柔性直流輸電技術發展與應用柔性直流輸電技術目錄三柔性直流技術國內需求一二柔性直流技術國內發展趨勢柔性直流技術國內發展現狀四概述目錄三柔性直流技術國內需求一二柔性直流技一概述一概述1、概述1）直流輸電系統直流輸電系統框圖換流器分類：電流源型

換流器采用晶閘管等半控型器件構成電壓源型換流器采用IGBT、IEGT等全控型器件構成1、概述1）直流輸電系統直流輸電系統框圖2）常規直流（超/特壓直流）工作原理

●晶閘管器件●電流源1、概述2）常規直流（超/特壓直流）工作原理●晶閘管器件●換流閥換流閥整流站逆變站控制保護系統負責整個換流站主要設備的啟停控制、故障保護和實時數據采集與監視--------換流站的中樞神經換流閥是直流工程特有的關鍵設備，實現交直流變化功能--------換流站的心臟1、概述換流閥換流閥整流站逆變站控制保護系統負責整個換流站主要設備的雙閥組串聯特高壓控制系統分層控制總體構架1、概述雙閥組串聯特高壓控制系統分層控制總體構架1、概述許繼柔性輸電系統公司云廣特高壓（±800kV/5000MW）向上特高壓±800kV/6400MW1、概述

●±800kV/5000A

8000MW（在建）

●

±1100kV/5000A

11000MW（通過鑒定）

●6250A（通過型式試驗）

許繼柔性輸電系統公司云廣特高壓（±800kV/5000MW3）柔性直流輸電技術概念CIGRE和IEEE：VSC-HVDC；ABB：HVDC-Light；Siemens：HVDC-Plus；Alstom：HVDC-Maxsine中國：柔性直流輸電（HVDC-Flexible）（VSC-HVDC）1、概述3）柔性直流輸電技術概念CIGRE和IEEE：VSC-4）柔性直流輸電的工作原理1、概述4）柔性直流輸電的工作原理1、概述4）柔性直流輸電的工作原理1、概述4）柔性直流輸電的工作原理1、概述許繼柔性輸電系統公司

◆變壓器◆換流電抗器◆IGBT閥或IGCT閥◆

直流濾波電容器◆交流濾波器5）柔性直流輸電的系統框圖1、概述許繼柔性輸電系統公司5）柔性直流輸電的系統框圖1、概述許繼柔性輸電系統公司6）柔性直流輸電的換流器拓撲1、概述許繼柔性輸電系統公司6）柔性直流輸電的換流器拓撲1、概述7）CSC-HVDC與VSC-HVDC對比1、概述7）CSC-HVDC與VSC-HVDC對比1、概述7）CSC-HVDC與VSC-HVDC對比1、概述7）CSC-HVDC與VSC-HVDC對比1、概述7）CSC-HVDC與VSC-HVDC對比1、概述7）CSC-HVDC與VSC-HVDC對比1、概述8）柔性直流輸電發展歷程-國外1990年，加拿大McGill大學Boon-TeckOoi等人首先提出用PWM控制的VSC進行柔性直流輸電。

1997年3月，ABB公司進行了首次VSC-HVDC的工業試驗，瑞典中部赫爾斯揚工程。1999年，ABB公司在歌德蘭島投入運行了世界上第一個商業化柔性直流輸電工程，從此揭開了柔性直流輸電工程在世界范圍內應用的序幕。2010年，由Siemens承擔的世界首個模塊化多電平柔性直流輸電工程-美國TBC工程投運，為柔性直流輸電揭開了新的篇章。1、概述8）柔性直流輸電發展歷程-國外1990年，加拿大McGill8）柔性直流輸電發展歷程-國內2006年，國家電網公司提出“柔性直流輸電關鍵技術研究框架”，開始進行基礎理論和前期技術研究。

2009年，技術路線調整為模塊化多電平方式，并完成前期技術研究，開始進入樣機研制階段。2010年，完成樣機研制并開始進入南匯風電接入工程實施階段；2011年，完成設備調試并進入試運行階段。目前國內有南澳風電接入（國家863計劃）和舟山海島供電（國網科技項目）兩個多端工程正在實施。1、概述8）柔性直流輸電發展歷程-國內2006年，國家電網公司提出“二柔性直流技術國內需求二柔性直流技術國內需求海島供電新能源接入混合直流輸電城市電網柔性分區與組環技術多端柔性直流輸電城市輸配電

