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柔性直流输电:风电并网新技术

        发布时间:2017-11-06        

“通俗地讲,在现有的电网中使用了柔性直流输电系统,相当于在电网中接入了一个阀门和电源,它不仅可以有效地控制其上面通过的电能,隔离电网故障的扩散,而且还能根据电网需求,自身快速、灵活、可调地发出或者吸收一部分能量。”中国电科院贺之渊博士介绍道,“这对优化电网的潮流分布,增强电网稳定性,提升电网的智能化和可控性,都具有一定的作用。”

从技术上来说,柔性直流输电是以电压源换流器为核心的新一代直流输电技术,其采用最先进的电压源型换流器和全控器件,是常规直流输电技术的换代升级。相比于交流输电和常规直流输电,在传输能量的同时,还能灵活地调节与之相连的交流系统电压。具有可控性较好、运行方式灵活、适用场合多等显著优点。

交流并网的技术瓶颈

目前,使用交流并网是绝大多数风电场并网的选择。但是风电场通过交流并网目前普遍存在一些技术瓶颈:

首先,使用交流并网需要风电场和所连接的交流系统必须严格保持频率同步,而风机对并网处交流母线电压波动较为敏感。现有运行经验表明,交流系统电压波动是风机退网的主要原因之一。

其次,在交流系统发生故障的情况下,风电场的稳定运行往往需要在母线出线端加装无功补偿装置,从而提高风场的故障穿越能力。但这样一来加大了风电场投资,另外补偿装置对风机的最大风能捕捉及风机控制器本身,都有可能造成不利影响。

最后,对于海上风电场来说,如果使用交流电缆连接,当电缆长度超过一定数值后,需要很大的感性无功补偿装置,尤其是对于距离岸边较远的风电场来说,在线路中间进行无功补偿几乎没有可能。

而使用柔性直流输电电缆理论上没有距离限制,所以当超过一定的等价距离后,一般大于50~100千米,使用直流并网是最合理的选择。

常规直流输电存问题

常规直流需要所连交流系统提供换相电压,比较容易发生换相失败的故障,这对于风电场来说大大降低了其安全稳定运行的能力。

常规直流在传输同样容量的功率时,比交流和柔性直流输电方案的占地面积要大得多(两倍以上),因此不适合风电场使用。

常规直流在传输较小容量时,与交流和柔性直流输电相比单位造价较高,因此不适合用于风电场并网。

对于风电场来说,当风力不够使得风机从系统中切除后,为给风电场处的负荷供电,系统将有限度地向风电场传输有功功率,这时可能需要无功补偿来保证系统稳定运行。而常规直流不具备发出无功的能力,且本身还需要大量的无功补偿装置,这同样会加大换流站的面积,因此不适合在风电场(尤其是海上风电场)使用。  

柔性直流输电对可再生能源发展意义重大

从柔性直流输电技术本身来说,它能够给风电场提供良好的动态无功支撑,避免风电场的无功补偿设备投资;同时提供优异的并网性能,防止风电场的电压波动对交流系统的影响,并同时改善风电场对系统波动的抗干扰能力。由于能够提供电压支撑作用,它还能大幅度提升风电场在交流系统发生故障情况下的低电压穿越能力;另外,由于柔性直流输电不受距离限制,因此也是国外大型远距离海上风电场并网的唯一选择。基于以上显著优势,柔性直流输电目前已成为国际上公认的风电场并网的最佳技术方案。

目前柔性直流输电换流站的单位成本大约为常规直流输电的1.5倍左右,但是随着技术的改进以及工程的大量应用,其造价也在逐渐降低。尤其是当传输距离较长时,使用柔性直流输电方案与交流输电相比其技术经济性就更为优越。因此在我国风电场(尤其是海上风电场)大规模开发利用越来越多的情况下,柔性直流输电技术的大规模推广应用,对于满足我国清洁高效的能源利用的需要,有着显著的意义。

来源:《亮报》2011年5月14日前沿版

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