柔性直流输电技术与常规直流输电技术的对比研究 - 学兔兔 www.bzfxw.com .pdf

2 0 1 4 年1 1 月2 5 日第3 1 卷第6 期 通馋电潦技术 T e l e c o mP o w e rT e c h n o l o g yN o v 2 5 ，2 0 1 4 ，V 0 1 3 1N o 6 文章编号：1 0 0 9 3 6 6 4 ( 2 0 1 4 ) 0 6 一0 0 3 0 0 3 柔性直流输电技术与常规直流输电技术的对比研究 王帅伊 ( 中国南方电网超高压输电公司广州局，广东广州5 1 0 4 0 5 ) 摘要：介绍了柔性直流输电技术和常规直流输电技术，通过对比其主要内容、优缺点、使用材料以及技术等，使人们 对这两种输电技术有更深入的了解，为日后的建设和发展提供参考。 关键词：柔性直流输电；常规直流输电；对比研究 中图分类号：T N 8 6文献标识码：A C o m p a r a t i v eS t u d yo fF l e x i b l ea n dC o n v e n t i o n a lD i r e c tC u r r e n tT r a n s m i s s i o nT e c h n o l o g y W A N GS h u a i y i ( E H VP o w e rT r a n s m i s s i o nC o m p a n yo fC h i n aS o u t h e r nG r i d ，G u a n g z h o u5 1 0 4 0 5 ，C h i n a ) A b s t r a c t ：T h ef l e x i b l ea n dc o n v e n t i o n a ld i r e c tc u r r e n tt r a n s m i s s i o nt e c h n o l o g ya r eb r i e f l yi n t r o d u c e di nt h ep a p e r T h e c o m p a r i s o n sb e t w e e nt h e i rm a i nc o n t e n t s ，p r o sa n dc o n sw h e na p p l i e d ，m a t e r i a l su s e da n dr e l a t e dt e c h n o l o g yl e a dt Ob e t t e r u n d e r s t a n d i n go ft h e s et w ot e c h n o l o g ya n da r eb e n e f i c i a lf o rs y s t e me s t a b l i s h m e n ta n dd e v e l o p m e n ti nf u t u r e K e yw o r d s ：f l e x i b l ed i r e c tc u r r e n tt r a n s m i s s i o n ；c o n v e n t i o n a lI X ；t r a n s m i s s i o n ；c o m p a r a t i v es t u d y 1柔性直流输电技术 1 1 柔性直流输电技术的内容 柔性直流输电技术是新型的直流输电技术，它主 要以电压源换流器作为运转基础。与其他直流输电技 术相比，该技术的换流器具有可控功能，这是因为其中 的可控关断原件解决了向无源负荷供电的问题。同 时，换流器还具备调节无功功率的作用，它能够接受 A C 系统的无功或向其发无功。这一特点使它较其它 输电技术而言运行更灵活、操作更便捷。 