總體來講，國內柔性直流輸電主要有以下6個方面的需求：海島供電新能源接入混合直流輸電城市電網柔性多端柔性城市輸配電1、海島供電海島電網遠離大陸自成體系，難以與大電網互聯，供電可靠性差；海島用電負荷小、波動大，設備、燃料利用率低，電網建設落后，電能質量差。構建海島電網海上平臺供電實現與陸地大電網異步互聯，提高供電可靠性；形成海島間多端供配電系統，提高潮流調配靈活性和供電質量；為偏遠無源負荷供電。1、海島供電海島電網遠離大陸自成體系，難以與大電網互聯，供電2、新能源接入太陽能和風能等新能源的間歇性，導致輸出功率波動進而引起交流接入系統電壓波動，穩定性差；能源分散性大，遠離負荷中心，在大容量遠距離場合，利用交流輸電接入很不經濟。緩解由于輸出功率波動引起的電壓波動問題，提供輸電穩定性；有效隔離交流系統短路故障，顯著改善風電場運行電網環境；遠距離輸電無需補償設備，大大提高新能源的消納能力。大規模海上風電接入2、新能源接入太陽能和風能等新能源的間歇性，導致輸出功率波動3、城市輸配電采用地埋式直流電纜，同時滿足城市對于環保的約束和占地限制；通過快速控制有功和無功功率，解決電壓波動問題，改善供電質量；形成城市多端直流電網，提高系統穩定性和潮流控制靈活性，同時解決交流系統增容導致的短路電流超限問題。由于城市復雜負荷特性的影響，使得城市電網動態無功支撐需求巨大，進而引發電壓穩定性等問題；負荷快速增長，使得城市電網不斷增加交流系統供電容量，引發了短路電流超標問題；城市嚴格的環保約束和占地限制，使得城市負荷中心供用電出現較大矛盾。構建城市直流供配電網3、城市輸配電采用地埋式直流電纜，同時滿足城市對于環保的約束4、多端柔性直流易于實現一體化的多落點供受電網絡，增強潮流配置靈活性；將交流電網通過柔性直流分區互聯，解決大電網區域穩定性問題；構建未來直流電網體系。由于單點供受電網絡可控性差，抗擾動能力弱，迫切需要構筑多點饋受電系統；為避免形成電磁環網，交流系統只能構筑輻射式供電網絡，且存在同步穩定性問題；傳統直流由于潮流翻轉直流電壓極性改變的特點，不適于構筑多端系統。多端柔性直流輸電系統拓撲并聯型多端柔性直流輸電系統典型結構4、多端柔性直流易于實現一體化的多落點供受電網絡，增強潮流配5、混合直流輸電傳統直流輸電容量巨大，但是存在無功補償、諧波抑制、換相失敗等突出問題；柔性直流雖然具有控制靈活、響應迅速、能實現無源供電等眾多優點，但是輸電容量還十分有限。通過混合輸電協調控制技術，實現傳統直流與柔性直流的優勢互補，在保證系統穩定性的同時大幅提升輸電容量混合直流輸電系統拓撲結構5、混合直流輸電傳統直流輸電容量巨大，但是存在無功補償、諧波6、城市電網柔性分區與組環技術隨著社會經濟的發展，城市負荷增長迅速，城市電網的擴容帶來了短路電流超標問題；為限制短路電路，常規的做法是進行分區供電，但又帶來了可靠性差，潮流分布不均的問題。實現供電分區的互聯，形成軟分區，提高分區間的有功功率支援能力；為本地分區提供動態無功功率支撐，提高供電質量；實現環網解列，隔離交流系統故障，并降低短路電流水平。城市電網柔性分區組環示意圖6、城市電網柔性分區與組環技術隨著社會經濟的發展，城市負荷增三柔直國內技術發展現狀三柔直國內技術發展現狀從以下5方面進行介紹：拓撲結構關鍵技術突破示范工程建設產品研制試驗能力構建從以下5方面進行介紹：拓撲結構關鍵技術突破示范工程建設1、拓撲結構1.1發展歷程基于器件串聯的兩電平基于器件串聯的三電平模塊化多電平混合式多電平1、拓撲結構1.1發展歷程基于器件串聯的兩電平基于器件串1、拓撲結構1.2MMC的優勢從根本上解決了兩電平或三電平對于依賴器件串聯升壓帶來的均壓問題IGBT開關頻率很低，減小了系統電磁噪聲，提高了系統整體傳輸效率由于電平數的大量提高，使得換流系統并網點諧波含量很少，無需交流側高頻濾波器，節省了投資成本和占地面積模塊化的結構使得容量拓展和冗余設計更為容易1、拓撲結構1.2MMC的優勢從根本上解決了兩電平或三電1、拓撲結構1.3主接線形式IGBT開關頻率很低，減小了系統電磁噪聲，提高了系統整體傳輸效率模塊化的結構使得容量拓展和冗余設計更為容易從根本上解決了兩電平或三電平對于依賴器件串聯升壓帶來的均壓問題從根本上解決了兩電平或三電平對于依賴器件串聯升壓帶來的均壓問題系統組成簡單，控制保護邏輯易于實現；聯接變壓器不承受直流偏置電壓，成本低，但直流線路絕緣要求高；接地系統根據系統參數權衡配置，適用于低壓小容量場合。雙極系統特點偽雙極系統特點系統組成較負責，雙極控制保護設備需進行邏輯配合；聯接變壓器承受直流偏置電壓，但直流線路絕緣要求低；易于分期擴建，運行方式靈活，適用于高壓大容量場合。雙極系統主接線示意圖偽雙極系統主接線示意圖1、拓撲結構1.3主接線形式IGBT開關頻率很低，減小了313300V系列模塊式IGBT

