一柔性直流輸電及其特點(diǎn)

　　柔性直流輸電最突出的技術(shù)特點(diǎn)是采用了全控型的電力電子器件IGBT。與采用晶閘管的傳統直流輸電不同，柔性直流輸電的系統反應速度快、可控性較好、運行方式靈活。

　　柔性直流輸電系統主要有換流變壓器、連接電抗器、換流器等設備構成。柔性直流輸電系統的兩端VSC各能控制2個(gè)物理量，因此采用矢量控制方式，系統框圖如下圖所示?？刂葡到y主要由內環(huán)電流控制器和外環(huán)功率控制器構成。其中，柔性直流輸電系統的基本控制方式由外環(huán)控制器決定。外環(huán)功率控制器控制的主要物理量有：交流側或直流側有功功率、直流側電壓、交流系統頻率、交流側無(wú)功功率、交流側電壓等。其中，交流側或直流側有功功率、直流側電壓、交流系統頻率等為有功功率類(lèi)物理量；而交流側無(wú)功功率、交流側電壓等為無(wú)功功率類(lèi)物理量。柔性直流輸電系統的每一端必須在有功類(lèi)物理量和無(wú)功類(lèi)物理量中各挑選一個(gè)物理量進(jìn)行控制，同時(shí)，柔性直流輸電系統中必須有一端控制直流的電壓，這樣柔性直流輸電系統就存在多種控制變量的組合。

柔性直流輸電系統的基本控制結構

　　對于兩端交流系統為有源系統的情況，合理的控制變量組合可以是整流控制有功功率和交流側無(wú)功功率，逆變端控制直流電壓和交流側無(wú)功功率。合理的控制變量組合隨兩端交流系統情況的不同而改變。但兩站之間無(wú)功功率的控制是完全獨立的，所需無(wú)功功率可以由交流電壓控制或直接無(wú)功功率控制來(lái)實(shí)現。由于換流器容量的限制，在同一站實(shí)現有功功率和無(wú)功功率獨立控制時(shí)，有功功率和無(wú)功功率必須控制在PQ平面的一個(gè)特定范圍沒(méi)。另外，當使用柔性直流輸電向無(wú)源交流網(wǎng)絡(luò )供電時(shí)，通常鏈接無(wú)源網(wǎng)絡(luò )交流網(wǎng)絡(luò )的那個(gè)VSC站控制交流系統頻率和交流系統電壓，而連接有源網(wǎng)絡(luò )的那個(gè)VSC站控制直流側電壓和交流側無(wú)功功率?！　?/p>

二柔性直流輸電相比傳統直流輸電的優(yōu)勢

　　相比傳統直流輸電，柔性直流輸電沒(méi)有無(wú)功補償的問(wèn)題：傳統直流輸電由于存在換流器的觸發(fā)延角(一般為10~15度)和關(guān)斷角(一般為15度或更大一些)以及波形的非正弦，需要吸收大量的無(wú)功功率，其值約為換流站所通過(guò)的直流功率的40%~60%。因而需要大量的無(wú)功功率補償及濾波設備。而且在甩負荷時(shí)會(huì )出現無(wú)功功率過(guò)剩，容易導致過(guò)電壓。而柔性直流輸電的VSC技術(shù)不僅不需要將這些負荷通過(guò)柔性直流輸電系統和電網(wǎng)相連，降低了供電成本，同時(shí)改善了環(huán)境。

三柔性直流輸電系統應用場(chǎng)合

　　柔性直流輸電系統主要應用在如下場(chǎng)合：

　　(1) 向遠地負載供電，如遠離電網(wǎng)的負荷，油田，鉆井，海島等，采用交流架空線(xiàn)輸電往往代價(jià)高，或者不可能，所以這些地方常用當地發(fā)電，最常用的燃料是柴油，不僅造成環(huán)境污染，而且燃料運輸需要成本，再加上維護，代價(jià)也很高，有了柔性直流輸電技術(shù)后，將這些負荷通過(guò)柔性直流輸電系統和電網(wǎng)相連，降低了供電成本，同時(shí)改善了環(huán)境。

