一柔性直流輸電及其特點

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

　　柔性直流輸電系統(tǒng)主要有換流變壓器、連接電抗器、換流器等設(shè)備構(gòu)成。柔性直流輸電系統(tǒng)的兩端VSC各能控制2個物理量，因此采用矢量控制方式，系統(tǒng)框圖如下圖所示?？刂葡到y(tǒng)主要由內(nèi)環(huán)電流控制器和外環(huán)功率控制器構(gòu)成。其中，柔性直流輸電系統(tǒng)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(cè)或直流側(cè)有功功率、直流側(cè)電壓、交流系統(tǒng)頻率、交流側(cè)無功功率、交流側(cè)電壓等。其中，交流側(cè)或直流側(cè)有功功率、直流側(cè)電壓、交流系統(tǒng)頻率等為有功功率類物理量；而交流側(cè)無功功率、交流側(cè)電壓等為無功功率類物理量。柔性直流輸電系統(tǒng)的每一端必須在有功類物理量和無功類物理量中各挑選一個物理量進(jìn)行控制，同時，柔性直流輸電系統(tǒng)中必須有一端控制直流的電壓，這樣柔性直流輸電系統(tǒng)就存在多種控制變量的組合。

柔性直流輸電系統(tǒng)的基本控制結(jié)構(gòu)

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

二柔性直流輸電相比傳統(tǒng)直流輸電的優(yōu)勢

　　相比傳統(tǒng)直流輸電，柔性直流輸電沒有無功補(bǔ)償?shù)膯栴}：傳統(tǒng)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，需要吸收大量的無功功率，其值約為換流站所通過的直流功率的40%~60%。因而需要大量的無功功率補(bǔ)償及濾波設(shè)備。而且在甩負(fù)荷時會出現(xiàn)無功功率過剩，容易導(dǎo)致過電壓。而柔性直流輸電的VSC技術(shù)不僅不需要將這些負(fù)荷通過柔性直流輸電系統(tǒng)和電網(wǎng)相連，降低了供電成本，同時改善了環(huán)境。

三柔性直流輸電系統(tǒng)應(yīng)用場合

　　柔性直流輸電系統(tǒng)主要應(yīng)用在如下場合：

　　(1) 向遠(yuǎn)地負(fù)載供電，如遠(yuǎn)離電網(wǎng)的負(fù)荷，油田，鉆井，海島等，采用交流架空線輸電往往代價高，或者不可能，所以這些地方常用當(dāng)?shù)匕l(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(hù)，代價也很高，有了柔性直流輸電技術(shù)后，將這些負(fù)荷通過柔性直流輸電系統(tǒng)和電網(wǎng)相連，降低了供電成本，同時改善了環(huán)境。

　　我國擁有7000余個海島，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(tǒng)穩(wěn)定的前提下，通過環(huán)流技術(shù)將不同頻率的交流電轉(zhuǎn)化為直流，用于實現(xiàn)兩個交流系統(tǒng)的互聯(lián)；通過對自身電流的快速控制，有效限制互聯(lián)系統(tǒng)的短路容量。另外，由于直流線路在投資、運行費用、長距離傳輸?shù)确矫婢哂袃?yōu)勢，因此在隔海輸電的情況下，技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)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(guī)模發(fā)電廠并網(wǎng)，如風(fēng)能發(fā)電，太陽能發(fā)電，潮汐發(fā)電，小水電廠以及海上鉆井平臺的氣體渦輪發(fā)電等，這些電廠由于地域和環(huán)境限制，往往遠(yuǎn)離電網(wǎng)和主負(fù)荷區(qū)，如何將這些地域分散、規(guī)模較小的電廠用較低成本連接到電網(wǎng)是一個待解決的問題。VSC-HVDC技術(shù)的出現(xiàn)解決了這一問題，它的一個優(yōu)點是允許發(fā)電機(jī)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(wěn)定在常數(shù)值。

　　如瑞典Gotland 風(fēng)力發(fā)電工程，其功率50MW，±80kV，70km 長，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(nèi)階躍至新的設(shè)定值。

　　隨著“十二五”新能源政策的實施，我國開始大力推廣太陽能、陸上風(fēng)電等新能源利用，同時積極開發(fā)海上風(fēng)電。但是新能源發(fā)電往往具有不可預(yù)測、流量較小、比較分散等特點。尤其是海上風(fēng)電，風(fēng)電場遠(yuǎn)離陸地，用普通的方式輸電損耗太大，同時雖然數(shù)量很多但規(guī)模較小大多為數(shù)百萬兆瓦等級，因此柔性直流輸電是海上風(fēng)電場并網(wǎng)的唯一方式。

　　(3) 城市中心區(qū)電力增容。隨著城市人口膨脹和城區(qū)合理規(guī)劃，要在城區(qū)進(jìn)行電力傳輸架空線的施工變得日益困難，另一方面，交流長距離傳輸對地有注入電流，需要添加補(bǔ)償設(shè)備，如并聯(lián)電抗器或者電容器等，VSC-HVDC采用地埋式電纜，既不會影響城市市容，也不會有電磁干擾，同時也適合長距離電力傳輸。

　　(4) 同步/異步電網(wǎng)之間互聯(lián)，可用于多個相同或不同頻率的電網(wǎng)互聯(lián)，構(gòu)成大區(qū)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，緊急無功支撐，對電網(wǎng)可靠性提供強(qiáng)有力的保證;另一方面，通過柔性直流將多個電網(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(yīng)用場合之一。

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