柔性直流输电综述.pdf

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1、科技论坛·113·柔性直流输电综述刘鹏（沈阳工程学院，辽宁沈阳110136）摘要：介绍了基于电压源换流器型的高压直流输电技术，对其结构及运行原理进行了简要介绍。并简要介绍了国外发展情况，着重介绍了国内的典型投运工程，对柔性直流输电应用前景进行了总结。最后展望了柔性直流输电前景。关键词：PWM；VSC-HVDC；可再生能源；应用1柔性直流输电简介目前电力生产主要依靠的是化石燃料的燃烧，但是随着化石能源的日益枯竭，可再生能源的价值已经逐步体现出来。并且随着时间的推移，电力行业对于可再生能源的依赖将更为明显。柔性直流输电技术就在这样的背景下发展起来的。从20

2、世纪90年代后期，柔性直流输电技术由ABB、Siemens为代表的跨国企业研究并发展，并在新能源并网等方面图1柔性直流输电单线原理图[4]得到了广泛应用[2]。简单来说，柔性直流输电技术就是可以独立地控制其输出电压的状态，从而快速、灵活地调节其输性直流输电的理论研究。出的功率。它的“柔性”，就表现在它能根据电流情况自适应地调节虽然我国的柔性直流输电能质量，使之达到动态平衡。电技术起步晚，但是从目2柔性直流输电基本结构及运行原理前所取得的成绩看，我国2.1基本结构的柔性直流技术发展速柔性直流输电（VSC-HVDC）是一种基于可控关断器件和脉宽度快，起点高

3、。下面将对调制（PWM）技术的新型输电技术[7]。这种输电技术能同时向系统提我国两个典型的示范工供有功功率和无功功率。其原理图如图1所示，两端换流站为电压程加以介绍。(1)2011年源换流器结构，并且由换流器、换流变压器、换流电抗器、直流电容7月25日，上海南汇风图2VSC单相结构图器和交流滤波器组成[3]。电场柔性直流输电工程2.2运行原理投入正式运行。这是中国第一条拥有完全自主知识产权的柔性直流柔性直流输电就是运用PWM技术，并且采用电压源型换流器输电线路。此工程的正式运行，标志国家电网公司也成为继ABB、西（VSC）。通过将调制波与三角载波进行比

4、较产生的触发脉冲，使电门子之后第三个掌握该项技术的公司。该系统的额定输送有功功率压源型换流器上下桥臂的开关在高频的状态下开通和关断，那么桥为20MW，额定电压为30kV。上海南汇风电场是上海电网已建设的臂中点的电压在两个固定电压+US和-Ud之间快速进行切换，Uc最大规模的风电场。上海南汇柔性直流输电工程的主要功能是将上经过电抗器滤波后变为网侧的交流电压U[5]。电压源型换流器海南汇风电场的电能输送出来，这对于今后的新能源并网具有重要S（VSC）的单相结构如图2所示。意义。(2)2014年7月4日上午10时，浙江舟山200kV多端柔性直通过分析，假设换

5、流电抗器无损耗且忽略谐波分量时，换流器流科技示范工程正式投运。随着舟山群岛的建设，舟山群岛电网的和交流电网之间传输的有功功率P和无功功率Q分别为：可靠性和灵活性的要求变得更高。而且舟山各个岛屿拥有丰富的风(1)力资源，风电具有间断性和不稳定性。要使得风电顺利并网，这对电P
(UUX

)sin
网的要求变得更高。在这种情况下，能够适应舟山复杂情况的输电Q
UU
(
Ucos)
X
(2)技术迫切被需要。舟山柔性直流输电工程则能够满足诸上要求。其式中：Uc为换流器输出电压的基波分量；Us为交流母线电压基可靠性高，有功功率和无功功率的独立控制很好的解

6、决了风电并网波分量；为U
和U之间的相角差；x为换流电抗器的电抗[3]。由问题，提高了系统调度运行灵活性[13-14]。sc1式(1)和式(2)可知，有功功率的传输主要取决于，无功功率的传输主
3.3柔性直流在电网中的应用前景要取决于Uc，因此通过对
的控制就可以控制直流电流的方向及输随着陆上化石能源的日益枯竭以及环境污染的恶化，我国逐渐加送有功功率的大小，通过控制Uc就可以控制VSC发出或吸收的无大对绿色可再生能源及海底石油能源的开发利用。我国东部沿海经济功功率。从其他角度考虑，电压源型换流器还可以看做是一个无转发达地区海上可开发风能资源约为7.5亿

7、kV,是陆地上风能资源的3动惯量的发电机，可以瞬时实现有功功率和无功功率的独立调节，倍，具有良好的卡法潜力[16]。在上节3.2中已经提到了柔性直流输电在风实现四象运行。能并网中的应用。除此之外，柔性直流输电还可应用与一下几个领域，3柔性直流输电的应用并加以说明。(1)城市输配电网供电。中国目前发展迅速，一些东部沿海3.1国外柔性直流应用地区的大型城市的用电量的增加，这样对于外地电力的依赖将以增加。1990年绝缘栅极双极管(IGBT)为高电压直流输电技术添加新随着城市电网的规模不断扩大，负荷密度越来越大，不同程度的遇到了的特性，使它克服了基于晶闸管控制

8、的缺点，使得柔性直流输电短路电流超标问题[19]。采用柔性直流输电系统供电，可以快速控制有功(