　　我國擁有7000余個(gè)海島，孤島供電對緩解土地資源緊缺、充分利用資源意義重大。柔性直流輸電可在保證電力系統穩定的前提下，通過(guò)環(huán)流技術(shù)將不同頻率的交流電轉化為直流，用于實(shí)現兩個(gè)交流系統的互聯(lián)；通過(guò)對自身電流的快速控制，有效限制互聯(lián)系統的短路容量。另外，由于直流線(xiàn)路在投資、運行費用、長(cháng)距離傳輸等方面具有優(yōu)勢，因此在隔海輸電的情況下，技術(shù)經(jīng)濟指標往往優(yōu)于交流輸電方案。

　　(2) 可再生能源發(fā)電并網(wǎng)或小規模發(fā)電廠(chǎng)并網(wǎng)，如風(fēng)能發(fā)電，太陽(yáng)能發(fā)電，潮汐發(fā)電，小水電廠(chǎng)以及海上鉆井平臺的氣體渦輪發(fā)電等，這些電廠(chǎng)由于地域和環(huán)境限制，往往遠離電網(wǎng)和主負荷區，如何將這些地域分散、規模較小的電廠(chǎng)用較低成本連接到電網(wǎng)是一個(gè)待解決的問(wèn)題。VSC-HVDC技術(shù)的出現解決了這一問(wèn)題，它的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是允許發(fā)電機工作在不同于電網(wǎng)的頻率甚至是變頻率方式。VSC-HVDC對交流電壓的控制能力尤其適合于風(fēng)力發(fā)電的傳輸，紊亂的風(fēng)流等原因會(huì )引起風(fēng)力發(fā)電電壓閃變，而VSC-HVDC 用一定電壓控制策略可以將電壓穩定在常數值。

　　如瑞典Gotland 風(fēng)力發(fā)電工程，其功率50MW，±80kV，70km 長(cháng)，采用柔性直流輸電方式傳輸，其反饋電壓外環(huán)能夠使得電壓在50ms內階躍至新的設定值。

　　隨著(zhù)“十二五”新能源政策的實(shí)施，我國開(kāi)始大力推廣太陽(yáng)能、陸上風(fēng)電等新能源利用，同時(shí)積極開(kāi)發(fā)海上風(fēng)電。但是新能源發(fā)電往往具有不可預測、流量較小、比較分散等特點(diǎn)。尤其是海上風(fēng)電，風(fēng)電場(chǎng)遠離陸地，用普通的方式輸電損耗太大，同時(shí)雖然數量很多但規模較小大多為數百萬(wàn)兆瓦等級，因此柔性直流輸電是海上風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)的唯一方式。

　　(3) 城市中心區電力增容。隨著(zhù)城市人口膨脹和城區合理規劃，要在城區進(jìn)行電力傳輸架空線(xiàn)的施工變得日益困難，另一方面，交流長(cháng)距離傳輸對地有注入電流，需要添加補償設備，如并聯(lián)電抗器或者電容器等，VSC-HVDC采用地埋式電纜，既不會(huì )影響城市市容，也不會(huì )有電磁干擾，同時(shí)也適合長(cháng)距離電力傳輸。

　　(4) 同步/異步電網(wǎng)之間互聯(lián)，可用于多個(gè)相同或不同頻率的電網(wǎng)互聯(lián)，構成大區域電網(wǎng)；電網(wǎng)與電網(wǎng)之間一方面可以進(jìn)行有功潮流輸送，緊急無(wú)功支撐，對電網(wǎng)可靠性提供強有力的保證;另一方面，通過(guò)柔性直流將多個(gè)電網(wǎng)互聯(lián)，可以隔離電網(wǎng)之間故障的進(jìn)一步惡化，這也是柔性直流發(fā)展重要的應用場(chǎng)合之一。

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