2換流閥功率器件選擇313300V系列模塊式IGBT2換流閥功率器件選擇3、關鍵技術的突破3.1建模仿真技術柔性直流建模仿真技術主要包含：電力系統潮流計算及穩定性分析-PSS/E；柔性直流系統電磁暫態仿真-PSCAD/EMTDC；柔性直流系統數字閉環控制器設計及性能測試-Matlab/Simulink。突破的重點核心技術有：VSC-HVDC自定義建模技術-能夠基于該模型完成電力系統的機電暫穩態分析，掌握電力系統特性和柔直系統工程需求；MMC等效電路建模技術-通過建立特定工況的MMC系統等效電路，克服大規模柔直系統仿真計算時間超長的問題，為高壓大容量柔性直流工程設計提供理論參考；快速電磁暫態建模技術-通過建立快速電磁暫態模型，能夠對復雜特別是多端柔性直流系統進行電磁暫態過程的詳細仿真；混合建模技術：通過快速電磁暫態與詳細模型的混合，能夠對大規模系統的換流閥進行器件級的高效率仿真，為換流閥關鍵零部件設計提供依據。3、關鍵技術的突破3.1建模仿真技術柔性直流建模仿真技術3、關鍵技術的突破3.2系統分析與成套設計技術柔性直流系統分析與成套設計技術主要包含：電力系統柔性直流接入能力分析及系統方案設計技術；柔性直流輸電系統控制保護技術；柔性直流輸電主設備參數設計及換流站布局。突破的重點核心技術有：柔性直流輸電系統設計技術-能夠基于多目標優化集合和多邊界約束，進行兼顧電力系統穩定性和柔性直流輸電系統經濟性的系統方案和設備參數優化設計；混聯系統協調控制技術-掌握了交流系統、VSC-HVDC系統和LCC-HVDC系統運行特性和相互作用機制，能夠對混聯系統進行控制策略的協調設計；故障準確辨識與快速隔離技術-掌握了柔性直流輸電系統故障發生機理和發展過程，能夠對各類故障進行準確辨識與快速隔離，最大限度保證系統安全性和穩定性；過電壓分析與絕緣配合技術：掌握了柔性輸電系統的過電壓機理和分析方法，能夠對高壓系統進行工程化的絕緣配合方案設計。3、關鍵技術的突破3.2系統分析與成套設計技術柔性直流系3、關鍵技術的突破3.3核心設備關鍵技術柔性直流核心設備主要包含：換流閥閥控設備控制保護設備突破的重點核心技術有：換流閥多物理場分析與優化設計技術-能夠對換流閥進行機械應力、熱應力和電磁應力等進行全方位的仿真校驗，并對設計參數進行綜合優化；換流閥電壓/電流均衡控制技術-通過特定的優化算法實現大規模節點換流閥的子模塊均壓和橋臂環流抑制，保證換流閥運行在良好狀態；換流閥保護技術-通過系統暫穩態全工況分析，掌握了兼顧換流閥保護快速性和保護可靠性的分層故障保護策略。高速硬件平臺技術：通過快速計算技術、快速接口技術和快速主備系統切換系統，能夠滿足電壓型換流器大規模計算和快速同步控制的要求。3、關鍵技術的突破3.3核心設備關鍵技術柔性直流核心設備3、關鍵技術的突破3.4試驗技術柔性直流試驗主要包含：型式試驗例行/出廠試驗現場試驗突破的重點核心技術有：基于物理動模系統的原型算法試驗技術-通過構建小功率的柔性直流輸電物理系統，能夠對各種控制保護策略進行貼合實際工況的運行性能檢驗，為工程化做好鋪墊；基于RT-LAB的硬件在環測試技術-通過閥控系統與控制保護系統在RT-LAB構建的實際工程模型中的閉環聯合測試，能夠掌握控制保護系統全工況的動穩態控制性能，為工程化奠定堅實的基礎；基于多源合成的大功率等效試驗技術-通過大功率合成試驗回路的設計研發，能夠對換流閥極限工況的綜合應力進行等效檢驗，保證換流閥產品完全滿足工程實際需求。3、關鍵技術的突破3.4試驗技術柔性直流試驗主要包含：型4、試驗能力構建

柔性直流輸電試驗能力主要包括三個方面：試驗標準及規范的掌握或制定試驗方法或者方案的設計試驗裝置的開發試驗能力主要包括4、試驗能力構建柔性直流輸電試驗能力主要包括三個方面：試4、試驗能力構建4.1背靠背柔性直流輸電原型物理動模試驗系統雙端背靠背柔性直流輸電試驗系統框圖主要功能

：原型控制算法試驗研究；系統故障特性分析及保護策略試驗研究；系統設計、仿真建模的試驗校對研究。

4、試驗能力構建4.1背靠背柔性直流輸電原型物理動模試驗4、試驗能力構建4.2三端柔性直流輸電原型物理動模試驗系統主要功能

：多端系統啟動特性與控制策略試驗研究；多端系統運行特性與協調控制策略試驗研究；多端系統故障特性、故障辨識與保護技術試驗研究。

三端柔性直流動模試驗系統框圖三端柔性直流動模試驗控制框圖4、試驗能力構建4.2三端柔性直流輸電原型物理動模試驗系4、試驗能力構建4.3工程閥控設備高速物理動模試驗系統主要功能