1 2 柔性输电技术的优点 柔性直流输电技术是一种由常规直流输电技术演 化发展而来的新型技术，除了具有输送电压高、输送量 大、输电稳定可靠、可有效消除输电中存在的故障等优 点外，还具备以下几项常规直流输电技术不具备的优 势，即遇突发事故后可以快速恢复供电、输电电压稳 定、设计更加科学合理便于运输安装、双极运输无需接 入地极等新的优点。 1 3 柔性输电技术的缺点 虽然该技术在设计和运行方面都具有很多创新和 完善，但是该技术并不是完美的，也具有一些不足有待 改进，这些缺点主要体现为对输电系统的损耗较严重、 无法很好解决直流侧故障问题，处理程序较繁琐。 2 常规直流输电技术 收稿日期：2 0 1 4 0 8 1 6 作者简介：王帅4 - 尹( 1 9 8 8 一) ，吉林四平市人，助理工程师，从事换 流站运行与维护工作，主要包括直流输电、直流设备的运行维 护与事故处理及预防。 3 0 2 1常规输电技术的内容 常规输电技术是一种较早的输电技术，它的主要 组成部分包括三相桥式电路、整流变压器、交流滤波 器、直流平波电抗器和控制保护以及水冷系统、站用电 系统等，该技术随着科学技术的进步不断发展和完善， 其应用更为方便。 2 2 常规输电技术的优点 该技术除了具有输送电压高、电流大的特点以外， 还具有很好的抗干扰性，换流阀的损耗相对较小，因此 有效地提高了输电的稳定性与可靠性。此外，常规直 流输电技术的换流器具有闭锁功能，能够有效地减少 直流侧电流产生的故障。 2 3 常规输电技术的缺点 由于常规直流输电技术采用的是大功率晶闸管， 交流系统一旦出现干扰，就容易发生换相失败的故障； 大功率晶闸管使得无功消耗较大，造成输出的电压电 流含有较大的谐波，因此需要再安装滤波装置来处理， 既增加了技术难度，又使得操作繁琐，不利于维护。 3 柔性输电技术和常规输电技术的对比 虽然同为输电技术，但是两者之间存在着一定的 差别。在进行比较时，就要考虑到使用的配置器件、控 制操作方式等。 3 1 换流阀所用器件的对比 常规直流输电技术主要采用大功率晶闸管。晶闸 管全称为晶体闸流管，能够在高电压和大电流的环境 下工作，它属于一种开关元件，具有通过小电流控制大 电流的功能，而且体积较小，便于安装，开关迅速且能 耗较低。其用途也十分广泛，涉及无触点开关、可控整 万方数据 通饺屯潦狻丰： 王帅伊：柔性直流输电技术与常规T e l e 。o mP o w e ，T e c h n 0 1 0 9 y 2 Q ! 兰生! ! 旦垄旦筮兰! 鲞筮垒塑 重鎏笪皇垫查竺型些堡窒型2 二：! ! ：! ! ! ! ：兰! ：i ! 型竺：! 流、逆变、调光、调压、调速等许多方面。 但是该元件也存在一定的不足，大功率晶闸管属 于非可控关断器件，即在常规直流输电系统中，晶闸管 换流阀只能开通无法进行关断操作。如需关断，就需 要交流母线的电压过零，使阀电流减小至阀的维持电 流以下才可以进行关断操作。 柔性直流输电技术需进一步完善，换流阀采用 I G B T 阀。I G B T 阀也是开关的一种，属于可自关断的 全控器件，通过栅源极电压控制它的开通或关断。当 栅源极电压达到+ 1 2V 时，也就是大于6V ，一般在 1 2 1 5V 之间时I G B T 就可以开通，当栅源极不加电 压或者是加负压时，I G B T 就可以关断，加负压的主要 目的是为了增强关断的可靠性。这种操作也可以理解 为根据门极的控制脉冲进行器件开通或关断，该过程 不需要电流的介入。 3 2 换流阀的对比 常规直流输电系统中换流阀所用的器件是大功率 晶闸管和饱和电抗器。大功率晶闸管具有能够在高电 压和大电流的环境下工作的特点；饱和电抗器属于无 功补偿器，主要应用于对电压大幅偏移进行控制、环节 电压闪变问题、在直流输电的终端进行无功补偿。这 两种换流阀器件的使用对于输送大功率有很好的效果 和保证输送的稳定。柔性直流输电系统中的换流阀放 弃使用晶闸管，而改为了I G B T 器件，它属于可自关断 的全控器件，开关速度相比晶闸管而言更快速更稳定。 在触发控制上采用P W M 技术，它的主要工作原理是 对模拟信号电平进行数字编码，使用了高分辨率计数 器。