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柔性直流输电综述
刘鹏
沈阳工程学院,辽宁沈阳110136
摘要:介绍了基于电压源換流器型的高压直流输电技术,对其结构及运行原理进行了简要介绍。并筒要介绍了国外发展情况,着重
介绍了国内的典型授运工程,対柔性直流输电应用前景进行了总结。最后辰望了柔性直流翰电前景。
关键词:PWM;VSC:-HVDC:;可再生能源;应用
1柔性直流输电简介
目前电力生产主要依靠的是化石然料的燃烧
但是随着化石能源的日益枯竭,可再生能源的价值
eural
∠围
对于可生能的依将更为明显柔性白流输电计??料に
技术就在这样的背景下发展起来的。从20世纪90
年代后期,柔性直流输电技术由ABB、 slemens为代
表的跨国企业研究并发展,并在新能源并网等方面
图1柔性直流输电单线原理图
得到了广泛应用?。简单来说,柔性直流输电技术就
是可以独立地控制其输出电ド的状态,从而快速、灵活地调节其输性直流输电的理论研究。
出的功率。它的“柔性”,就表现在它能根据电流情况自适应地调节虽然我国的柔性直流输
电能质量,使之达到动态平衡
电技术起步晚,但是从目
2柔性直流输电基本结构及运行原理
前所収得的成绩看,我国
2.1基本结构
的柔性直流技术发展速
柔性直流输电(VSC.-HWDC)是一种基于可控关断器件和脉宽度快,起点高。下面将对
调制(PWM)技术的新型输电技术这种输电技术能同时向系统提我国两个典型的示范工
供有功功卒和无功功。其原理图如图1所示,两端换流站为电卡程加以介绍。(1)2011年
源换流器结构,并H由换流器、换流变压器、换流电抗器、直流电容7月25日,上海南汇风
图2VSC单相结构图
器和交流滤波器组成
电场柔性直流输电工程
2.2运行原理
投入正式运行。这是中国第一条拥有完全白主知识产权的柔性自流
柔性直流输电就是运川PWM技术,并且采用电压源型换流器输电线路。此工程的正式运行,标志国家电网公司也成为继AB、西
(VSC)。通过将调制波与一角载波进行比较产生的触发脉冲,使电「]子之后第三个掌握该项技术的公司。该系统的额定输送有功功率
压源换流器上下桥暫的开关在高频的状态下开通和关断,那么桥为20MW,额定电压为30kV。上海南汇风电场是上海电网已建设的
臂中点的电压在两个固定电压+UJ、和-U』。之间快速进行切換,U.最大规模的风电场。上海南汇柔性直流输电工程的主要功能是将上
经过电抗器滤波后变为网侧的交流电压Us即。电压源型换流器海南汇风电场的电能输送出来,这对丁今后的新能源并网具有重要
(VSC)的单相结构如图2所示。
意义。(2)2014年7月4日上午10时,浙江舟山200kV多端柔性直
通过分析,假设换流电抗器无损耗忽略诸波分量时,换流器流科技示范工程正式投运。随着舟山群岛的建设,舟山群岛电网的
和交流电网之间传输的有功功率P和无功功率Q分别为
可靠性和灵活性的要求变得更高。而且舟山各个岛屿拥有丰留的风
P=(C U/X)sin 8
(1)力资源,风电具有间断性和不稳定性。要使得风电顺利并网,这对电
网的要求变得更高。在这种情况下,能够适应舟山复杂情况的输电
Q=ん(U- L cos 6)/X
(2)技术迫切被需要。舟山柔性卣流输电工程则能够满足诸上要求。其
式中:U.为换流器输出电压的基波分量;U、为交流母线电压基可靠性高,有功功率和无功功率的独立控制很好的解决了风电并网
波分量;6为U和U。之间的相角差;x为换流电抗器的电抗同。由问题,提高了系统调度运行灵活性。
式(1)和式(2)可知,有功功率的传输主要取決于6,无功功卒的传输主3.3柔性直流在电网中的应用前景
要取決于U,此通过对6的控制就可以控剤直流电流的方向及输随着陆上化石能源的日益枯竭以及环境污染的恶化,我国逐渐加
送有功功率的大小,通过控制し.就可以控制VSC发出或吸收的无大对绿色可門生能源海底石汕能源的开发利用。我国东部沿海经济
功功率。从其他角度考虑,电压源型换流器还可以看做是一个无转发达地区海上可开发风能资源约为75亿kV.是陆地上风能资源的3
动惯量的发电机,可以瞬时实现有功功率和无功功率的独立调节,倍,具有良好的卡法潜力パ在上节32中已经提到了柔性直流输电在风
实现叫象运行。
能并网中的应用。除此之外,柔性直流输电还可应用与一下几个领域
3柔性直流输电的应用
并加以说明。()城市输配电网供电。中国目前发展迅速,一些东部沿海
3.1国外柔性直流应用
地区的大型城市的用电量的增加,这样对于外地电力的依赖将以增加
1990年绝缘极双极管(IGBT为高电压直流输电技术添加新随着城市电网的规模不断护大,负荷密度越米越大,不同程度的遇到了
的特性,使它克服了基」晶闻管控制的缺点,使得柔性直流输电短路电流超标问题采用柔性直流输电系统供电,可以快速控制有功
(VSC.-HVI)C)可行。1997年瑞典建成的低功托试点工程 Hellsjon,容和无功功率,可以解決电压快速变化的问题,从而可以提高电能质量,
量为3MW.电压等级10kV,传输距离为10kM。此项工程证明了柔提高电网的稳定性。2)海岛供电。我国拥有众多的岛屿,大陆沿海省
性直流输电技术的可行性山?。第一个商业工程是端典的 Gotland工.份有6500多个屿,常人口有450多万。由丁海岛远离大陆,很难
程。其工程参数为80kV,容最50Mw,传输距离为70kM2。为了推动与大电网合并,无法使用大电网上较低的电价。而且供电的稳定性和可
可再生能源的并网,欧盟于2012年形成了法案,构建一个多端的直靠性无法得到保证。采川柔性直流输电技术向孤岛供电可以实现海岛
流输电网络.以便于可再生能源的并网。预计2020年可再生能源要与海岛之间、海岛与大陆之间的互联,可以由大陆向海岛提供价格低廉
达到35%
的电能(3区域互联。由于电力需求和装机容量的快速增长,对于区域
3.2国内柔性直流应用
互联的需求日渐増强。区域互联主要的目的就是实现电网之间的区域
我国柔性卣流输电技术起步比较完,在2006年才开始启动柔互济以及有功功率和无?功率的相互支持,但是这样会造(转下页