柔性直流輸電系統(tǒng)簡介與損耗分析報(bào)告(編輯修改稿)
2025-08-31 01:50 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 且通常會(huì)破壞當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境。采用VSCHVDC輸電技術(shù)，可向無源網(wǎng)絡(luò)供電且不受輸電距離的限制，幾個(gè)兆瓦到數(shù)百兆瓦也符合VSCHVDC的經(jīng)濟(jì)輸電范圍。因此從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)性角度，采用VSCHVDC技術(shù)向這些負(fù)荷供電是一種理想的選擇。 城市配電網(wǎng)的增容改造。隨著大中型城市用電負(fù)荷的迅猛增長，原有架空配電網(wǎng)絡(luò)的輸電容量已經(jīng)不能滿足用電負(fù)荷需求。然而，由于空間的限制，增加新的架空輸電走廊代價(jià)很高，甚至根本不可能。另一方面，交流長距離輸電線路對(duì)地有電容充電電流，需要添加相應(yīng)的補(bǔ)償裝置，如并聯(lián)電抗器。VSCHVDC可采用地埋式電纜，既不會(huì)影響城市市容，也不會(huì)有電磁干擾，而且適合長距離電力傳輸。采用VSCHVDC向城市中心供電有可能成為未來城市增容的唯一可選方案。 提高配電網(wǎng)電能質(zhì)量。非線性負(fù)荷和沖擊性負(fù)荷使配電網(wǎng)產(chǎn)生電能質(zhì)量問題，如諧波污染、電壓間斷、電壓凹陷/突起以及波形閃變等，使一些敏感設(shè)備如工業(yè)過程控制裝置、現(xiàn)代化辦公設(shè)備、電子安全系統(tǒng)等失靈，造成很大的經(jīng)濟(jì)損失。VSCHVDC可快速控制有功功率和無功功率，并能夠保持電壓基本不變，使電壓、電流滿足電能質(zhì)量的要求，VSCHVDC是未來改善配電網(wǎng)電能質(zhì)量的有效措施。 異步電網(wǎng)的互聯(lián)。模塊化結(jié)構(gòu)及電纜線路使VSCHVDC輸電對(duì)場(chǎng)地及環(huán)境的要求大為降低，換流站的投資下降，因此可以根據(jù)設(shè)計(jì)要求選擇最理想的系統(tǒng)互聯(lián)位置。2 VSCHVDC系統(tǒng)損耗分析%~1%左右。而VSCHVDC系統(tǒng)中由于電壓源換流器，其損耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)直流輸電，這也是其應(yīng)用于大容量功率傳輸?shù)闹饕系K。 系統(tǒng)損耗構(gòu)成VSCHVDC系統(tǒng)的損耗包括換流器損耗、濾波器損耗和換流變壓器損耗，直流輸電線路損耗及接地極系統(tǒng)損耗幾部分。由于VSCHVDC系統(tǒng)中的電壓源換流閥在正常工作時(shí)每個(gè)工頻周期下開關(guān)達(dá)上千次，因而造成的損耗較大，%~6%，~1%。因此換流器的損耗計(jì)算在VSCHVDC系統(tǒng)損耗分析中最為重要。換流器損耗的決定因素包括開關(guān)器件的特性、VSC的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、VSC的容量、VSC的調(diào)制方式、直流側(cè)電壓等級(jí)等，而這些因素又與VSCHVDC的其他性能指標(biāo)密切相關(guān)，如電能質(zhì)量等。 換流器損耗分析VSCHVDC的換流器使用的可關(guān)斷器件目前均為IGBT，因此換流器損耗主要是由其所使用的IGBT器件產(chǎn)生的，損耗分析的關(guān)鍵是對(duì)IGBT進(jìn)行損耗建模。IGBT的模型可以分為物理模型和功能模型兩種。目前對(duì)IGBT的建模主要集中于物理模型，該類模型可以給出精確的器件瞬態(tài)電壓、電流波形，但是也存在嚴(yán)重缺陷：需要大量難以獲得的器件制造參數(shù)，如摻雜濃度、載流子壽命等半導(dǎo)體物理參數(shù)；仿真計(jì)算量大，為了模擬開關(guān)過程，仿真步長非常短（一般需要小于10ns）；還存在收斂問題，其適用范圍受到限制。IGBT功能模型的建立通常需要大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，需對(duì)IGBT進(jìn)行特性參數(shù)辨識(shí)，應(yīng)用過程復(fù)雜，不具有通用性，而且實(shí)驗(yàn)過程中可能損壞器件。目前計(jì)算IGBT損耗的實(shí)用方法是根據(jù)輸出特性計(jì)算IGBT及其反并聯(lián)二極管的穩(wěn)態(tài)損耗；根據(jù)集電極電壓電流特性計(jì)算暫態(tài)損耗，兩者之和即為器件總損耗。以下首先推導(dǎo)IGBT損耗與各種相關(guān)參數(shù)的關(guān)系，然后得到總的換流器損耗的表達(dá)式。 IGBT功率損耗分析IGBT器件運(yùn)行狀態(tài)下的功率損耗主要有以下三個(gè)部分：①穩(wěn)態(tài)損耗，包括通態(tài)損耗和截止損耗；②暫態(tài)損耗，包括開通損耗和關(guān)斷損耗；③驅(qū)動(dòng)損耗。IGBT的正向截止損耗和驅(qū)動(dòng)回路損耗在總的損耗中占的比例很小，一般忽略不計(jì)。換流器中的IGBT一般帶有反向并聯(lián)二極管，二極管的損耗主要包括通態(tài)損耗、開通損耗、反向恢復(fù)損耗和截止損耗。由于二極管截止時(shí)漏電流很小，正向開通速度很快，因此其截止損耗和開通損耗可以忽略不計(jì)。需要注意的是，下面討論的二極管并不是當(dāng)前所說IGBT的反并聯(lián)二極管，而是同一個(gè)橋臂的另外一個(gè)IGBT的反并聯(lián)二極管，由于結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性，這樣分析對(duì)總損耗計(jì)算不會(huì)產(chǎn)生影響。那么假定下面所討論的IGBT是指A相上橋臂的IGBT，則反并聯(lián)二極管指的是A相下橋臂的IGBT對(duì)應(yīng)的反并聯(lián)二極管。綜上所述，IGBT損耗、二極管損耗和換流器總損耗分別可以表示為： （21） （22） （23）式（23）中，為換流器總的IGBT的個(gè)數(shù)。 IGBT通態(tài)損耗，該曲線可以用下面的函數(shù)來近似。 IGBT正向?qū)▔航? （24）其中：和分別為IGBT正向?qū)娮韬颓孀‰妷?，兩者都受溫度的影響，可以通過擬合曲線得到。分別由結(jié)溫T1（125℃）和T2（25℃）的IGBT集射級(jí)電壓和電流的典型曲線得到兩組參數(shù)，（、）和（、）。通過插值，近似得到和關(guān)于結(jié)溫的函數(shù)如下： （25） （26）如果有多條IGBT特性曲線，可以對(duì)和進(jìn)行溫度的分段求取，從而得到更精確的結(jié)果。為表述簡單，下面的推導(dǎo)繼續(xù)以（、）表示（、）。上橋臂IGB
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