：換流閥電流/電壓均衡控制能力試驗研究；換流閥開關頻率優化控制試驗研究；子模塊冗余切換保護試驗研究；閥控設備主備系統切換試驗研究。4、試驗能力構建4.3工程閥控設備高速物理動模試驗系統主4、試驗能力構建4.4RT-LAB數字物理混合實時仿真平臺主要功能

：控制保護設備軟硬件在環測試；閥控設備軟硬件在環測試；

控制保護設備與閥控設備聯合在環測試。4、試驗能力構建4.4RT-LAB數字物理混合實時仿真平4、試驗能力構建4.5換流閥背靠背大功率試驗系統測試內容：

最大連續負荷運行 最大短時過負荷運行 最小直流電壓運行過流關斷試驗冗余切換試驗 故障保護試驗等4、試驗能力構建4.5換流閥背靠背大功率試驗系統測試內容4、試驗能力構建4.6換流閥暫態試驗系統測試內容

：換流閥直流短路耐受能力測試；控制系統直流短路控制保護邏輯測試。4、試驗能力構建4.6換流閥暫態試驗系統測試內容：4、試驗能力構建4.7換流閥絕緣試驗系統測試內容

：換流閥直流耐壓測試；換流閥交直流耐壓測試。4、試驗能力構建4.7換流閥絕緣試驗系統測試內容：5、產品研制

近幾年國內掀起了柔性直流輸電的產業熱潮，相關高電壓大容量產品不斷得到突破，基于國內籌劃和正在開建的柔性直流輸電工程，目前已經研制出以下序列換流閥產品：±30kV/18MWMMC柔性直流輸電產品±160kV/200/100/50MWMMC柔性直流輸電產品±200kV/400/300/100MWMMC柔性直流輸電產品±320kV/1000MWMMC柔性直流輸電產品±400kV/1500MWMMC柔性直流輸電產品5、產品研制近幾年國內掀起了柔性直流輸電的產業451800A子模塊拓撲1）換流閥系列子模塊研制1500A1200A500A5、產品研制451800A子模塊拓撲1）換流閥系列子模塊研制1500A146★額定電流：2400A子模塊拓撲2）換流閥系列子模塊研制5、產品研制46★額定電流：2400A子模塊拓撲2）換流閥系列子模塊3)模塊化換流閥設備5、產品研制±320kV/1000MW閥塔±200kV/100、300、400MW閥塔±160kV/50、100、200MW閥塔3)模塊化換流閥設備5、產品研制±320kV/148控制保護設備：系統級、換流站級控制保護閥控設備：換流器級、閥級、子模塊級控制保護4）控制保護系統分層方案一5、產品研制48控制保護設備：系統級、換流站級控制保護4）控制保護49控制保護設備：系統級、換流站級控制保護閥控設備：換流器級、閥級、子模塊級控制保護5）控制保護系統分層方案二5、產品研制49控制保護設備：系統級、換流站級控制保護5）控制保護系506）柔性直流輸電系統的保護分區5、產品研制506）柔性直流輸電系統的保護分區5、產品研制517）控制保護系統開放型分布式分層結構

5、產品研制517）控制保護系統開放型分布式分層結構5、產品研制528）控制保護系統工程樣機設備直流控制保護設備5、產品研制528）控制保護系統工程樣機設備直流控制保護設備5、產品研制539）閥控系統工程樣機設備MVCE300閥控設備換流器或閥控制柜（FCK301、FCK304)A相上橋臂控制柜(FCK302、FCK303)A相下橋臂控制柜

B相上橋臂控制柜

B相下橋臂控制柜

C相上橋臂控制柜

C相下橋臂控制柜

5、產品研制539）閥控系統工程樣機設備MVCE30010)直流電纜5、產品研制XLPE直流海底電纜結構示意圖國外：較成熟的XLPE電纜且有相關實際工程應用業績電壓等級為320kV，國外正在積極開展500kV及更高電壓等級XLPE研制，目前并無相關工程應用業績。國內：已經具備200kV電壓等級XPLE產品生產能力，320kV及更高電壓等級XLPE電纜正在研制、試驗過程中。10)直流電纜5、產品研制XLPE直流海底電纜結構示意圖6、示范工程建設6.1國內已投運柔性直流試驗示范工程換流器拓撲：兩電平；工程容量：3.6MW；額定直流電壓：±10kV；輸電距離：38.6km。中海油海上鉆井平臺柔直工程南匯風電接入示范工程換流器拓撲：MMC；工程容量：18MW；額定直流電壓：±30kV；輸電距離：8.4km，采用國內XLPE直流電纜。6、示范工程建設6.1國內已投運柔性直流試驗示范工程換流5、示范工程建設6.2

