柔性直流输电 - 图文(2)

2019-08-02 00:20

用滤波器已能满足谐波要求。

(6)适合构成多端直流系统:传统直流输电电流只能单向流动,潮流反转时,电压极性反转而电流方向不动;因此在构成并联型多端直流系统时,单端潮流难以反转,控制很不灵活。而柔性直流输电的VSC电流可以双向流动,直流电压极性不能改变;因此构成并联型多端直流系统时,在保持多端直流系统电压恒定的前提下,通过改变单端电流的方向,单端潮流可以在正、反两个方向上调节,更能体现出多端直流系统的优势。

(7)占地面积小:柔性直流输电换流站没有大量的无功补偿和滤波装置,交流场设备很少,因此比传统直流输电占地面积少得多。

2、当然,柔性直流输电相对于传统直流输电也存在不足,主要表现在如下几个方面:

(1)损耗较大:传统直流输电的单站损耗已低于0.8%,两电平和三电平VSC的单站损耗在2%左右,MMC的单站损耗可以低于1.5%。柔性直流输电损耗下降的前景包括两个方面:①现有技术的进一步提高;②采用新的可关断器件。柔性直流输电单站损耗降低到1%以下是可以预期的。

(2)设备成本较高:就目前的技术水平,柔性直流输电单位容量的设备投资成本高于传统直流输电。同样,柔性直流输电的设备投资成本降低到与传统直流输电相当也是可以预期的。

(3)容量相对较小:由于目前可关断器件的电压、电流额

定值都比晶闸管低,如不采用多个可关断器件并联,VSC的电流额定值就比LCC的低,因此VSC基本单元(单个两电平或三电平换流器或单个MMC)的容量比LLC基本单元(单个6脉动换流器)的容量低。。目前已投运或正在建设的柔性直流输电工程的最大容量在1000MW左右,与传统直流输电的6000MW以上还存在一定的距离。但是,如果采用VSC基本单元的串、并联组合技术,柔性直流输电达到传统直流输电的容量水平是没有问题的,技术上并不存在根本性的困难。可以预见,在不远的将来,柔性直流输电也会采用特高压电压等级,其输送容量会与传统特高压直流输电相当。

(4)不太适合长距离架空线路输电:目前柔性直流输电采用的两电平和三电平VSC或多电平MMC,在直流侧发生短路时,即使IGBT全部关断,换流站通过与IGBT反并联的二极管,仍然会向故障点馈入电流,从而无法像传统直流输电那样通过换流器自身的控制来清除直流侧的故障。所以,目前的柔性直流输电技术在直流侧发生故障时,清除故障的手段是跳换流站交流侧开关。这样,故障清除和直流系统再恢复的时间就比较长。当直流线路采用电缆时,由于电缆故障率低,且如果发生故障,通常是永久性故障,本来就应该停电,因此跳交流侧开关并不影响整个系统的可用率。针对此缺陷,目前柔性直流输电技术的一个重要研究方向就是开发具有直流侧故障自清除能力的VSC。

(三)柔性直流输电应用领域及目前工程列表

1、应用领域

柔性直流输电目前主要的应用领域有异步电网互联、小型发电厂/新能源/分布式能源并网、偏远山区/海上供输电、城市输配电、电能质量改善等方面

2、柔直工程列表

序号 工程名称 直流电压 容量 换流器 输电线路 投运时间 1997 1999 2000 2000 2000 2002 2002 2005 2007 2009 2009 备注 试验性工程 风电并网 风电并网示范 电网互联 背靠背联网 电网互联,电力交易 电网互联,电力交易 海上平台供电 非同步联网 风电并网 弱电网互联 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 He?llsj?n Gotland Tjaereborg Directlink EaglePassB2B MurrayLink CrossSoundCable TrollA Estlink NordE.ON1 CapriviLink ±10 kV ±80kV ±9kV ±80kV ±15.9kV ±150kV ±150kV ±60kV ±150kV ±150kV 350kV 3MW 50MW 7.2MW 3*60MW 36MW 220MW 330MW 2*41MW 350MW 400MW 300MW 2电平 架空线10km 2电平 电缆70km 2电平 电缆4.4km 2电平 电缆6×65km 3电平 背靠背 3电平 电缆180km 3电平 电缆40km 2电平 电缆67km 2电平 电缆105km 2电平 电缆406km 2电平 架空线970km 12 Valhall ±150kV 78MW 2电平 电缆292km 海缆186km 2010 钻井平台供电 东西互联工程 电网互联,城市供电 风电并网 风电并网 风电并网 法西联网 风电并网 风电并网 风电并网 跨海联网 风电并网 风电并网 海上平台供电 北波互联工程 风电并网 电网互联 地下输电 海岛联网 城市供电 电网互联 13 EastWest ±200kV 500MW 2电平 陆缆70km 2013 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 TransBayCable 上海南汇工程 南澳三端 DolWin1 INELFE BorWin2 HelWin1 HelWin2 Skagerrak4 SylWin1 DolWin2 TrollA二期 NordBalt ±200kV ±30kV ±160kV ±320kV ±320kV ±300kV ±259kV ±320kV 500kV ±320kV ±320kV ±60kV ±300kV 400MW 18MW 200/150/50MW 800MW MMC MMC MMC 电缆88km 电缆小于14km 电缆 2010 2011 2013 海缆75km、陆缆CTL(MMC) 2014 90km 陆缆65km 2014 2×1000MW MMC 800MW 576MW 690MW 700MW 864MW 900MW 100MW 700MW 900MW 750MW 700MW 400/300/100/100/100MW 1000MW 1000MW 海缆125km、陆CTL(MMC) 2014 缆75km MMC MMC MMC MMC 海底电缆85km 2014 电缆131km 2014 海缆140km、陆2014 缆104km 海缆160km、陆2014 缆45km 2015 2015 CTL(MMC) 海缆135km CTL(MMC) 海缆4x70km MMC MMC MMC MMC MMC MMC MMC 海缆400km、陆2015 缆50km 电缆135km 背靠背 陆缆200km 电缆134km 电缆15km 背靠背 2015 2015 2016 2014 2015 2016 北海德国联网工程 320kV SuperStation ±345kV South-West link 300kV 舟山多端 ±200kV 厦门供电 ±320kV 云南鲁西背靠背工±350kV 程 二、柔性直流输电的分类与结构组成 (一)柔性直流输电的分类及优缺点对比

已有柔性直流输电工程采用的VSC主要有三种,即两电平换流器、二极管箝位型三电平换流器和模块化多电平换流器(MMC),模块化多电平换流器在各种特性上都比较优越,所以模块化多电平为现在普遍应用的技术。

两电平换流器的拓扑结构最简单,如图2.1所示。他有六个桥臂,每个桥臂由绝缘栅双极晶体管(IGBT)和与之反并联的二极管组成。在高压大功率的情况下,为提高换流器容量和系统的电压等级,每个桥臂由多个IGBT及其相并联的二极管相互串联来获得,其串联的个数由换流器的额定功率、电压等级和电力电子开关器件的通流能力与耐压强度决定。相对于接地点,两电平换流器每相可输出两个电平,显然两电平换流器需通过PWM逼近正弦波。

图2.1:两电平拓扑结构和单个桥臂结构


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