虽然开关频率相对较高，但是换流站输出较少的 电压谐波量，谐波的种类主要以高次谐波为主。通过 对换流阀的比较，可以知道柔性直流输电技术的滤波 装置容量相对于常规直流输电来说较少。而且在连接 电网方面，常规直流输电技术通过换流变压器与交流 电网相连接，而柔性直流输电主要是采用串联电抗器 和变压器。 3 3 换流站控制方式的对比 背对背换流站如图1 所示。 换流站控制方式比较： ( 1 ) 常规直流输电系统的控制较为繁琐，需要在各 个换流站之间进行通信，主要目的是为了传递准确的 系统参数，并根据参数显示的问题进行适当的控制；而 柔性直流输电系统在控制方面不需要进行数据传递， 有效地减少了工作时间，提升工作效率，有利于快速解 决问题。 ( 2 ) 柔性直流输电技术相比较来更加完善，这是因 为该项技术的电压和频率不需要通过交流系统就能够 达到稳定状态，并且换流器自身就具备提供无功功率 的功能，因此就不需要进行无功补偿。而常规直流输 电的运行条件更高，首先要求受端交流系统的短路容 量能够满足输电的使用，而且对外加的换相容量也有 较高要求；其次不能向无源或弱网络送电，这些缺陷对 于输电技术的发展十分不利，需要进一步完善和改进。 图1背对背换流站示意图 ( 3 ) 柔性直流输电具有S T A T C O M 的作用。 S T A T C O M 又称为静止同步补偿器，是目前世界上无 功补偿领域最新的先进技术，是柔性输电技术中的重 要组成部分。S T A T C O M 并联于电网中，其作用就像 是一个可控的无功电流源，使无功电流跟随负荷无功 电流进行快速的变化，能够有效地对电网无功功率实 现动态无功补偿。而常规直流输电就需要使用无功补 偿设备来稳定电压。所以说柔性直流输电技术更加先 进和便捷。其控制系统框图如图2 所示。 图2 柔性直流输电技术控制系统框图 ( 4 ) 柔性直流输电系统在潮流反转这一问题的处 理上更为方便，只要改变电流方向就能完成功率的反 向输送，不需要更改直流电压极性，而且功率反向时系 统无需停运，这些优势使得柔性直流输电两端换流站 的控制策略不变，因而就不需要投切交流滤波器或是 闭锁换流器。而常规直流输电改变功率方向时的操作 就相对繁琐，首先是改变电压极性，当直流电流极性不 发生改变却又要求功率相反时，换流站不仅要退出运 行，而且滤波器和无功补偿设备的操作必须进行实时 操控，这需要更多人员去完成该项工作且效率不高。 ( 5 ) 柔性直流输电能够单独控制输电的有无功率。 常规直流输电则不具备该项功能，尤其是对无功的调 节，不仅需要特殊装置，而且运行经费也会增加。柔性 直流输电系统有无功率的控制如图3 所示。 3 1 万方数据 2 0 1 4 年1 1 月2 5 日第3 1 卷第6 期 C i L 毪电潦梭丰： T e l e c o mP o w e rT e c h n o l o g yN o v 2 5 ，2 0 1 4 ，V o k3 1N o 6 i 一盲二j 当习lI = ，I = = 型l 图3柔性直流输电单独控制输电的有无功率结构图 ( 6 ) 黑启动能力方面的对比。所谓黑启动，简单地 说当电力系统遇到故障停止运转后，输电系统能够在 不依赖其他网络帮助下，仅依靠自身恢复整个系统运 转的一种功能。柔性直流输电就具备黑启动能力，它 能够在故障发生后依靠自身机组的运转再次启动并带 动整个系统的正常运作，而常规直流输电就没有该项 功能。 参考文献： I - 1 - 1 胡航海，李敬如，杨卫红，李红军柔性直流输电技术的 发展与展望 J 电力建设，2 0 11 ，( 0 5 ) ：6 2 6 6 2 E 3 4 结束语 4 综上所述，柔性直流输电技术比常规直流输电更 完善，是输电技术发展的趋势。 ( 上接第1 5 页) 4 结论 在对电池外部特性参数的分析和对已有估算方法 与估算模型进行总结的基础上，本文提出了一种基于 开路电压法和安时法复合的估算方法，同时采用卡尔 曼滤波方法来提高精度。该方法不