直流輸電的特點及發(fā)展前景

陳艷 馬國蕾

摘要：與歐美國家相比，我國柔性直流輸電技術的研究和應用起步較晚。2011年，上海南匯啟動首個柔性直流輸電試點，2013年，世界首個多端柔性直流輸電工程在汕頭南澳島啟動。近年來，隨著相關裝置的不斷研發(fā)，我國在柔性直流輸電技術和應用方面走在世界前列。

關鍵詞：柔性直流;輸電技術;特點;應用前景;分析

引言

高壓直流輸電已廣泛應用于長距離大容量輸電、海底電纜輸電和異步組網(wǎng)，全球已實施100多個直流輸電項目。高壓直流輸電在我國“西電東送，全國互聯(lián)”發(fā)展戰(zhàn)略中發(fā)揮著舉足輕重的作用。在實際工程應用中，電力電子技術的飛速發(fā)展取得了一系列新的研究成果，柔性直流作為電力領域的下一代先進技術，為電網(wǎng)、電力傳輸?shù)戎T多問題提供了優(yōu)秀的解決方案。90年，加拿大麥吉爾大學的Boon-Teck等學者首先提出了基于電壓源換流器的高壓直流輸電概念?；诟邏褐绷鱾鬏?shù)碾妷涸磽Q流器可以通過控制電壓源換流器中完全控制的電力電子設備。輸電的穩(wěn)定，避免了傳統(tǒng)輸電技術的諸多問題，在中國稱為柔性直流輸電。

1柔性直流輸電的基本發(fā)展

70年代，以晶閘管為代表的電力電子器件和微處理器的發(fā)展，推動了現(xiàn)有高壓直流輸電技術的發(fā)展。90年代全控器件的出現(xiàn)促使研究人員將直流傳輸技術從半控晶閘管元件轉移到全控器件，如IGBT和IGCT。基于電壓源換流器（VSC）的高壓直流輸電概念最早由加拿大麥吉爾大學Boon-Teck等學者于1990年提出。隨后，2002年，慕尼黑聯(lián)邦國防軍大學相關學者提出了基于MMC技術的多級轉換器的概念。

2柔性直流輸電的主要特點和主要優(yōu)勢

2.1孤島特征

現(xiàn)有的高壓直流輸電技術要求受電端電網(wǎng)為強電網(wǎng)，受電端電網(wǎng)必須為穩(wěn)定輸電提供電壓支持。在傳統(tǒng)直流部署初期，由于交流電網(wǎng)本身容量大，高壓直流輸電僅作為小補充，問題不明確。近年來，我國積極開展新能源建設，大量來自西部的新能源需要通過直流線路向東部負荷中心輸送，問題是交流端容量不足以支撐很多直流線。與傳統(tǒng)直流輸電相比，柔性直流輸電技術采用全控制裝置，使其在受端電網(wǎng)上作為獨立的交流電源運行，不僅對受端電網(wǎng)沒有電壓支持要求，而且交流電網(wǎng)側即使出現(xiàn)內部故障也能提供低電壓穿越能力總體而言，柔性直流技術的這些特點可以廣泛應用于孤島供電和大規(guī)模新能源消費。

2.2多端控制特性及配電網(wǎng)

常規(guī)直流輸電必須有端電壓支持，多端控制相對復雜。因此，中國建設的所有直流工程均采用長距離高壓線路點對點的方式，將電力從能源豐富的地區(qū)輸送到負荷中心。但是，隨著國內經(jīng)濟的總體發(fā)展，必然會形成多經(jīng)濟中心的格局。單純的點對點輸電方式無法形成多負荷中心、多能量輸送中心的高壓直流輸電網(wǎng)絡。此外，我國東西部距離較遠，區(qū)域負荷曲線因地區(qū)和季節(jié)而異，采用多端柔性直流輸電技術可組成交直流輸電網(wǎng)絡。高電壓水平以平衡不同地區(qū)不同時間和季節(jié)的能源需求。隨著經(jīng)濟社會發(fā)展，點對點方式只能作為區(qū)域發(fā)電不平衡狀態(tài)下特殊時代的產(chǎn)物，多級柔性直流作為高壓輸電走廊，低壓交直流混合電網(wǎng)代表了未來的發(fā)展方向。

