56《电气卄矣》（2019.No.1）文章编号：1004-289X(2019)01-0056-03
支承辊
张圣龙，向锐
（国网湖北省电力有限公司五峰县供电公司，湖北宜昌443002）
摘要：柔性直流输电是一种新型的高压直流输电技术，如今在全世界已被广泛使用。本文首先针对柔性直流输电的历史和研究意义进行了分析，比较了柔性输电相较于交流输电的优势。接着介绍了它的基本工作原理，对换流器的发展进行了回顾。同时指出了现在国内外相关学者的研究以及目前开展的柔性直流输电工程，最后探讨了柔性直流输电今后可能研究的重点。可以看到，柔性直流输电对未来的电力输送有着至关重要的作用。
关键词：柔性直流输电；模块化多电平换流器；换流器
中图分类号:TM71文献标识码:B
Research on the Flexible DC Transmission System
ZHANG Sheng-long,XIANG Rui
(Wufeng County Power Supply Company of State Grid Hubei Electric Power
Co.Ltd.,Yichang443002,China)
Abstract:Fexible DC transmission is a new type of high voltage DC transmission technology,which has now been widely used in the world.The paper,first, Carries out analysis to flexible DC transmission history and study meaning and com・pairs advantages of flexible transmission with AC transmission.Next present its basic principle and look back develop・ment of converters.At the mcment,point out correlative scholars z study at home and abroad and the flexible DC transmis・sion enyineering for the present development point out correlative scholars z study at home and abroad and the flexible DC transmission engineering for the present development.Finally,discuss the kep point of the flexible transmission for coming research.It can be seen theat the flexible DC transmission play an importaut part for the futere power trausmission.
Key words:flexible DC trausmission；modular multilevel converter；converter
1引言
高压直流输电（High Voltage DC Transmission, HVDC）在我国电力系统中属于电力电子技术领域最
先开始应用的。在我国电力系统创建发展的初期，针对直流输电和交流输电曾经有过很长一段时间的争论，后来根据输电距离以及输电容量这两个关键因素选择交流输电，因为交流输电经过变压器可以大幅提高输电距离及输电容量，逐渐被电力行业采用。直到20世纪50年代，电力电子技术的高速发展带来了可靠的高压大功率交直流转换技术，高压直流输电开始受到人们越来越多的关注⑴。
目前，在高压直流输电系统中VSC广泛采用两电平或三电平的换流器。但是，采用多电平拓扑的VSC 能够在动态特性及谐波影响更占优势，相比于存在电压等级低、损耗较大等缺点的两电平、三电平而言，在应用上更加广泛，这在一定程度上促进了多电平拓扑在HVDC上的应用，抢占了两电平、三电平的换流器在HVDC±的市场。目前，比较常见的多电平换流器主要由以下三种：（1）中性点箱位型。该换流器在VSC输出电平数较多的情况下容易岀现悬浮电容急剧增加的状况，在很大程度上对系统控制及设备装配的正常运作带来影响；（2）级联型。该换流器在运行上面受限制，因为需要独立直流电流较多，在四象限运行受限;（3）模块化多电平型。该换流器无法用于高压直流输电场合，因为其在拓扑结构中没有公共的直流正、负极母线，无法应用在HVDC上。基于以上原因，电力系统关注和研究的重点逐渐转移到一种新型的模
块化多电平换流器上一MMC(Modular Multilevel Converter)0与传统的VSC-HVDC相比,MMC在高压直流输电系统上的应用上能够减少开关损耗，提升容量升级，提高电磁兼容性，在故障管理方面更是占有极大的优势。
2MMC-HVDC的基本结构和工作原理
MMC-HVDC系统最大的不同是能通过MMC技术进行直流功率的传输，相比于传统的采用相控换流器技术的HVDC和VSC技术的VSC-HVDC更占优势。下图为MMC-HVDC系统的单线图，该系统主要由两部分构成：两端背靠背换流站和直流线路。在图中所示的送端及受端均采用具有相同结构的MMC拓扑结构的换流器，分别用符号MMC1和MMC2表示。MMC1和MMC2之间的连接通过三相变压器与交流系统相连。用XT表示变压器的等值电感,［7皿表示交流系统的等值电源表示等值电感，表示换流站的损耗,U表示直流侧的电压，每个MMC的同步控制信号由对应的变压器低压侧母线获得。
3MMC-HVDC在国内外的研究与发展
3.1国内外研究现状
