定程度上增大仿真规模，但是仍,无法,从根本上解决仿真,规模受限,的问题。,66,67,MMC,在,RTDS,下建模方法,考虑利用,CBuilder,在大步长下,建模,大步长下没有,IGBT,及二极管的现成模型，需要利用,RTDS,中,CBuilder,自定义；,一个,GPC,处器只可以处理,5,个自定义元件；,限于硬件资源无法实现,MMC,在大步长下建模。,67,68,MMC,在,RTDS,下建模方法,利用,CHAINV3,对,MMC,拓扑结构建模,RSCAD 2.015,从,2009,年,11,月开始可以下载使用,CHAINV3,模块,，如下图所示：,68,69,MMC,在,RTDS,下建模方法,（,1,）一块,GPC,处理器可以处理的模块数（半桥数）,每个,GPC,处理器可以容纳,56,个半桥。经过测试，在,Bridge Box,中不包括变压器时，一个,GPC,处理器上的半桥数不超过,48,个时可以成功编译；半桥数超过,48,不超过,54,编译时会有警告，但可以通过。在,Bridge Box,中包括变压器（如下图）时，一个,GPC,处理器上的半桥数不超过,48,个时可以成功编译；半桥数超过,48,时编译出现错误，无法通过。,69,70,MMC,在,RTDS,下建模方法,（,2,）一块,GPC,处理器处理一相桥臂的能力,如果将两个,CHAINV3,模块分配到一个处理器上，每个模块最多只能容纳,19,个,SM,模块。,（,3,）三块,GPC,卡处理三相,MMC,电路的能力,建立三相的,MMC,模型，通过小步长线路模型进行互联。,经过测试，有如下结论：,采用小步长线路模型联接时，,MMC,模型可达到每个桥臂,37,个子模块的规模；但是小步长传输线需增长来使,传输时间大于,最大的,小步长时间,（,3s,）。,70,71,MMC,在,RTDS,下建模方法,测试电路如下图、右图：,主电路,VB1,中,A,相拓扑图,71,72,小步长线路模型对,MMC,模型的影响,采用小步长线路模型可以扩大仿真规模，达到所需要的,MMC,的电平数。但引入小步长线路模型后不能使,MMC,换流器的运行特性发生改变，因此要分析,小步长线路模型对,MMC,换流器运行性能的影响,。,在,RTDS,中小步长线路模型有两种形式，一种是由,TLine,元件形成的小步长线路模型，另一种是基于,TLines,数据文件的小步长线路模型。将两者分别称为,小步长线路模型（,TLine,元件）,与,小步长线路模型（,TLines,数据文件）,。,72,73,小步长线路模型对,MMC,模型的影响,测试方法,：,建立简单的测试电路，对小步长线路模型的基本使用方法及对电路性能的影响进行简单的测试和验证。,测试所用电路：,主电路拓扑结构的,电平数为,3,。,子模块中的电容器用理想电源来代替，目的只是为了简单测试控制系统的正确性。,控制系统为采用,CBuilder,自定义的三电平脉冲控制系统。,73,74,小步长线路模型对,MMC,模型的影响,利用,RTDS,原有模型,以及,CHAINV3,模块搭建三电平,MMC,整流器，对,采用,小步长线路模型和,未采用小步长线路,的整流器特性进行对比分析。,74,75,MMC,在,RTDS,下建模方法,研究确定了采用,RTDS,中,CHAINV3,模块对,MMC,换流阀建模,研究并掌握了小步长换流器模型与外部电路的接口设计方法,研究发现，当变压器选择三角形,/,星型接地的联接组别且采用小步长线路模型时，单个,CHAINV3,模块最多可以实现,38,电平。将若干个,CHAINV3,模块串联仿真一个桥臂，可以扩大仿真规模，但对,RTDS,的硬件资源有更高要求,研究并掌握了多电平柔性直流输电模型触发脉冲外部循环的板卡配置方法，分别建立了控制脉冲经,RTDS,外部循环及内部直接触发的双端,17,电平,MMC-HVDC,小步长仿真模型,75,76,柔性直流输电数字物理闭环仿真,1,购买了两块,GTDI,板卡，与一块,PXI-7813R,，投资,12.7,万元。,2,依托,RTDS,，建立了一个包括外置控制器的闭环,11,电平,MMC-HVDC,系统，实现基本闭环控制功能。,3,基于,PXI,虚拟仪器系统，投入,14,万元。