文档介绍：电压源换流器型直流输电技术
引言
换流器是高压直流输电(HVDC)系统中最重要、最关键的设备。传统HVDC采用基于晶闸管的自然换相的换流器技术,但该技术存在着一些固有缺点。
1:由于触发延迟角和换相角的存在以及波形的畸变,传统的HVDC吸收的无功功率为传输直流功率的40%~60%,这就需要大量的无功功率补偿及滤波设备;
2:传统的HVDC不能向无源网络输送电能,而需要有源交流系统为其提供相电压。
电压源型换流器(Voltage Source Converter,VSC)以全控型器件为基础,电流可以自关断,可以工作在无源逆变方式,因此基于VSC的HVDC除了具有传统HVDC的有点外,还具有许多独特的优点。
1:VSC结构
根据运行原理,换流器可以分为两大类。第一类需要交流系统提供换相电压;第二类不需要交流系统提供换相电压而被称为‘自换相换流器’。
自换相换流器进一步可分为电流源型换流器(CSC)和电压源型换流器(VSC)。二者的根本差别在于:
(1):CSC在换流变压器每相二次侧绕组与换流桥之间串联电容连接,而VSC中电容连接在换流桥直流侧正负极之间;
(2):基于CSC的HVDC潮流反转是由系统的直流电压极性反转实现的,而VSC-HVDC潮流反转是由系统的直流电流方向反转实现。
1:VSC结构
图(1)为1个VSC(可以是整流器也可以是逆变器)的示意图。VSC主要是由换流变压器、换流桥和换相电容等元件构成。换流桥的桥阀有多个IGBT或GTO等全控型器件串联组成,以达到所需要的额定功率值,这些器件开关速度快,频率高,且可以在无源逆变方式;每个阀都有反向并联连接的二极管,其是负载向直流侧反馈能量的通道并使负载电流连续。换相电容的作用是为换流器提供电压支持、缓冲桥臂关断时的冲击电流和减少直流侧谐波并储备能量以控制潮流。
2:稳态功率特性
图2表示用于计算交流系统与VSC之间基频潮流的简化等值电路。
图中, , , 。交流系统以换流变压器一次侧母线电压为电势的电压源表示(为简化起见, 取该电压为参考电压, 其相位角为零)换流器则以换流变压器二次侧母线电压为电势的电压源表示, 而换流变压器用等值电抗表示(假定换流变压器无损)。
设电流及功率(仅计及基频分量)流向如图2所示, 则有如下关系:
(1)
(2)
2:稳态功率特性
由式(1)可知, 当时,P>0,VSC从交流系统吸收有功功率而运行于整流器状态;当时,P<0,VSC向交流系统送出有功功率而运行于逆变器状态。由此可知通过控制与之间的相位角即可控制有功功率的方向和大小(与传统交流系统中有功功率的控制类似)。
由式(2) 可知,系统中无功功率的传输方向由决定, 当时,Q>0,VSC吸收无功功率;当时,Q<0,VSC发出无功功率, 而相当于无功补偿装置。因此, 通过控制的模值就可以控制VSC吸收或发出无功功率及其大小。可见, VSC