柔性直流輸電技術(shù)的現(xiàn)狀與運(yùn)用前景分析

方維聲

摘 要 柔性直流輸電系統(tǒng)作為新一代直流輸電技術(shù)，代表著直流輸電領(lǐng)域的發(fā)展和研究方向。在國家能源結(jié)構(gòu)調(diào)整、區(qū)域能源互聯(lián)發(fā)展、可再生能源有效整合中具有重要作用。本文分析了柔性直流輸電技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，重點(diǎn)闡述了柔性直流輸電技術(shù)的動(dòng)態(tài)無功支撐和故障自清除能力，并對(duì)未來柔性直流輸電技術(shù)發(fā)展、運(yùn)用前景進(jìn)行了展望分析。

關(guān)鍵詞 柔性直流輸電技術(shù);現(xiàn)狀;運(yùn)用前景

引言

隨著我國電力行業(yè)的建設(shè)與發(fā)展，人們愈發(fā)重視柔性直流輸電技術(shù)，并關(guān)注其對(duì)能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整、區(qū)域互聯(lián)發(fā)展、可再生能源整合利用的作用。柔性直流輸電技術(shù)具有無功控制特性、多端輸電特性、孤島特性等多種應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，能夠靈活運(yùn)用于電力系統(tǒng)中，提升現(xiàn)代社會(huì)電力輸送整體水平，促進(jìn)電力系統(tǒng)的現(xiàn)代化、科技化發(fā)展。目前柔性直流輸電技術(shù)的常見應(yīng)用形式為：連通分散的小型發(fā)電廠、城市直流輸配電網(wǎng)、海上風(fēng)電場等。

1柔性直流輸電技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

柔性直流輸電技術(shù)作為一種全新的直流輸電技術(shù)，其核心是電壓源型換流器，利用全控型電力元器件組成電壓源型換流器，從而形成整個(gè)輸電系統(tǒng)的核心。在現(xiàn)代社會(huì)中，柔性直流輸電技術(shù)有較為明顯的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，具有濾波容量小、關(guān)斷可控性、運(yùn)行靈活、方便管理等多方面的特點(diǎn)。隨著現(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展與進(jìn)步，人們對(duì)電力供應(yīng)的整體水平提出了更高的要求，需要電能供應(yīng)保持整體穩(wěn)定、電能質(zhì)量優(yōu)良和較高的服務(wù)水平。此外，我國電網(wǎng)的輸電需求不斷擴(kuò)大，這些都是現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展對(duì)電能需求的體現(xiàn)[1]。從技術(shù)角度分析，柔性直流輸電強(qiáng)化了電力電子元器件技術(shù)與電網(wǎng)的完美結(jié)合，提升了輸電效率，是現(xiàn)階段最為有效的輸電方式，促進(jìn)了我國電力系統(tǒng)輸送技術(shù)的創(chuàng)新與發(fā)展。

2柔性直流輸電技術(shù)的應(yīng)用

2.1 柔性直流輸電技術(shù)應(yīng)用——連通分散的小型發(fā)電廠

近幾年來，我國積極倡導(dǎo)發(fā)展清潔能源發(fā)電建設(shè)。但是，由于受到諸多外界因素干擾及客觀條件限制，且能源站與主電網(wǎng)之間的距離較遠(yuǎn)、裝機(jī)容量較小，無法保證供電的電能質(zhì)量。以風(fēng)電場多端柔性直流輸電系統(tǒng)與風(fēng)電場為例，在電力輸送過程中，若僅依靠傳統(tǒng)的電力輸送技術(shù)，則會(huì)出現(xiàn)輸送能力較低、無法滿足大規(guī)模電力輸送需求的情況。若選擇交流互聯(lián)技術(shù)，則會(huì)大大提高成本，且無法滿足電力輸送需求。因此，采用柔性直流輸電與主電網(wǎng)進(jìn)行連接，有效連通多個(gè)分散的小型發(fā)電廠，解決并網(wǎng)帶來的問題，提高電能輸送效率、質(zhì)量及供電穩(wěn)定性。

2.2 柔性直流輸電技術(shù)應(yīng)用——城市直流輸配電網(wǎng)

對(duì)于一些人口密集，用電負(fù)荷需求高的城市而言，其內(nèi)部空間資源匱乏。在空中架設(shè)輸電線路走廊會(huì)受到一定的空間制約，傳統(tǒng)的架空輸配電線路已無法滿足現(xiàn)代社會(huì)城市用電需求帶來的大容量電力負(fù)荷要求，需要進(jìn)一步增設(shè)電纜，才能提高輸電能力。面對(duì)這種情況，可以引進(jìn)柔性直流輸電技術(shù)，采用柔性直流電纜，從而壓縮電纜架設(shè)占用的空間，并且拓寬電纜輸送容量，產(chǎn)出更多的有功功率，提高城市的整體輸配電水平。在城市配電網(wǎng)改造過程中，也可以采取柔性直流輸電來保證城市的供電穩(wěn)定。且電纜敷設(shè)于地下電力管廊中，提高城市輸配電系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