,1,1,1,76,77,柔性直流输电数字物理闭环仿真,1,1,RTDS与PXI开环实验,RTDS,（MMC-HVDC一次系统）,PXI,（MMC-HVDC监控系统）,触发脉冲,11电平开环触发阶梯波波形图,一次系统中换流器没有与交流系统相连；,开环系统主要用于解决信号采集、传输、基本处理等问题,77,78,柔性直流输电数字物理闭环仿真,1,1,1,RTDS与PXI闭环实验：,触发脉冲,一次系统中，换流器已与交流系统相连；,闭环系统主要解决基本控制功能程序的搭建和相关参数的调试,系统状态量,RTDS,（MMC-HVDC一次系统）,PXI,（MMC-HVDC监控系统）,78,79,柔性直流输电数字物理闭环仿真,1,1,1,RTDS与PXI闭环实验：,RTDS,GTAO,GTDI,PXI,DO接线盒,AI接线盒,79,80,柔性直流输电数字物理闭环仿真,1,RTDS与PXI闭环实验：,11电平闭环触发信号传输装置,80,81,柔性直流输电数字物理闭环仿真,1,RTDS与PXI闭环实验：,11电平闭环运行实际装置,81,82,柔性直流输电数字物理闭环仿真,1,RTDS与PXI闭环实验：,11电平闭环触发换流器出口电压波形图,82,83,柔性直流输电数字物理闭环仿真,1,RTDS与PXI闭环实验：,定有功控制下有功波形,定交流电压控制下电压有效值,83,内 容 提 要,1,柔性直流输电的发展,2,柔性直流输电运行原理,3,柔性直流输电换流器拓扑及调制策略,4,柔性直流输电典型工程,5,柔性直流输电,RTDS,仿真建模,6,我国柔性直流输电发展现状,84,85,1-,上海南汇风电场柔性直流输电工程：,投运时间：,2011,年,7,月,传输功率：,18MW,直流电压,:,30kV,MMC,电平数,:,49,我国柔性直流输电发展现状,85,86,1-,上海南汇风电场柔性直流输电工程：,2011,年,7,月,25,日，亚洲首项柔性直流输电示范工程,上海南汇风电场柔性直流输电工程投入正式运行。这是我国第一条拥有完全自主知识产权、具有世界一流水平的柔性直流输电线路，它的成功投运标志着我国在智能电网高端装备方面取得重大突破，国家电网公司成为世界上掌握该项技术的少数几家公司之一。,我国柔性直流输电发展现状,86,系统参数：,额定容量：,200MW,直流电压,:160 kV,2013,年,12,月,25,日，南方电网建设的世界第一个多端柔性直流输电示范工程、国家“,863”,计划项目,广东汕头南澳,160,千伏多端柔性直流输电示范工程正式投运。这标志着南方电网公司攻克了多端柔性直流输电控制保护这一世界难题，成为世界上第一个完全掌握多端柔性直流输电成套设备设计、试验、调试和运行全系列核心技术的企业。,该工程分别在广东汕头南澳岛上的青澳、金牛各建设一座换流站，在大陆澄海区建设一座换流站，三个站容量分别为,5,万千瓦、,10,万千瓦和,20,万千瓦，建设直流电缆混合输电线路,40.7,公里。未来岛上还将建设一座接纳海上风电的换流站。工程每年能输送风电,5.6,亿千瓦时，以国家能源局公布的最新,6000,千瓦及以上供电标准煤耗率（,326,克,/,千瓦时）计算，相当于减少标煤消耗,18.3,万吨，减少二氧化碳排放,48.6,万吨。目前国际上尚无多端柔性直流输电工程实践经验。国家科技部,2011,年将“大型风电场柔性直流输电接入技术研究与开发”课题列入国家,863,科技计划重大专项，把南澳多端柔性直流输电工程作为我国第一个自主化示范工程。该工程是我国继,800,千伏特高压直流输电工程之后，在国际直流输电领域取得的又一重大创新成果，为远距离大容量输电、大规模间歇性清洁电源接入、多直流馈入、海上或偏远地区孤岛系统供电、构建直流输电网络等提供安全高效的解决方案。该项目展示与示范了柔性直流输电在风电接入方面的技术优势，能至少提高风电利用率,5%,10%,。工程所有核心设备以及控制保护系统均为国内首次研发，具有,100%,自主知识产权。“柔性”是相对于常规直流输电技术而言，采用先进的大功率电力电子器件组成的电压源换流器（,VSC,），可以依据电网需要，灵活快捷地改变电能输送的大小和方向，并提供更优质的电能质量。