文献［2］建立了MMC-HVDC的简化等效模型，并针对矢量控制在MMC-HVDC中的应用进行了详细分析介绍。文献［3］提出了MMC-HVDC开关函数模型建立方法。文献［4］从MMC的特殊拓扑结构出发，另辟蹊径通过基于幕和理论研究基础，提出一种改进型多电平基频开关调制策略。文献［5］重点对电容电压越限的子模块的平衡控制进行研究，提出了一种更优的平衡控制策略降低开关器件的开关频率。文献［6］根据MMC的运行特性，在已有的单个IGBT器件损耗的计算方法基础上提出了MMC换流器损耗的计算方法。文献［7］提出了为MMC换流器电平数的选取原则提供工程依据。
3.2国内工程研究现状
虽然柔性直流输电技术在我国起步比较晚，但是通过电力事业的不断进步发展，目前已经取得了较好的成果。根据发展历程，对主要进程做了如下表格，见表1所示。上海南汇风电场柔性直流输电示范工程采用MMC拓扑结构，利用直流线路取代原有的交流线路，通过直流电缆将风电场换流站连接到书柔换流站，再经过交流线路连接到35kV交流系统中，工程容量为18MV-A，额定电压为±30kV，直流额定电流为300A，其换流器拓扑为MMC结构(49电平)。
该工程正式投入运行，标志着我国MMC-HVDC 取得历史的进步，实现零的突破。随着上海南汇风电场柔性宜流输电的投入运行，越来越多的输电工程得到了广泛应用。目前，大冶柔性直流输电工程也正在规划使用MMC拓扑结构。
表1我国MMC-HVDC的研究进程时间VSC-HVDC
2006-05《柔性直流输电系统关键技术研究框架》制定
2006-08柔性直流输电关键技术研究及示范工程实施
2011-03上海南汇MMC-HVDC工程——南汇风电场站成功试运行2011-04上海南汇MMC-HVDC工程——书柔站安装、调试
2011-07上海南汇MMC-HVDC工程正式投入运行
规划中大治柔性直流电工程(MMC拓扑)
3.3国外工程研究现状
铁水预处理
废水处理有机系统国外在高压柔性直流输电发展相比国内比较早，取得的成就也是比较大。
最先展开研究的是西门子公司，集中对基于MMC 拓扑的柔性直流输电技术的工程应用进行研究，并在其自身承建的工程中应用了MMC拓引。具体的TCB 工程示意图如图2所示，总的设计容量400MW，额定电压为±200kV。其规模庞大，子模块众多，输电线路长达85km，穿越旧金山-圣巴勃罗-萨斯湾的海底，旧金山换流站与匹兹堡(Pittsburgh)换流站之间通过海底的输电电缆连接，水力、地热和风能发出的电力通过线路从匹兹堡传输到旧金山，由美国加州独家承担系统运营，并由西门子公司安装承建。其正式运行于2010年11月实现联网，旧金山40%的电力供应由此系统供应，整个工程费用高达5.05亿美元⑻o
4研究展望
(1)虽然柔性直流输电的发展取得了一系列的成就，但是由于目前的输电电压等级限制以及绝缘栅双极型晶体管(Insulated-gate Bipolar Transistor,IGBT)器件的发展水平受限导致柔性直流输电进步缓慢。
现有
(下转第65
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环保的大力提倡，国家对智能微网的发展越来越受关
注。
2008年国内第一个光伏电微网实验研究系统在杭州电子科技大学正式建立，标志着智能微网在我国发展走上了一个更高的水平。该系统光伏发电比例高达50%，混合柴油发电机和蓄电池组，全年发电量预计可达120kWh，根据电量和标准煤换算，可节约48t/年，经过研究，目前已经可向两座教学楼供电，实现了智能微网零的突破。
随后，在2011年4月份，关于智能微网的专利也追随而出：由分布式发电装置、电力电子能源转换装置、储能装置、终端用户负荷以及保护与控制系统，主要用来解决小区供电不稳定问题。
总的来说，我国的智能微网还处于起步阶段，不管在技术上还是在方法上还需要进行深入研究，才能有望实现实用化、商用化，发挥其在电力供应中的良好优势。
6结论防辐射内衣
智能微网是集分布式电源、储能装置、能量转换装置、相关负荷和监控、保护装置于一体的小型电力系统，具有并网和独立两种运行能力，稳定、兼容、灵活、经济。目前，关于智能微网的研究主要集中在其运行特性、保护与控制、并网标准、运行控制与能量管理等方面。在我国，智能微网将作为实现充分利用可再生能源、节能降耗、改善偏远农村生活用电水平、提高电网防灾抗灾能力的有效措施得以广泛应用。
参考文献
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收積日期:2018-01-31
作者简介：史会«(1984.6-)，男，硕士研兗生，河北石家庄，工程师，电力系统运行与控制方向。
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的器件无法承受越来越高的电压，新型的大容量电力电子器件还有待继续研发解决此困境。
波特雷罗
变电站旧金山
匹兹堡
稀土镁合金匹兹堡变电站
<1.6km<1.6km
约85.295km
<1.6km<1.6km
AC/DC
换流站
115kV
变电站
旧金山湾一圣巴
勃罗叱萨斯灣跚
230kV
膜浓缩变电站
图2TCB I程示意图
(2)在考虑提高IGBT器件容量的同时要解决电压电流的提升导致IGBT芯片出现各种难以预料的问题。
(3)根据目前对IGBT器件制造材料的研究观察，以及在耐压水平、通流能力以及工作温度等方面存在的优势进行分析对比，碳化硅SiC是目前最有发展前景的一种材料，相比现有器件性能能够提升数倍至数十倍，同时能够实现低损耗。
(4)利用电路知识将多个换流器通过串联，并联，串并联等方式实现高压柔性直流输电。
(5)利用固定工作场合的模式实现在电力电子变换器进行研究，即这一种拓扑结构在特殊的场合下也许能够忽略它本身的缺点，极大的发扬它的可行性。
参考文献
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收稿日期:2018-01-31
作者简介：张圣龙(1977-)，男，本科，湖北五峰人，工程师，电力系统运行与控制方向。
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