HVDC හින්දුවන පද්ධති සහ MTDC ආකෘති වින්යාස
高压直流 (HVDC) 系统配置
高压直流，通常缩写为 HVDC，是一种高效的长距离输电方法，与传统的交流 (AC) 输电相比，显著减少了功率损耗。HVDC 系统可以采用多种配置，每种配置都针对特定的操作要求进行定制。本文简要概述了主要的 HVDC 系统配置类型。
背靠背 HVDC 系统
在背靠背 (B2B) HVDC 配置中，整流器和逆变器这两个转换器的关键组件都位于同一个终端站内。这两个转换元件直接背靠背连接在一起。这种配置的主要功能是连接两个独立的交流电力系统。它通过首先将输入的交流电通过整流器转换为直流电，然后立即使用逆变器将直流电转换回交流电来实现这一点。
背靠背 HVDC 系统（继续）
背靠背 HVDC 设置安装在一个房间内，用于互联两个异步交流电力系统。由于整流器和逆变器之间的直接背靠背连接，无需直流传输线。为了减少串联连接的晶闸管数量，中间直流电压被故意保持在较低水平。同时，这种配置的电流额定值可以达到数千安培。
这种类型的 HVDC 系统在以下情况下特别有用，用于连接两个异步交流电力系统：
两端 HVDC 系统
在两端 HVDC 配置中，有两个不同的终端站，每个终端站都作为转换站。一个站包含整流器，另一个站包含逆变器。这两个终端通过 HVDC 传输线连接，使电力能够高效地长距离传输。这种设置旨在克服传统交流输电在长距离输电中的局限性，利用直流电的优势来最小化功率损耗并提高跨广大地理区域的传输效率。
两端 HVDC 系统在两个点之间直接连接，没有并行传输线或沿传输线的中间抽头。这一特性使其被称为点对点电力传输。它非常适合于地理位置相距较远的两个地点之间的电力供应应用。
两端 HVDC 系统的一个显著优点是不需要 HVDC 断路器。在维护或清除故障时，可以使用交流侧的交流断路器来使直流线路失能。与直流断路器相比，交流断路器设计更简单且成本更低，使得两端 HVDC 系统更具经济性和易于维护。
多端直流 (MTDC) 系统
多端直流 (MTDC) 系统代表了一种更复杂的 HVDC 配置。它使用多条传输线在多个点之间建立连接。该设置包括多个终端站，每个终端站都配备有自己的转换器，并通过 HVDC 传输线网络互连。在这个网络中，一些转换器作为整流器，将交流电转换为直流电，而其他转换器则作为逆变器，将直流电转换回交流电以分配给负载。MTDC 系统的基本原则是，整流器站提供的总功率必须等于逆变器（负载）站接收的总功率，从而确保整个互连网络中的功率流动平衡且高效。
多端直流 (MTDC) 系统（继续）
MTDC 网络类似于交流电网，在灵活性方面相似，但它有一个独特的优势：能够在直流分布式网络中精确控制功率流动。然而，这种增强的功能是以增加复杂性为代价的，使得 MTDC 系统比两端 HVDC 配置更为复杂。
在 MTDC 设置中，依靠交流侧的交流断路器是不可行的。与两端系统不同，使用交流断路器会使整个直流网络失能，而不是仅隔离故障或需要维护的线路。为此，MTDC 系统需要多个直流开关设备，如断路器。这些专门的直流断路器设计用于在维护操作或清除故障时安全地使电路失能或隔离特定部分，确保网络的稳定性和可靠性。
在 MTDC 系统中，保持系统平衡至关重要。整流器站提供的总电流必须精确匹配逆变器站消耗的电流。当任何逆变器站突然出现功率需求激增时，需要相应地增加直流功率输出以满足增加的负载。在此过程中，必须密切监控和控制所提供的电压以及逆变器的操作，以防止过载，这可能导致系统故障。
MTDC 系统的一个关键优势是在强制停机期间的可靠性。如果其中一个发电站发生意外停电，系统可以通过替代转换站快速重新路由电力，最大限度地减少对整体电力供应的干扰。
MTDC 的应用
MTDC 系统可以分为两种主要类型：
串联 MTDC 系统
在串联 MTDC 配置中，多个转换站像电气串联电路中的组件一样串联连接。这种设置的一个定义特征是，流经每个转换站的电流相同，由其中一个站设定。然而，电压降分布在各个转换站之间，每个站经历串联连接网络中总电压降的一部分。
串联 MTDC 系统（继续）
串联 MTDC 系统可以视为两端 HVDC 系统的扩展版本，包含多个串联连接的转换站，如附图所示。通常，串联 MTDC 设置中的转换站容量低于并联 MTDC 系统中使用的转换站。
该系统通常采用单极直流链路，其中直流线仅在一个特定点接地。为了防止瞬态电涌，可以在沿线的其他点安装接地电容器作为附加保护措施。