多端柔性直流输电系统模块化多电平（,MMC,）技术，可灵活接入多个站点的风能、太阳能、地热能、小水电等清洁能源，通过一个大容量、长距离的电力传输通道，到达多个城市的负荷中心。这为新能源并网、大型城市供电以及孤岛供电等场合提供了一种有效的解决方案。,87,我国柔性直流输电发展现状,2-,南澳风电场柔性直流,863,项目示范工程,87,该工程分别在广东汕头南澳岛上的青澳、金牛各建设一座换流站，在大陆澄海区建设一座换流站，三个站容量分别为,5,万千瓦、,10,万千瓦和,20,万千瓦，建设直流电缆混合输电线路,40.7,公里。未来岛上还将建设一座接纳海上风电的换流站。工程每年能输送风电,5.6,亿千瓦时，以国家能源局公布的最新,6000,千瓦及以上供电标准煤耗率（,326,克,/,千瓦时）计算，相当于减少标煤消耗,18.3,万吨，减少二氧化碳排放,48.6,万吨。,88,我国柔性直流输电发展现状,88,目前国际上尚无多端柔性直流输电工程实践经验。国家科技部,2011,年将“大型风电场柔性直流输电接入技术研究与开发”课题列入国家,863,科技计划重大专项，把南澳多端柔性直流输电工程作为我国第一个自主化示范工程。该工程是我国继,800,千伏特高压直流输电工程之后，在国际直流输电领域取得的又一,重大创新成果,，为远距离大容量输电、大规模间歇性清洁电源接入、多直流馈入、海上或偏远地区孤岛系统供电、构建直流输电网络等提供安全高效的解决方案。该项目展示与示范了柔性直流输电在风电接入方面的技术优势，能至少提高风电利用率,5%,10%,。工程所有核心设备以及控制保护系统均为国内首次研发，具有,100%,自主知识产权。,89,我国柔性直流输电发展现状,89,衢山岛,嵊泗岛,岱山岛,舟山岛,芦潮港,洋山岛,我国柔性直流输电发展现状,3-,舟山,5,端,MMC-HVDC,直流输电工程启动建设,系统参数：,额定容量：,400MW,直流电压,:200 kV,2013,年,8,月,20,日，舟山多端柔性直流输电示范工程衢山换流站工程进入施工状态，标志着世界首个五端柔性直流输电工程进入全面施工阶段。,90,舟山,200,千伏多端柔性直流输电工程是国家电网公司重大科技示范工程，是世界上第一个五端柔性直流输电工程。该工程包括五站五线四缆一基地，共,15,个子项目，总投资,41.4,亿元。工程将在定海、岱山、衢山、洋山、泗礁各建设一座换流站，容量分别为,40,万千瓦、,30,万千瓦、,10,万千瓦、,10,万千瓦、,10,万千瓦；建设直流电缆输电线路,141,千米，交流,220,千伏输电线路,22.5,千米，交流,110,千伏输电线路,15.2,千米。,91,我国柔性直流输电发展现状,91,2014,年,5,月,14,日，随着联结变冲击的顺利完成，舟山多端柔性直流输电示范工程泗礁换流站正式启动带电调试，这是继定海、岱山、衢山后第,4,个正式启动的换流站，为后期,5,站联调的顺利开展奠定良好基础，标志着该工程系统调试工作进入冲刺阶段。,下阶段，工程,5,站五端联调工作将于,5,月,19,日开始具备条件，预计,5,月底实现全面建成。届时将极大改善舟山海岛电网网架结构，提高海岛电网供电可靠性，为风能等清洁能源开发与接入打下坚实的基础，为群岛新区跨越式发展提供坚强的电力保障。,92,我国柔性直流输电发展现状,92,4-,大连跨海柔性直流输电重大科技示范工程,系统参数：,额定容量：,1000MW,直流电压,:320 kV,海底电缆,大连,东北大陆,93,我国柔性直流输电发展现状,93,4-,大连跨海柔性直流输电重大科技示范工程,世界上容量最大跨海,柔性直流输电工程,将在大连开工建设，工程容量,1000,兆伏安，全长约,50.2,公里，预计投资,51,亿元人民币，,2,、,3,年内建设完成。,该工程被称为大连市区供电的第二条,生命线,，采用具有世界一流水平的柔性直流输电技术从海上,引电,，新建一条大连市区与东北大陆相连的高级电网通道。,根据大连电网供电可靠性的需求以及国内现有的技术和制造水平，柔性直流输电工程规模确定为：送端、受端换流站都按,3,台,350,兆伏安单相变压器设计，直流输送容量,100