國內在建示范工程換流器拓撲：MMC；工程容量：200/100/50MW；額定直流電壓：±160kV；輸電距離：34.2km，國內XLPE+架空線。

南澳多端風電接入示范工程簡介5、示范工程建設6.2國內在建示范工程換流器拓撲：5、示范工程建設換流器拓撲：MMC；工程容量：400/300/100/100/100MW；額定直流電壓：±200kV；輸電距離：140km，國內XLPE。6.2

國內在建示范工程

舟山多端海島供電示范工程簡介5、示范工程建設換流器拓撲：MMC；6.2國5、示范工程建設

大連城市供電示范工程簡介換流器拓撲：MMC；工程容量：1000MW；額定直流電壓：±320kV；輸電距離：54km，XLPE。6.3

國內規劃示范工程

廈門城市供電示范工程簡介換流器拓撲：MMC；工程容量：1000MW；額定直流電壓：±320kV。5、示范工程建設大連城市供電示范工程簡介換流器拓撲：四柔直國內技術發展趨勢四柔直國內技術發展趨勢高壓大容量的機遇與挑戰多端直流與直流電網的機遇與挑戰高壓大容量的機遇與挑戰多端直流與直流電網的機遇與挑戰1、高壓帶來的挑戰與應對策略高壓帶來的挑戰模塊數增加閥控研制困難高壓電纜配套困難1、高壓帶來的挑戰與應對策略高壓帶模塊數增加閥控研制困難高壓2、實現大電流應對策略高壓大容量斷路器；高壓大容量直流變壓器。新型大電流器件研制換流器級并聯器件并聯子模塊2、實現大電流應對策略高壓大容量斷路器；新型大電流器件研制換3

多端直流與直流電網技術的挑戰

核心設備的研制高壓大容量斷路器高壓大容量直流變壓器直流電網關鍵技術大規模節點直流電網系統仿真技術；

直流電網電壓控制及潮流調配技術；

直流電網廣域測量與故障隔離技術；直流電網理論體系的構建相關直流電網標準化體系的建立3多端直流與直流電網技術的挑戰核心設備的研制謝謝！謝謝！柔性直流輸電技術發展與應用柔性直流輸電技術目錄三柔性直流技術國內需求一二柔性直流技術國內發展趨勢柔性直流技術國內發展現狀四概述目錄三柔性直流技術國內需求一二柔性直流技一概述一概述1、概述1）直流輸電系統直流輸電系統框圖換流器分類：電流源型

換流器采用晶閘管等半控型器件構成電壓源型換流器采用IGBT、IEGT等全控型器件構成1、概述1）直流輸電系統直流輸電系統框圖2）常規直流（超/特壓直流）工作原理

●晶閘管器件●電流源1、概述2）常規直流（超/特壓直流）工作原理●晶閘管器件●換流閥換流閥整流站逆變站控制保護系統負責整個換流站主要設備的啟停控制、故障保護和實時數據采集與監視--------換流站的中樞神經換流閥是直流工程特有的關鍵設備，實現交直流變化功能--------換流站的心臟1、概述換流閥換流閥整流站逆變站控制保護系統負責整個換流站主要設備的雙閥組串聯特高壓控制系統分層控制總體構架1、概述雙閥組串聯特高壓控制系統分層控制總體構架1、概述許繼柔性輸電系統公司云廣特高壓（±800kV/5000MW）向上特高壓±800kV/6400MW1、概述

●±800kV/5000A

8000MW（在建）

●

±1100kV/5000A

11000MW（通過鑒定）

●6250A（通過型式試驗）

許繼柔性輸電系統公司云廣特高壓（±800kV/5000MW3）柔性直流輸電技術概念CIGRE和IEEE：VSC-HVDC；ABB：HVDC-Light；Siemens：HVDC-Plus；Alstom：HVDC-Maxsine中國：柔性直流輸電（HVDC-Flexible）（VSC-HVDC）1、概述3）柔性直流輸電技術概念CIGRE和IEEE：VSC-4）柔性直流輸電的工作原理1、概述4）柔性直流輸電的工作原理1、概述4）柔性直流輸電的工作原理1、概述4）柔性直流輸電的工作原理1、概述許繼柔性輸電系統公司

◆變壓器◆換流電抗器◆IGBT閥或IGCT閥◆

直流濾波電容器◆交流濾波器5）柔性直流輸電的系統框圖1、概述許繼柔性輸電系統公司5）柔性直流輸電的系統框圖1、概述許繼柔性輸電系統公司6）柔性直流輸電的換流器拓撲1、概述許繼柔性輸電系統公司6）柔性直流輸電的換流器拓撲1、概述7）CSC-HVDC與VSC-HVDC對比1、概述7）CSC-HVDC與VSC-HVDC對比1、概述7）CSC-HVDC與VSC-HVDC對比1、概述7）CSC-HVDC與VSC-HVDC對比1、概述7）CSC-HVDC與VSC-HVDC對比1、概述7）CSC-HVDC與VSC-HVDC對比1、概述8）柔性直流輸電發展歷程-國外1990年，加拿大McGill大學Boon-TeckOoi等人首先提出用PWM控制的VSC進行柔性直流輸電。