由于每个站的直流电压不同，串联 MTDC 系统的绝缘协调面临重大挑战。串联 MTDC 系统中的功率流动控制机制比并联 MTDC 系统更为复杂。在并联 MTDC 系统中，可以通过向特定线路注入电流来调节功率流动，而在串联 MTDC 系统中，功率流动控制依赖于调整每个终端站的电压。
在串联 MTDC 系统中，可以使用电压源转换器 (VSC) 和电流源转换器 (CSC) 轻松实现功率流动反转。然而，当某条线路发生故障或需要计划维护时，整个直流网络将经历停电。与两端 HVDC 系统类似，交流侧断路器用于使直流网络失能。扩展串联 MTDC 系统也存在困难。安装新的终端站需要整个网络完全停电，因为环形直流网络必须在安装点处断开，中断所有其他站点的电力供应。
并联 MTDC 系统
在并联 MTDC 系统中，多个作为逆变器或负载站的转换站连接到一个充当整流器的单一转换站。这个整流器站向整个直流网络供电。类似于并联电气电路，所有逆变器或负载站的电压保持恒定，其值由其中一个转换站设定。相反，电流供应根据每个站的功率需求变化。为了保持平衡的电流供应，电流会根据各个负载站的功率需求动态调整。一般来说，并联 MTDC 系统中的终端站容量高于串联 MTDC 网络中的终端站。
并联 MTDC 系统（继续）
在并联 MTDC 系统中，可以通过电压反转或电流反转方法实现功率反转。使用电压反转时，通常与基于电流源转换器 (CSC) 的终端站相关，会影响所有转换站。因此，必须在这类转换器之间实施高度复杂的控制和通信系统来管理这种影响。另一方面，如果通过电流反转技术实现功率反转，通常与基于电压源转换器 (VSC) 的终端站相关，过程执行起来更为简单。这是 VSC 在并联 MTDC 系统中优于 CSC 的主要原因。
在基于 VSC 的 MTDC 系统中，由于电压保持恒定，终端站的功率等级由阀转换器的电流等级决定。这种配置在直流网络内的功率流动控制方面具有显著优势。它可以通过向特定线路注入电流来精确调节功率流动，这种方法比依赖每个站电压控制的串联系统更为方便。
并联 MTDC 系统最显著的特点之一是其在故障面前的韧性。如果任何一个终端站发生故障，其余直流网络不受影响。然而，为了隔离与故障站相关的特定直流线路，需要单独的直流断路器。此外，在扩展直流网络时，无需中断电力供应。这是因为新的终端站可以并行安装在现有线路旁，确保无缝集成而不会中断正在进行的电力分配。
并联 MTDC 系统的另一个优势是其相对简单的绝缘协调，与串联系统相比。由于网络中的电压恒定，绝缘要求更容易管理。
并联 MTDC 系统可以进一步分为两类：
辐射型 MTDC 系统
辐射型 MTDC 系统是一种特定类型的并联 MTDC 配置。在这种设置中，如果传输线断裂或移除一个链接，将导致一个或多个转换站的电力供应中断。这种特性使辐射型 MTDC 系统在单点故障情况下较为脆弱，因为传输线的任何中断都会直接影响某些部分的网络电力供应。
提供的图示显示了四个逆变器站连接到一个整流器站的配置。在这种设置中，很明显，如果任何一条线路断裂，将不可避免地导致至少一个终端站的电力供应中断。这种脆弱性使得辐射型 MTDC 系统的可靠性不如网格或环型 MTDC 系统。
网格（环型）MTDC 系统
在网格或环型 MTDC 系统中，逆变器（负载）站以网格或环状形式与单个整流器站互连。这种配置的一个关键优势是，即使单条传输线断裂或移除一个链接，也不会导致任何逆变器站的电力供应中断。随后的图示清楚地展示了这种网格或环型 MTDC 系统。这种固有的对线路故障的韧性使网格或环型 MTDC 系统在某些应用中成为更可靠的电力传输和分配选项，因为它能够更好地承受中断并确保连接的负载站的连续电力供应。
如图所示，在网格或环型 MTDC 系统中，移除任何单个链接都不会中断任何转换站的电力供应。相反，电力会自动通过网络中的替代链接重新路由。这种无缝重定向得益于网格或环型配置的互连性质。然而，需要注意的是，这些替代链接必须精心设计，以处理增加的电力传输并最小化功率损失。
网格型 MTDC 系统中不存在电力中断是一个显著优势。它确保了即使在意外链接故障的情况下也能持续稳定地供电。因此，并联连接的网格型 MTDC 系统提供了比并联连接的辐射型系统更高的可靠性。辐射系统的单链接中断易导致停电，相比之下，网格系统在类似情况下维持电力流动的能力更强，使其成为需要不间断电力输送的应用的首选。
