1、电压源变流器的高压直流输电(VSC-HVDC)1.引言晶闸管的应用领域主要是在整流(交流-直流)、逆变 (直流-交流)、变频 (交流-交流)、斩波(直流-直流)。传统的高压直流输电采用晶闸管变流器,而新型的直流输电技术(VSC-HVDC)采用IGBT、IGCT等全控器件组成电压源变流器(VSC)完成交流-直流-交流的变换。两个VSC分别作整流器和逆变器,一个工作在定直流电压模式,另一个工作在定有功功率模式。两个变流器的无功功率都可以单独调节。其核心是利用由全控型电力电子器件构成并基于脉宽调制 ( P WM)技术控制的VS C代替了常规 HVDC中的可控硅换流器。该输电技术可向无源网络供电不会出
2、现换相失败、换流站间无需通信以及易于构成多端直流系统等。如图 1 所示,常用的两端 VSCHVDC的主要部件包括:电压源换流器( v s c )、绝缘栅双极晶体管( I G B T )、脉宽调制( P WM)、控制系统。 VSCHVDC的基本控制原理: Q=其中:Uc 为换流器输出电压的基波分量,Us为交流母线电压基波分量,为Uc和 Us之间的相角差,为换流电抗器的电抗。 2. VSC-HVDC的基本控制方式及特点定直流电压控制方式,用以控制直流母线电压和输送到交流侧的无功功率,定直流电流( 功率) 控制方式,用以控制直流电流(功率)和输送到交流侧的无功功率,定交流电压 控制方式,仅控制交流侧
3、母线电压,适用于向无源网络供电, 通常对于一个两端VSCHVDC系统,必须有一端采用定直流电压控制方式。3. VSC-HVDC的仿真 将两个230KV,2000MVA的交流系统通过VSC-HVDC相连,进行功率传输。图为仿真电路图:图中的station1和station2为两个VSC,分别做整流器和逆变器运行。以下仅对station1进行分析。VSC离散控制器模块仍然采用双闭环控制,外环根据控制目的不同为直流电压环或有功功率环。Station1为定有功功率控制。调节station1的有功功率,由1下降到0.9,在2s时其无功功率由0变为-0.1,在2.5s时station2的直流电压由1下降到
4、0.95,运行程序得仿真结果如下:Station1的直流电压波形:Station1的有功功率波形:Station1的无功功率波形: 在1.5s时station1的有功功率指令发生突变之后。其实际的有功功率能够迅速的跟随指令变化。在0.3秒内达到稳定,由于station1为定有功功率控制,因此其直流电压并不固定,而是与station2上的直流电压及直流电阻上的压降有关,将随功率而发生变化。而在2s时station1的无功功率指令突变后,其实际的无功迅速发生相应变化,而对直流电压和有功的影响很小,说明控制系统的解耦性能良好。在2.5s时的直流电压突变后,station1的直流电压随之发生变化,有功功率在短时波动后很快恢复设定值,无功功率几乎不受其影响。4.结语新型直流输电有着与传统直流输电不同的特性。首先其换流器控制量不象传统直流输电只有晶闸管触发角,而是同时有电压幅值,电压相角和频率三个可控量,其次,换流器输入输出间可以实现解耦。控制具有很大的灵活性。