1997年3月，ABB公司進行了首次VSC-HVDC的工業試驗，瑞典中部赫爾斯揚工程。1999年，ABB公司在歌德蘭島投入運行了世界上第一個商業化柔性直流輸電工程，從此揭開了柔性直流輸電工程在世界范圍內應用的序幕。2010年，由Siemens承擔的世界首個模塊化多電平柔性直流輸電工程-美國TBC工程投運，為柔性直流輸電揭開了新的篇章。1、概述8）柔性直流輸電發展歷程-國外1990年，加拿大McGill8）柔性直流輸電發展歷程-國內2006年，國家電網公司提出“柔性直流輸電關鍵技術研究框架”，開始進行基礎理論和前期技術研究。

2009年，技術路線調整為模塊化多電平方式，并完成前期技術研究，開始進入樣機研制階段。2010年，完成樣機研制并開始進入南匯風電接入工程實施階段；2011年，完成設備調試并進入試運行階段。目前國內有南澳風電接入（國家863計劃）和舟山海島供電（國網科技項目）兩個多端工程正在實施。1、概述8）柔性直流輸電發展歷程-國內2006年，國家電網公司提出“二柔性直流技術國內需求二柔性直流技術國內需求海島供電新能源接入混合直流輸電城市電網柔性分區與組環技術多端柔性直流輸電城市輸配電

總體來講，國內柔性直流輸電主要有以下6個方面的需求：海島供電新能源接入混合直流輸電城市電網柔性多端柔性城市輸配電1、海島供電海島電網遠離大陸自成體系，難以與大電網互聯，供電可靠性差；海島用電負荷小、波動大，設備、燃料利用率低，電網建設落后，電能質量差。構建海島電網海上平臺供電實現與陸地大電網異步互聯，提高供電可靠性；形成海島間多端供配電系統，提高潮流調配靈活性和供電質量；為偏遠無源負荷供電。1、海島供電海島電網遠離大陸自成體系，難以與大電網互聯，供電2、新能源接入太陽能和風能等新能源的間歇性，導致輸出功率波動進而引起交流接入系統電壓波動，穩定性差；能源分散性大，遠離負荷中心，在大容量遠距離場合，利用交流輸電接入很不經濟。緩解由于輸出功率波動引起的電壓波動問題，提供輸電穩定性；有效隔離交流系統短路故障，顯著改善風電場運行電網環境；遠距離輸電無需補償設備，大大提高新能源的消納能力。大規模海上風電接入2、新能源接入太陽能和風能等新能源的間歇性，導致輸出功率波動3、城市輸配電采用地埋式直流電纜，同時滿足城市對于環保的約束和占地限制；通過快速控制有功和無功功率，解決電壓波動問題，改善供電質量；形成城市多端直流電網，提高系統穩定性和潮流控制靈活性，同時解決交流系統增容導致的短路電流超限問題。由于城市復雜負荷特性的影響，使得城市電網動態無功支撐需求巨大，進而引發電壓穩定性等問題；負荷快速增長，使得城市電網不斷增加交流系統供電容量，引發了短路電流超標問題；城市嚴格的環保約束和占地限制，使得城市負荷中心供用電出現較大矛盾。構建城市直流供配電網3、城市輸配電采用地埋式直流電纜，同時滿足城市對于環保的約束4、多端柔性直流易于實現一體化的多落點供受電網絡，增強潮流配置靈活性；將交流電網通過柔性直流分區互聯，解決大電網區域穩定性問題；構建未來直流電網體系。由于單點供受電網絡可控性差，抗擾動能力弱，迫切需要構筑多點饋受電系統；為避免形成電磁環網，交流系統只能構筑輻射式供電網絡，且存在同步穩定性問題；傳統直流由于潮流翻轉直流電壓極性改變的特點，不適于構筑多端系統。多端柔性直流輸電系統拓撲并聯型多端柔性直流輸電系統典型結構4、多端柔性直流易于實現一體化的多落點供受電網絡，增強潮流配5、混合直流輸電傳統直流輸電容量巨大，但是存在無功補償、諧波抑制、換相失敗等突出問題；柔性直流雖然具有控制靈活、響應迅速、能實現無源供電等眾多優點，但是輸電容量還十分有限。通過混合輸電協調控制技術，實現傳統直流與柔性直流的優勢互補，在保證系統穩定性的同時大幅提升輸電容量混合直流輸電系統拓撲結構5、混合直流輸電傳統直流輸電容量巨大，但是存在無功補償、諧波6、城市電網柔性分區與組環技術隨著社會經濟的發展，城市負荷增長迅速，城市電網的擴容帶來了短路電流超標問題；為限制短路電路，常規的做法是進行分區供電，但又帶來了可靠性差，潮流分布不均的問題。實現供電分區的互聯，形成軟分區，提高分區間的有功功率支援能力；為本地分區提供動態無功功率支撐，提高供電質量；實現環網解列，隔離交流系統故障，并降低短路電流水平。城市電網柔性分區組環示意圖6、城市電網柔性分區與組環技術隨著社會經濟的發展，城市負荷增三柔直國內技術發展現狀三柔直國內技術發展現狀從以下5方面進行介紹：拓撲結構關鍵技術突破示范工程建設產品研制試驗能力構建從以下5方面進行介紹：拓撲結構關鍵技術突破示范工程建設1、拓撲結構1.1發展歷程基于器件串聯的兩電平基于器件串聯的三電平模塊化多電平混合式多電平1、拓撲結構1.1發展歷程基于器件串聯的兩電平基于器件串1、拓撲結構1.2MMC的優勢從根本上解決了兩電平或三電平對于依賴器件串聯升壓帶來的均壓問題IGBT開關頻率很低，減小了系統電磁噪聲，提高了系統整體傳輸效率由于電平數的大量提高，使得換流系統并網點諧波含量很少，無需交流側高頻濾波器，節省了投資成本和占地面積模塊化的結構使得容量拓展和冗余設計更為容易1、拓撲結構1.2MMC的優勢從根本上解決了兩電平或三電1、拓撲結構1.3主接線形式IGBT開關頻率很低，減小了系統電磁噪聲，提高了系統整體傳輸效率模塊化的結構使得容量拓展和冗余設計更為容易從根本上解決了兩電平或三電平對于依賴器件串聯升壓帶來的均壓問題從根本上解決了兩電平或三電平對于依賴器件串聯升壓帶來的均壓問題系統組成簡單，控制保護邏輯易于實現；聯接變壓器不承受直流偏置電壓，成本低，但直流線路絕緣要求高；接地系統根據系統參數權衡配置，適用于低壓小容量場合。雙極系統特點偽雙極系統特點系統組成較負責，雙極控制保護設備需進行邏輯配合；聯接變壓器承受直流偏置電壓，但直流線路絕緣要求低；易于分期擴建，運行方式靈活，適用于高壓大容量場合。雙極系統主接線示意圖偽雙極系統主接線示意圖1、拓撲結構1.3主接線形式IGBT開關頻率很低，減小了963300V系列模塊式IGBT

