1柔性直流输电工程技术介绍
1.1柔性直流输电换流器技术
柔性直流输电的换流器可根据桥臂的等效特性,分为可控电源型和可控开关型两类。可控电源型交流器的储能电容分散于各桥臂中,其换流桥臂等效为可控电压源,通过改变桥臂的等效电压,间接改变交流侧输出电压。可控开关型换流器的换流桥臂等效为可控开关,通过适当的脉宽调制技术控制桥臂的开通与关断,将直流侧电压投递到交流侧。目前投入工程应用的换流器技术中,无论是两电平还是半桥型模块化多电平换流器,均存在无法在直流故障下实现交直流系统隔离的问题。而全桥式和钳位双子模块型模块化多电平换流器,由于可以使桥臂等效输出电压为负,在直流电压急剧降低时,仍然可以支撑交流电压,从而实现对交流侧短路电流的抑制作用。
1.2柔性直流输电控制与保护
柔性直流输电保护系统的主要功能是保护输电系统中所有设备的安全正常运行,在故障工况下,能够迅速切除系统中故障或不正常的运行设备,以保证剩余系统的安全运行。高压直流输电系统的保护配置需要同时满足可靠性、选择性、灵敏性、快速性、可控性、安全性等原则,易于运行维护。基于模块化多电平换流器系统保护策略两者主要的区别在于具体的保护区分和保护算法设计,大致可分为交流侧保护、换流器保护和直流区保护。
2柔性直流输电工程应用领域及现状
2.1柔性直流输电工程应用领域
现阶段由于柔性直流输电技术特点,其构成的系统可以广泛应用于可再生能源接入、孤岛供电、城市供电、智能电网互联等领域。用于风电、太阳能等功率输出波动较大的可再生能源接入,可以缓解功率波动引起的电压波动,改善电能质量。用于海岛、海上钻井平台供电时,可以充分发挥柔性直流系统自换相的技术优势,大幅减少投资及运行费用。用于向城市中心供电,可以控制有功及无功功率,解决电压闪变等电能质量问题,提高系统稳定性,并且可以在无电磁干扰及不影响城市市容的情况下,完成城市电网的增容改造,满足城市中心负荷的需求和环保节能的要求。用于电网互联,不仅可以完成电网间功率交换的功能,还可以凭借其快速独立调节无功功率、不提供短路电流等技术特征,解决大规模电网中的动态稳定性及短路电流超标等问题。
2.2国外柔性直流输电工程应用现状
截至2012年底,全球共有16个国家投入柔性直流输电工程建设,其中有13个柔性直流输电工程投入运行,其中四个用于风电厂接入电网,6个用于电网间互联,1个用于大型城市的供电,2个用于海上钻井平台供电。
2.3国内柔性直流输电工程应用现状
我国在柔性直流输电工程技术研究与应用方面起步较晚。2006年之前都集中在两电平换流器柔性直流输电系统建模与仿真分析等方面,对于工程技术的研究少有涉及。2006年,国内研究单位开站了基于MMC的柔性直流输电工程技术研究,在技术层面取得了突破性进展,并于2011年7月在上海南汇投运了中国首条柔性直流输电示范工程。国家电网计划于2014年在舟山电网建成一个5端柔性直流输电工程,包含5个换流站,系统总容量1000MW,其中最大的换流站容量为400MW,直流电压等级为±500kV。该工程是目前世界上端数最多的柔性直流输电工程,工程的建设与实施为未来实现海岛供电、可再生能源并网、多端直流输电等应用,提供技术和工程上的良好借鉴。
3结论与展望
随着社会的发展,全球应对气候变化的要求及能源供给安全形式日趋严峻,迫切需要构建更为智能、清洁、高效、可靠的输电网络,因此柔性直流电技术也成了世界各国电力行业发展的努力方向。柔性直流技术以其有功无功独立调节、无源供电能力以及易于构建直流电网等特点,越来越受到人们的关注。随着可关断器件、直流电缆等设备技术水平的不断提升,柔性直流的输送容量也得到了有效提升,使柔性直流输电成为电网可采用的主要输电方式之一,较其他输电方式,柔性直流输电技术更有竞争力。在可预见的将来,随着可再生能源结束电网的需求,以及智能电网升级改造等需求,世界范围内的柔性直流输电应用将会获得更为深远广阔的发展。未来的十年将是直流电网技术和建设快速发展的阶段,随着装机容量的需求不断提升,某些领域逐步取代传统直流和交流输电系统是大势所趋。
作者:路晓丽 单位:宁夏电力设计院