2.3MMC技術與諧波無功控制

提出柔性直流輸電時，主要采用兩電平或三電平技術來構成換流器，但對高壓直流輸電的需求一直促使研究人員提出新的柔性直流換流器電氣拓撲結構。2001年提出的MMC技術幾乎從根本上解決了高壓輸電問題。MMC系列子模塊可以采用多級技術對輸出電壓進行高精度控制，相較于傳統(tǒng)直流輸電的濾波要求，基于MMC技術的變換器只需要很少的濾波分支。這大

大提高了系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性并降低了成本。電力系統(tǒng)70%的電能被感應電機消耗，這也帶來了大量的無功需求。針對配電網(wǎng)較大的無功需求，近年來電力電子的發(fā)展推動了以SVC和SVG為代表的靜態(tài)無功補償裝置的快速發(fā)展。然而，與外部無功補償設備相比，基于柔性直流技術的逆變器可以提供自己的無功補償。與外置無功補償設備相比，在響應速度、諧波治理、安裝空間和經(jīng)濟成本等方面具有無可比擬的優(yōu)勢。需要指出的是，柔性直轉換器的容量構成和SVG的容量構成必須考慮各種問題。本地無功需求、無功補償設備和逆變器的無功響應速度、兩種無功補償方式的經(jīng)濟成本，以及在發(fā)生故障時對低壓跳開/關斷能力的需求。

3柔性直流輸電應用前景

我國柔性直流輸電發(fā)展前景良好，應用廣泛，主要從以下幾個方面進行分析。一是大規(guī)模輸電與交直流系統(tǒng)互聯(lián)互通，使我國西部地區(qū)能源含量充足、負荷低，東部地區(qū)能源含量低、負荷高。能源儲備和負荷分布的地區(qū)差異對大容量、長距離輸電系統(tǒng)提出了要求，需要部署多個特高壓直流輸電項目。二是分布式發(fā)電系統(tǒng)聯(lián)動分布式發(fā)電機容量小，極易受到風、光等氣候因素的干擾，具有明顯的可變性和間歇性特征。三是電網(wǎng)擴容和直流供電，柔性直流輸電系統(tǒng)運行諧波含量低，可以快速控制系統(tǒng)功率，有效改善電能質量，柔性直流輸電換流站可以占用更大的空間?，F(xiàn)有的比直流輸電占地面積小，可以進一步節(jié)省土地資源，減少不必要的浪費，同時，系統(tǒng)可以根據(jù)系統(tǒng)需求，控制交流側的電流，從而控制短路容量。系統(tǒng)的。四是向弱電網(wǎng)或孤島供電，在整流過程中，柔性直流輸電系統(tǒng)不需要向電網(wǎng)外部提供整流電壓，同時電網(wǎng)可以作為無源逆變器，無源網(wǎng)絡也是受端系統(tǒng)，可以作為偏遠地區(qū)的供電非常好，但是柔性直流輸電采用架空線路時，供電可靠性問題仍需解決。

結語

柔性直流輸電技術可以構建靈活、強大、高效的電網(wǎng)結構，是充分利用可再生能源優(yōu)勢的有效途徑，代表了直流輸電領域的發(fā)展和研究方向，得到了廣泛的發(fā)展并應用。全世界。柔性直流輸電系統(tǒng)主要由模塊化多級變換組成，如電壓源換流器、橋臂電抗器、連接變壓器、交流開關柜、直流電容器、輸電線路、直流開關柜、測量系統(tǒng)、控制和保護裝置等。該流量裝置的特點是模塊化，可以方便地根據(jù)系統(tǒng)要求進行多級階躍波輸出。柔性直流輸電主要用于大規(guī)模輸電和交直流組網(wǎng)、分布式電網(wǎng)并網(wǎng)、城市電網(wǎng)擴容和直流供電、弱電系統(tǒng)或孤島供電等。

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