2換流閥功率器件選擇313300V系列模塊式IGBT2換流閥功率器件選擇3、關鍵技術的突破3.1建模仿真技術柔性直流建模仿真技術主要包含：電力系統潮流計算及穩定性分析-PSS/E；柔性直流系統電磁暫態仿真-PSCAD/EMTDC；柔性直流系統數字閉環控制器設計及性能測試-Matlab/Simulink。突破的重點核心技術有：VSC-HVDC自定義建模技術-能夠基于該模型完成電力系統的機電暫穩態分析，掌握電力系統特性和柔直系統工程需求；MMC等效電路建模技術-通過建立特定工況的MMC系統等效電路，克服大規模柔直系統仿真計算時間超長的問題，為高壓大容量柔性直流工程設計提供理論參考；快速電磁暫態建模技術-通過建立快速電磁暫態模型，能夠對復雜特別是多端柔性直流系統進行電磁暫態過程的詳細仿真；混合建模技術：通過快速電磁暫態與詳細模型的混合，能夠對大規模系統的換流閥進行器件級的高效率仿真，為換流閥關鍵零部件設計提供依據。3、關鍵技術的突破3.1建模仿真技術柔性直流建模仿真技術3、關鍵技術的突破3.2系統分析與成套設計技術柔性直流系統分析與成套設計技術主要包含：電力系統柔性直流接入能力分析及系統方案設計技術；柔性直流輸電系統控制保護技術；柔性直流輸電主設備參數設計及換流站布局。突破的重點核心技術有：柔性直流輸電系統設計技術-能夠基于多目標優化集合和多邊界約束，進行兼顧電力系統穩定性和柔性直流輸電系統經濟性的系統方案和設備參數優化設計；混聯系統協調控制技術-掌握了交流系統、VSC-HVDC系統和LCC-HVDC系統運行特性和相互作用機制，能夠對混聯系統進行控制策略的協調設計；故障準確辨識與快速隔離技術-掌握了柔性直流輸電系統故障發生機理和發展過程，能夠對各類故障進行準確辨識與快速隔離，最大限度保證系統安全性和穩定性；過電壓分析與絕緣配合技術：掌握了柔性輸電系統的過電壓機理和分析方法，能夠對高壓系統進行工程化的絕緣配合方案設計。3、關鍵技術的突破3.2系統分析與成套設計技術柔性直流系3、關鍵技術的突破3.3核心設備關鍵技術柔性直流核心設備主要包含：換流閥閥控設備控制保護設備突破的重點核心技術有：換流閥多物理場分析與優化設計技術-能夠對換流閥進行機械應力、熱應力和電磁應力等進行全方位的仿真校驗，并對設計參數進行綜合優化；換流閥電壓/電流均衡控制技術-通過特定的優化算法實現大規模節點換流閥的子模塊均壓和橋臂環流抑制，保證換流閥運行在良好狀態；換流閥保護技術-通過系統暫穩態全工況分析，掌握了兼顧換流閥保護快速性和保護可靠性的分層故障保護策略。高速硬件平臺技術：通過快速計算技術、快速接口技術和快速主備系統切換系統，能夠滿足電壓型換流器大規模計算和快速同步控制的要求。3、關鍵技術的突破3.3核心設備關鍵技術柔性直流核心設備3、關鍵技術的突破3.4試驗技術柔性直流試驗主要包含：型式試驗例行/出廠試驗現場試驗突破的重點核心技術有：基于物理動模系統的原型算法試驗技術-通過構建小功率的柔性直流輸電物理系統，能夠對各種控制保護策略進行貼合實際工況的運行性能檢驗，為工程化做好鋪墊；基于RT-LAB的硬件在環測試技術-通過閥控系統與控制保護系統在RT-LAB構建的實際工程模型中的閉環聯合測試，能夠掌握控制保護系統全工況的動穩態控制性能，為工程化奠定堅實的基礎；基于多源合成的大功率等效試驗技術-通過大功率合成試驗回路的設計研發，能夠對換流閥極限工況的綜合應力進行等效檢驗，保證換流閥產品完全滿足工程實際需求。3、關鍵技術的突破3.4試驗技術柔性直流試驗主要包含：型4、試驗能力構建

