介紹了基于VSC的柔性直流型輸出電力系統的基本結構、基本工作原理和技術特點，并使用ATP-EMTP軟件仿真建立其模型，得出其正常工作時的諧波及其不同故障情況下的運行特點。最后總結了柔性直流型輸電系統需重點研究的幾個基礎理論問題及其發展前景。

1 引言

隨著能源日益緊張和環境污染日益嚴重，目前中國在極力開發和利用可再生的清潔型能源。由于風能、太陽能等可再生能源利用規模的日益增大，其分散性、小規模性、離供電中心較遠等問題，使得采用傳統的交流輸送電力系統或傳統的直流輸電系統顯得不是很經濟。

相關電子技術的迅猛發展以及控制技術的突飛猛進使得采用直流型輸電力系統即可解決上述問題。采用基于可關斷型電壓源換流裝置和PWM技術進行直流電輸送，適合應用于可再生能源并網、分布式發電并網、孤島供電、城市區域電網供電等諸多領域。

根據實際情況，特別是西電東送、全國電網聯網迫在眉睫的情況下，研發直流型輸電系統，建設新一代直流型輸電聯網系統，將會促進大規模電網合并，并逐步完善城市供電和孤島供電等技術。

2 柔性直流輸電的系統結構和基本原理

與傳統自然換相技術的直流型輸電系統不同，VSC-HVDC(Voltage Source Converter-High Voltage Direct Current)是一種以電壓源換流器、可控關斷裝置和脈寬調制(PWM)技術為基礎的新型的直流型輸電技術。該技術能在短時間內實現有功率和無功率的獨立解耦控制，能夠自主地向無源電網供電，極易于構成多端直流型電力系統，能極大的增加供電系統的穩定性，提高電力系統的輸電能力。下面將介紹VSC- HVDC的系統基本結構和基本的工作原理。

2.1 系統結構

圖1為柔性直流型輸出電力系統的基本原理框圖，兩端的換流站全部采用VSC基本結構，由換流站、換流變壓設備、換流電抗設備、直流電容和交流濾波電路等部分組成。

圖2為在ATP-EMTP中建立模型如下所示：

其中各部分的基本作用如下：

電壓源換流器VSC：電壓源換流器的橋由功率比較大的可控制關斷電子器件和反并聯的二極管構成。在本論文仿真設計中，電壓源換流設備采用HVDC型模塊，其基本結構為12脈動控制整流裝置。

變壓器：變壓器可采用常規的單相變壓器或者三相變壓器。常見的是采用Y/接法。

換流電抗：換流電抗是VSC與交流電力系統之間的功率傳送的橋梁，它決定換流設備功率的大小。

直流電容：直流電容是VSC的基本儲能元器件，緩沖橋開斷的沖擊電流的能量，減小直流電壓諧波分量。

交流濾波裝置：改善輸出的交流電壓中高次諧波分量，其容量及參數的設定依據換流器開關的頻率來選定。

2.2 工作原理

直流型輸電系統可分為端對端直流型供電系統和多端型直流型系統兩類，目前已成功運行的直流型系統基本全是兩端型系統，圖1所示即為兩端型直流系統原理圖。

與傳統的晶閘管直流型供電有所差別，柔性直流型供電采用電壓源型換流電路和PWM技術，利用IGBT可以在高速的情況下進行通斷，可將PWM技術引入到 VSC的基本模型中。由調制載波和三角型載波比較，產生相對應的觸發脈沖，使VSC上端橋和下端橋的高頻開關開通和關斷，則橋中端電壓uc在兩端穩定電壓+ud和-ud之間進行快速轉換，uc再經過電抗電路濾波后則轉換為電網一側的交流輸出電壓US。

VSC的基本控制工作原理公式：

公式中，uc為電流轉換器輸出端電壓的基波分量;uS為電網一側的交流輸出電壓;d為uc和uS的相位差;XT為換流電抗電路的同效電抗。從式中可看出，通過調控uS，d即可較方便地控制電路輸送的有功功率和無功功率。如果利用PWM技術，uc同PWM調制度M成正比關系，d是PWM調制波相位差，因此可利用PWM調制幅度M和PWM調制波相位差d，在瞬間改變電網一側交流輸出電壓的相位和幅值，進而實現有功率和無功率的單獨控制。