柔性直流输电在风电系统中的应用.pdf

《电气美)(2014.
文章编号:1004-289X(2014)03-0078-04
柔性直流输电在风电系统中的应用
李辰治
(三峡大学电气与新能源学院,湖北宜昌443002)
摘要:柔性直流输电用于连接风电场和电网具有独特的优势,它无需额外的无功补偿,能实现风力发电的远距
离能量输送,可以连接多台风电机组、甚至多个风电场,从而减少換流站的个数,节约成本。这种输电方式在风电
领域有很高的实用价值。
关键词:风力发电;柔性直流输电;电カ电子技术
中图分类号:TM71
文献标识码:B
Application of VSC-HVDC Transmission for Wind Power System
( School of Electrical and New Energy, Three Gorges University, Yichang 443002, P. R. China
Abstract: It has many unique advantages if use VSC-HVDC teehnology to link wind power system and other power sys-
tem, which couldn 't need extra reactive power compensation. Use VSC-HVDC could achieve long-distance energy trans-
mission in wind power. It could connect multiple wind turbines or wind farm and reduce the number of converter station
in order to save much money. It has high practical value in the
field of wind power.
Key words: wind power; VSC-HVDC; power electronics technology
引言
因此,在风力发电中应用基于电力电子技术的柔性直
流输电技术,能使其在风电并网及正常运行中发挥重
中国是一个能源消费大国,为了贯彻可持续发展,要作用。随着大功率电力电子器件的发展,柔性直流
如何合理开发和利用新能源发电早已成为中国发展的输电传输容量进一步增大,柔性直流输电自身的诸多
首要战略性问题。我国新能源发电鑠续保持快速优点使得它在电力系统中有着广泛的应用前景。
发展态势,并网装机容量持续增长,发电量不断增加。
在众多新能源中,风力发电技术是目前为止最适用于2风电并网对电能质量影响
大规模发电的技术之一,约占并网新能源装机总量的
风电并网对电网电能质量的影响主要表现为以下
85%。截至2013年全国已累计建成及在建的风电场两方面
项目已超过1500个,装机容量达到3.3亿kW。随着2.1对电压波动的影响
装机容量的提升,大规模风力发电并网给系统带来的
风力发电机组大多采用软并网方式,但是在启动
影响及现阶段存在的问题也越来越受到人们的重视。时仍然会产生较大的冲击电流。在风力发电中,由于
电压源型直流输电技术VSC-HVDC( Voltage Sourced其有功输出在很大程度上取决于风速的大小波动性较
Converter Based HVDC)在国内也被称为柔性直流输电大,很难与当地负荷协调运行,此时将增大电网的电压
技术是解决大规模风电并网问题的一个重要手段。由波动。大型风电场及其周边地区经常会出现电压的大
于柔性直流输电自身灵活控制潮流和交流电压的功幅波动情况。综上所述,其主要原因可分为以下三种
能,对系统短路比无影响,所以可将它放置在系统薄弱情况:(1)风力发电机组启动时仍然会产生较大的冲
环节以增强系统稳定性,适合于向远地负载、小岛、海击电流。(2)当风速超过切出风速或发生故障时,导
上钻井等孤立网络供电,尤其适合用于风力发电系统。致的风力发电机组的脱网。(3)风电场风速条件变化
史气升)(2014.No.3)
也将引起风电场及其附近的电压波动。
机
2.2谐波污染
风电给系统带来谐波的途径主要有两种:(1)4基本结构和原理及其优势
力发电机本身配备的电力电子装置,可能带来谐波问
柔性直流输电技术是在IGBT(绝缘栅双极晶体
题。(2)风力发电机的并联补偿电容器可能和线路电管)和VSC(电压源换流站)基础上采用PWM(脉宽调
抗发生谐振。对风电而言,发电机本身产生的诸波是制)技术发展起来的新一代直流输电技术。与基于自
可以忽略的,谐波电流的真正来源是风电机组中的电然换相技术的电流源型换流器的传统直流输电不同,
力电子原件。尤其是变速恒频风电机组,其中的变流VSC-HVDC是一种以电压源换流器、可控关断器件
器始终处于工作状态,谐波大小与输出功率基本呈线和脉宽调制(PWM技术)为基础的新型直流输电技
性关系,也就是和风速大小相关。在正常状态下,谐波术。这种输电技术能够瞬时实现有功和无功的独立解
干扰的程度取决于变流器装置的设计结构及其安装的耦控制、能向无源网络供电、换流站间无需通讯、且易
滤波裝置状况,同时与网络的短路容量有关。
于构成多端直流系统。另外,该输电技术能同时向系
直流输电的技术特性
统提供有功功率和无功功率的紧急支授,在提高系统
的稳定性和输电能力等方面具有优势。
若输电采用直流方案,只需要炳根输电线,在每根4.1网络结构
线路载流量相同的条件下,由于没有集肤效应,直流的
柔性直流输电系统网络结构如图2所示。
输电损耗大约只有交流的三分之二。直流导体的电晕
双向门直況低压
效应也比交流导体小。同时,直流线路本身不需要无
换流设备十变压
器」配电网
功补偿,但因为存在环流器和滤波器,直流线路的终端
设备成本较高。由图1可看出直流与交流的输电成本
DCA?
DCAC交流
适配器负裁
适配器负裁
比较。两曲线的交点称为等价距离(一般在400
交流
700km之间),当输电距离小于等价距离时交流成本
系统
DCAC通配器交流负我
CAC直流
中压直
配器负
更低,而大于等价距离时,直流输电更有优势。
流母线
直流门低压
变压器直流
配电
图2柔性直流输电系统网络结构图
4.2基本工作原理
与基于晶闸管的传统直流输电技术不同,柔性直
流输电采用电压源型换流器和PWM技术,其基本工
ー一直流
交流
作原理如图3所示。由调制波与三角载波比较产生的
触发脉冲,使VSC上下桥臂的开关管高频开通和关
距离100km
断,则桥彆中点电压Ue在两个固定电压+Ud和-Ud
图1直流与交流成本比较
之间快速切换,c再经过电抗器滤波后则为网侧的交
由于直流输电的技术特点,其应用长久以来受到流电压Us
多方面因素的限制?,如换流设备成本高,无法用变
压器改变电压水平,谐波问题,需要无功功率,控制复
杂等。不过,随着技术的突破,一些直流输电的固有缺
陷也正在被人们慢慢克服,如构成阀的晶闸管容量提
士Ud
升,晶闻管的模块化结构,强迫换相技术的使用,换流
器控制中使用数字电子技术和光纤技术