柔性直流輸電試驗能力主要包括三個方面：試驗標準及規范的掌握或制定試驗方法或者方案的設計試驗裝置的開發試驗能力主要包括4、試驗能力構建柔性直流輸電試驗能力主要包括三個方面：試4、試驗能力構建4.1背靠背柔性直流輸電原型物理動模試驗系統雙端背靠背柔性直流輸電試驗系統框圖主要功能

：原型控制算法試驗研究；系統故障特性分析及保護策略試驗研究；系統設計、仿真建模的試驗校對研究。

4、試驗能力構建4.1背靠背柔性直流輸電原型物理動模試驗4、試驗能力構建4.2三端柔性直流輸電原型物理動模試驗系統主要功能

：多端系統啟動特性與控制策略試驗研究；多端系統運行特性與協調控制策略試驗研究；多端系統故障特性、故障辨識與保護技術試驗研究。

三端柔性直流動模試驗系統框圖三端柔性直流動模試驗控制框圖4、試驗能力構建4.2三端柔性直流輸電原型物理動模試驗系4、試驗能力構建4.3工程閥控設備高速物理動模試驗系統主要功能

：換流閥電流/電壓均衡控制能力試驗研究；換流閥開關頻率優化控制試驗研究；子模塊冗余切換保護試驗研究；閥控設備主備系統切換試驗研究。4、試驗能力構建4.3工程閥控設備高速物理動模試驗系統主4、試驗能力構建4.4RT-LAB數字物理混合實時仿真平臺主要功能

：控制保護設備軟硬件在環測試；閥控設備軟硬件在環測試；

控制保護設備與閥控設備聯合在環測試。4、試驗能力構建4.4RT-LAB數字物理混合實時仿真平4、試驗能力構建4.5換流閥背靠背大功率試驗系統測試內容：

最大連續負荷運行 最大短時過負荷運行 最小直流電壓運行過流關斷試驗冗余切換試驗 故障保護試驗等4、試驗能力構建4.5換流閥背靠背大功率試驗系統測試內容4、試驗能力構建4.6換流閥暫態試驗系統測試內容

：換流閥直流短路耐受能力測試；控制系統直流短路控制保護邏輯測試。4、試驗能力構建4.6換流閥暫態試驗系統測試內容：4、試驗能力構建4.7換流閥絕緣試驗系統測試內容

：換流閥直流耐壓測試；換流閥交直流耐壓測試。4、試驗能力構建4.7換流閥絕緣試驗系統測試內容：5、產品研制

近幾年國內掀起了柔性直流輸電的產業熱潮，相關高電壓大容量產品不斷得到突破，基于國內籌劃和正在開建的柔性直流輸電工程，目前已經研制出以下序列換流閥產品：±30kV/18MWMMC柔性直流輸電產品±160kV/200/100/50MWMMC柔性直流輸電產品±200kV/400/300/100MWMMC柔性直流輸電產品±320kV/1000MWMMC柔性直流輸電產品±400kV/1500MWMMC柔性直流輸電產品5、產品研制近幾年國內掀起了柔性直流輸電的產業1101800A子模塊拓撲1）換流閥系列子模塊研制1500A1200A500A5、產品研制451800A子模塊拓撲1）換流閥系列子模塊研制1500A1111★額定電流：2400A子模塊拓撲2）換流閥系列子模塊研制5、產品研制46★額定電流：2400A子模塊拓撲2）換流閥系列子模塊3)模塊化換流閥設備5、產品研制±320kV/1000MW閥塔±200kV/100、300、400MW閥塔±160kV/50、100、200MW閥塔3)模塊化換流閥設備5、產品研制±320kV/1113控制保護設備：系統級、換流站級控制保護閥控設備：換流器級、閥級、子模塊級控制保護4）控制保護系統分層方案一5、產品研制48控制保護設備：系統級、換流站級控制保護4）控制保護114控制保護設備：系統級、換流站級控制保護閥控設備：換流器級、閥級、子模塊