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柔性直流輸電:風(fēng)電并網(wǎng)新技術(shù)

作者: | 發(fā)布日期: 2011 年 06 月 22 日 9:38 | 分類: 行業(yè)知識

“通俗地講,在現(xiàn)有的電網(wǎng)中使用了柔性直流輸電系統(tǒng),相當(dāng)于在電網(wǎng)中接入了一個閥門和電源,它不僅可以有效地控制其上面通過的電能,隔離電網(wǎng)故障的擴散,而且還能根據(jù)電網(wǎng)需求,自身快速、靈活、可調(diào)地發(fā)出或者吸收一部分能量?!敝袊娍圃嘿R之淵博士介紹道,“這對優(yōu)化電網(wǎng)的潮流分布,增強電網(wǎng)穩(wěn)定性,提升電網(wǎng)的智慧化和可控性,都具有一定的作用?!?/p>

從技術(shù)上來說,柔性直流輸電是以電壓源換流器為核心的新一代直流輸電技術(shù),其采用最先進的電壓源型換流器和全控器件,是常規(guī)直流輸電技術(shù)的換代升級。相比于交流輸電和常規(guī)直流輸電,在傳輸能量的同時,還能靈活地調(diào)節(jié)與之相連的交流系統(tǒng)電壓。具有可控性較好、運行方式靈活、適用場合多等顯著優(yōu)點。

交流并網(wǎng)的技術(shù)瓶頸

目前,使用交流并網(wǎng)是絕大多數(shù)風(fēng)電場并網(wǎng)的選擇。但是風(fēng)電場通過交流并網(wǎng)目前普遍存在一些技術(shù)瓶頸:

首先,使用交流并網(wǎng)需要風(fēng)電場和所連接的交流系統(tǒng)必須嚴(yán)格保持頻率同步,而風(fēng)機對并網(wǎng)處交流母線電壓波動較為敏感?,F(xiàn)有運行經(jīng)驗表明,交流系統(tǒng)電壓波動是風(fēng)機退網(wǎng)的主要原因之一。

其次,在交流系統(tǒng)發(fā)生故障的情況下,風(fēng)電場的穩(wěn)定運行往往需要在母線出線端加裝無功補償裝置,從而提高風(fēng)場的故障穿越能力。但這樣一來加大了風(fēng)電場投資,另外補償裝置對風(fēng)機的最大風(fēng)能捕捉及風(fēng)機控制器本身,都有可能造成不利影響。

最后,對于海上風(fēng)電場來說,如果使用交流電纜連線,當(dāng)電纜長度超過一定數(shù)值后,需要很大的感性無功補償裝置,尤其是對于距離岸邊較遠(yuǎn)的風(fēng)電場來說,在線路中間進行無功補償幾乎沒有可能。

而使用柔性直流輸電電纜理論上沒有距離限制,所以當(dāng)超過一定的等價距離后,一般大于50~100千米,使用直流并網(wǎng)是最合理的選擇。

常規(guī)直流輸電存問題

常規(guī)直流需要所連交流系統(tǒng)提供換相電壓,比較容易發(fā)生換相失敗的故障,這對于風(fēng)電場來說大大降低了其安全穩(wěn)定運行的能力。

常規(guī)直流在傳輸同樣容量的功率時,比交流和柔性直流輸電方案的占地面積要大得多(兩倍以上),因此不適合風(fēng)電場使用。

常規(guī)直流在傳輸較小容量時,與交流和柔性直流輸電相比單位造價較高,因此不適合用于風(fēng)電場并網(wǎng)。

對于風(fēng)電場來說,當(dāng)風(fēng)力不夠使得風(fēng)機從系統(tǒng)中切除后,為給風(fēng)電場處的負(fù)荷供電,系統(tǒng)將有限度地向風(fēng)電場傳輸有功功率,這時可能需要無功補償來保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行。而常規(guī)直流不具備發(fā)出無功的能力,且本身還需要大量的無功補償裝置,這同樣會加大換流站的面積,因此不適合在風(fēng)電場(尤其是海上風(fēng)電場)使用。

柔性直流輸電對可再生能源發(fā)展意義重大

從柔性直流輸電技術(shù)本身來說,它能夠給風(fēng)電場提供良好的動態(tài)無功支撐,避免風(fēng)電場的無功補償設(shè)備投資;同時提供優(yōu)異的并網(wǎng)性能,防止風(fēng)電場的電壓波動對交流系統(tǒng)的影響,并同時改善風(fēng)電場對系統(tǒng)波動的抗干擾能力。由于能夠提供電壓支撐作用,它還能大幅度提升風(fēng)電場在交流系統(tǒng)發(fā)生故障情況下的低電壓穿越能力;另外,由于柔性直流輸電不受距離限制,因此也是國外大型遠(yuǎn)距離海上風(fēng)電場并網(wǎng)的唯一選擇?;谝陨巷@著優(yōu)勢,柔性直流輸電目前已成為國際上公認(rèn)的風(fēng)電場并網(wǎng)的最佳技術(shù)方案。

目前柔性直流輸電換流站的單位成本大約為常規(guī)直流輸電的1.5倍左右,但是隨著技術(shù)的改進以及工程的大量應(yīng)用,其造價也在逐漸降低。尤其是當(dāng)傳輸距離較長時,使用柔性直流輸電方案與交流輸電相比其技術(shù)經(jīng)濟性就更為優(yōu)越。因此在我國風(fēng)電場(尤其是海上風(fēng)電場)大規(guī)模開發(fā)利用越來越多的情況下,柔性直流輸電技術(shù)的大規(guī)模推廣應(yīng)用,對于滿足我國清潔高效的能源利用的需要,有著顯著的意義。

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