浅谈柔性直流输电系统及应用

浅谈柔性直流输电系统及应用

张永锋

吉林省送变电工程有限公司吉林长春130031

摘要：柔性直流输电系统是以电压源换流器为基础的新一代直流输电系统（也称作：电压源换相高压直流输电，英文简称：VSC-HVDC）。换流器采用了可控关断元件，可解决向无源负荷送电的问题。在传输有功功率的同时，换流器可从AC系统吸收无功，或向AC系统发无功，起到调节无功功率的作用，运行方式更加灵活。目前的技术路线主要有两类：一类是ABB公司的两电平结构，一类是西门子公司的多电平机构。主要的接线方式也有两类：一类是伪双极接线，一类是真双极接线。

关键词：柔性直流；输电；系统；应用

1引言

1954年，连接Gotland与瑞典大陆之间的世界上第一条高压直流输电线路建成，标志着HVDC进入了商业化时代。1990年，加拿大McGill大学的Boon-TeckOoi等首次提出使用PWM技术控制VSC进行直流输电的概念。1997年，ABB公司在瑞典中部的Hallsion和Grangesberg之间建成首条的工业试验工程。从此VSC-HVDC作为一种新兴的输电技术开始进入大发展的商业应用阶段。

2柔性直流输电的特点

（1）柔性直流输电系统的组成

柔性直流输电系统由换流站和直流输电线路构成。柔性直流输电系统包括两个换流站和两条直流线路。柔性直流输电功率可以双向流动，两个换流站中的任一个既可以作整流站也可以作逆变站运行。柔性直流输电系统换流站的主要设备一般包括：电压源换流器、相电抗器、联结变压器、启动电阻、交流滤波器、控制保护以及辅助系统（水冷系统、站用电系统）等。两端电压源换流器的换流站与直流线路一起构成柔性直流输电系统。换流站的两个直流端点分别接到线路的两根极线上。柔性直流输电系统通常是双极运行，从两组对称的直流电容器组的中间引出的一点接地，两个直流端，一端为正极、一端为负极。正常情况下，两根极导线中的直流电流大小相等、方向相反，没有电流通过接地点和大地。

（2）柔性直流输电系统的调制技术

柔性直流输电系统根据其主电路拓扑结构及开关器件类型可以采用脉宽调制技术（PWM）或者脉冲幅值调制技术（PAM）。以正弦脉宽调制SPWM为例。模块化多电平（MMC）技术，在本质上也是一种针对脉波的调制技术。调制参考波Uaref与三角载波Utri进行数值比较，当参考波数值大于三角载波，触发上桥臂导通并关断下桥臂，反之则触发下桥臂开关导通并关断上桥臂。从而产生宽度不等的脉冲系列。电压源换流器交流输出电压基频分量的幅值与相位可进行调节，从而获得所需要的电压波形，以便控制所传输的有功功率和无功功率。

（3）柔性直流输电的优点

柔性直流输电系统的主要优点与其采用全控型开关器件和高频PWM调制技术这两个基本特征有关。传统直流输电（LCC-HVDC）技术所具有的优点，柔性直流输电系统大都具有，如：线路造价较低、损耗较少，输电走廊窄；输送距离基本不受限制；不存在交流输电的稳定性问题；可以实现非同步系统的互联。除了以上与常规直流输电所共有的优点之外，柔性直流输电系统还有一些自身的特殊优点：有功和无功快速独立地控制。能为交流侧提供无功支持，起到STATCOM的作用，对电压质量和电压稳定提供支撑，提高现有交流系统的输电能力。潮流反转方便快捷。提高交流电网的功角稳定性。谐波含量小、无换相失败问题，可以向无源电网供电。交流侧电流可以控制，不会增加系统的短路容量，这意味着增加新的VSC-HVDC线路后，交流系统的保护整定值无需改变。能够提高系统阻尼，因此不但不会引起发电机组的次同步振荡，而且会提高发电机组的次同步振荡阻尼。换流站设备小型化和标准模块化设计，设计生产安装和调试周期大大缩短，并具有更高的可靠性。

3柔性输电系统的不足

从已投运的柔性直流输电工程来看，其也有相对不尽如人意的地方，具体如下：系统损耗大；不能控制直流侧故障时的故障电流；系统稳定性和可靠性有待工程运行数据的验证；多端柔直系统的建设与广泛应用，取决于直流断路器等关键设备的研发。

4柔性输电系统的应用

柔性直流输电系统克服了常规直流的固有缺陷，可以快速独立地控制与交流系统交换有功和无功功率、控制公共连接点的交流电压，潮流反转方便灵活，可以自换相，因此，具有提高交流系统电压稳定性、功角灵活性、降低损耗、事故后快速恢复等功能。使得柔性直流特别适合在连接分散的新能源电源、弱交流节点处的交流电网非同步互联、偏远负荷供电、海上钻井平台或孤岛供电、提高配电网电能质量等领域得到应用。非同步联网——方便地调节有功和无功，改善系统的运行性能；连接分布电源——风电场，小型水电厂、太阳能电站及其它新能；构建城市直流输配电网，为城市中心送电——用电量急增，线路走廊困难；促进电力市场发展——构建地区电力供应商交换电力的可行平台，增加运行灵活性和可靠性；提高配电网电能质量——快速控制有功无功，使电压、电流灵活满足电能质量标准要求；向远方孤立负荷点送电——如沿海小岛、海上钻井平台、偏僻地区负荷等。2018年05月15日，当今世界上输电容量最大、电压等级最高的混合柔性直流输电工程—乌东德电站送电广东广西高压多端直流示范工程正式开工。

5结论

综上所述，柔性直流输电较之常规直流输电具有紧凑化、模块化设计，易于移动、安装、调试和维护，易于扩展和实现多端直流输电等优点。近几年来，柔直技术在我国得到广泛应用，多个柔直工程正在建设，或在规划中。我国还没有针对柔直技术应用的相关国标，希望国内参与柔直技术研发、设备制造、工程建设的相关单位，积极参与标准制定工作，以促进柔性直流输电技术的发展，满足工程需要。

参考文献

[1]徐政，《柔性直流输电系统》，2013.01

[2]赵成勇，《柔性直流输电建模和仿真技术》，2014．

[3]汤广福，《基于电压源换流器的高压直流输电技术》，2010．