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[编者按] 厦门柔性直流输电示范工程正式投运, 是中国柔性直流输电工程技术发展新的里程碑。为了让广大读者充分学习和了解柔性直流输电技术特点和发展前景, 这里与大家分享国网智能电网研究院有关研究团队对柔性直流输电技术及工程的有关介绍。
0引言
输电技术的发展经历了从直流到交流, 再到交直流共存的技术演变。随着电力电子技术的进步, 柔性直流作为新一代直流输电技术, 可使当前交直流输电技术面临的诸多问题迎刃而解, 为输电方式变革和构建未来电网提供了一个崭新的解决方案。
它实际上是通过控制电压源换流器中全控型电力电子器件的开通和关断, 改变输出电压的相角和幅值, 可实现对交流侧有功功率和无功功率的控制, 达到功率输送和稳定电网等目的。国际大电网会议(CIGRE)和美国电气与电子工程于2004年将其正式命名为“VSC-HVDC”(voltage sourced converter based high voltage direction current)。ABB, Siemens和Alstom公司则分别将该项输电技术命名为HVDC Light, HVDC Plus和HVDC MaxSine, 在中国则通常称之为柔性直流输电(HVDC Flexible)。
模块化多电平换流器(modular multi-level converter, MMC)技术的提出和应用, 是柔性直流输电工程技术发展史上的一个重要里程碑, 提升了柔性直流输电工程的运行效益, 极大地促进了柔性直流输电技术的发展及工程推广应用。
1.柔性直流输电系统主接线
采用两电平、三电平换流器的柔性直流输电系统一般采用在直流侧中性点的接地方式, 而模块化多电平柔性直流输电系统则一般采用交流侧接地方式。无论是采用直流侧中性点接地的两电平、三电平换流器还是采用交流侧接地的模块化多电平换流器的柔性直流输电系统均为单极对称系统。正常运行时接地不会有工作电流流过, 不需要设置专门的接地极, 而当直流线路或换流器发生故障后, 整个系统将不能继续运行。此外, 通过大地或金属回线还可构成单极不对称结构, 类似于传统高压直流输电系统的一极。在相同系统参数下, 相比于单极对称系统, 单极不对称系统换流阀所耐受的电压水平是单极对称系统的2倍, 且直流侧的不对称还将造成换流器交流侧电压水平的提升。
为了提升柔性直流输电系统的功率容量和电压等级, 满足特高压、远距离大功率输送的要求, 单极换流站内换流器还可以由若干容量较小换流器单元串并联组合构成。如图1所示, 两个单极不对称系统串联还可以构成与传统高压直流输电类似的双极对称系统。
图1 典型两端柔性直流输电系统
采用双极系统的变压器需要承受由于直流电压不对称造成的变压器直流偏置电压, 与常规直流变压器不同的是, 此时变压器不需要承受换流站产生的谐波分量。目前柔性直流输电系统采用单极结构的最主要原因在于柔性直流输电工程为了降低直流侧故障的发生率, 大都采用电缆作为传输回路。这样, 采用单个换流器的可靠性相对更高一些, 而且降低了工程成本。
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