2.3 柔性直流輸電技術(shù)應(yīng)用——海上風(fēng)電場

我國除了有遼闊的陸地資源，還有豐富的海上資源與海島資源。在這些海島內(nèi)部，仍然使用傳統(tǒng)的柴油或天然氣發(fā)電，發(fā)電成本高，供電效果不佳，整體穩(wěn)定性差，嚴(yán)重環(huán)境污染。這些傳統(tǒng)的發(fā)電手段雖然能夠?yàn)楫?dāng)?shù)厝藗兲峁┤粘Ｉ畋憷?，但影響了海島城市的整體發(fā)展，同時(shí)也不符合我國當(dāng)前提倡的“節(jié)能減排”發(fā)展理念[2]。因此，柔性直流輸電技術(shù)充分發(fā)揮其應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。以“ABB海上風(fēng)電場柔性直流輸電工程”為例，其結(jié)合海島本身的特性，集中控制海島風(fēng)力發(fā)電機(jī)，進(jìn)行電能并網(wǎng)處理，實(shí)現(xiàn)長距離輸電目標(biāo)，從而實(shí)現(xiàn)海島電力能源的經(jīng)濟(jì)與環(huán)保效益。

2.4 動(dòng)態(tài)無功支撐

柔性直流輸電本身可以起到STATCOM的作用，穩(wěn)定交流母線電壓。STATCOM又稱為靜止同步補(bǔ)償器，是目前世界上無功補(bǔ)償領(lǐng)域最新的先進(jìn)技術(shù)，是柔性輸電技術(shù)中的重要組成部分。STATCOM并聯(lián)于電網(wǎng)中，其作用就像是一個(gè)可控的無功電流源，使無功電流跟隨負(fù)荷無功電流進(jìn)行快速的變化，能夠有效地對(duì)電網(wǎng)無功功率實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償。在暫態(tài)情況下，可利用動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償快速響應(yīng)的特點(diǎn)，可有效地改善系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性，增強(qiáng)抵御電網(wǎng)大事故的能力。這個(gè)特點(diǎn)不僅可以有效緩解多直流落點(diǎn)地區(qū)無功不足的問題，還可以一定范圍緩解城市中心區(qū)域大量的地下交流電纜以及空調(diào)負(fù)荷比例的日益增大造成的無功缺乏問題，為城市負(fù)荷中心提供必要的無功支撐，維持城市電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2.5 換流器故障自清除

在柔性直流輸電系統(tǒng)中，單鉗位型、雙鉗位型、全橋型這3種換流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)均具有直流故障自清除能力，即具有快速清除故障和迅速恢復(fù)系統(tǒng)的能力。因此在柔性直流輸電工程中不需要再配置直流斷路器。在全橋子模塊中，當(dāng)直流側(cè)發(fā)生故障時(shí)，換流器中的所有IGBT 均會(huì)迅速關(guān)斷，而通常在IGBT關(guān)斷之前，子模塊中的電容存在放電過程。通過反極性操作將子模塊的電容電壓接入到故障電流的流通路徑中，使得故障電流向電容快速充電且迅速消耗至零。

3柔性直流輸電技術(shù)的運(yùn)用前景

首先，關(guān)于柔性直流輸電技術(shù)在城市電網(wǎng)增容及輸電系統(tǒng)中的應(yīng)用?，F(xiàn)階段，社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人們?nèi)粘Ｉ畹挠秒娯?fù)荷需求不斷提高，對(duì)供電的穩(wěn)定性與可靠性的要求也不斷增強(qiáng)。當(dāng)下我國大部分區(qū)域內(nèi)部的電網(wǎng)系統(tǒng)均是采用常規(guī)交流輸配電技術(shù)，基于電網(wǎng)系統(tǒng)長期安全穩(wěn)定運(yùn)行分析，將柔性直流輸電技術(shù)引入城市電網(wǎng)中，充分運(yùn)用其中的VSC-HVDC技術(shù)，能夠有效強(qiáng)化城市電網(wǎng)供電質(zhì)量和可靠性。優(yōu)化電網(wǎng)占用空間，降低城市電網(wǎng)的建設(shè)成本，是未來城市輸配電技術(shù)發(fā)展的主要方向。其次，電力輸送距離越來越遠(yuǎn)，電能容量也會(huì)越來越大。柔性直流輸電技術(shù)能夠以靈活、可控的優(yōu)勢(shì)逐漸取代傳統(tǒng)輸電模式，有效實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代社會(huì)的輸電目標(biāo)。

4結(jié)束語

就柔性直流輸電技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及其運(yùn)用前景而言，其靈活性與實(shí)用性，更加具有未來發(fā)展優(yōu)勢(shì)。結(jié)合其應(yīng)用情況可以發(fā)現(xiàn)，更能夠適應(yīng)現(xiàn)代社會(huì)城市電網(wǎng)增容，直流供電方面的應(yīng)用需求，也能夠促進(jìn)我國電網(wǎng)建設(shè)與發(fā)展，提高并網(wǎng)水平，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的電力輸送，降低電力輸送成本，提高電力系統(tǒng)的可控制能力，有效避免發(fā)生系統(tǒng)故障。

參考文獻(xiàn)

[1] 韓煒煒.柔性直流輸電技術(shù)的現(xiàn)狀及應(yīng)用前景分析[J].電子測(cè)試，2018，（1）：109-110.

[2] 包玉柱.柔性直流輸電技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀與前景分析[J].化工管理，2016，（35）：251.