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(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(yùn)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(gè)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(gè)物理量進(jìn)行控制，同時(shí)，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(dú)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(shí)現(xiàn)。由于換流器容量的限制，在同一站實(shí)現(xiàn)有功功率和無功功率獨(dú)立控制時(shí)，有功功率和無功功率必須控制在PQ平面的一個(gè)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(shí)，通常鏈接無源網(wǎng)絡(luò)交流網(wǎng)絡(luò)的那個(gè)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(gè)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(shí)會(huì)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(shí)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(jià)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(yùn)輸需要成本，再加上維護(hù)，代價(jià)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(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(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(shí)現(xiàn)兩個(gè)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(yùn)行費(fèi)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(tái)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(gè)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(gè)優(yōu)點(diǎn)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(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(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(shí)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(shí)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(diǎn)。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(shí)雖然數(shù)量很多但規(guī)模較小大多為數(shù)百萬兆瓦等級(jí)，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(huì)影響城市市容，也不會(huì)有電磁干擾，同時(shí)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(gè)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(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(yīng)用場合之一。

---