多端柔性直流输电技术的现状及应用前景

2018-04-15

商品与质量 2018年40期

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1 VSC-MTDC输电技术概述

VSC换流站并联连接，并且整个直流网络运行在同一电压下的MTDC输电系统。并联型VSC-MTDC主要分为放射式和环网式2种接线方式，其各VSC之间的功率分配主要靠改变换流站的直流电流实现。通常由1个主导VSC控制整个直流网络直流电压，其他VSC的电流变化由该站来平衡。如下图1（a）、（b）分别为放射式和环网式并联VSC-MTDC输电系统的拓扑结构示意图。

2 VSC-MTDC发展现状

VSC-MTDC工程实例。国内VSC-MTDC输电工程实例。我国虽然在柔性直流输电工程技术研究与应用方面起步较晚。但从2006年开始，国内许多研究单位及时把握住了柔性直流输电技术发展的趋势，在基础理论研究、关键技术攻关、核心设备研制、试验能力建设、工程系统集成等方面取得了许多自主创新成果，通过近几年的快速发展，我国在柔性直流输电技术研究和工程应用等方面已达到世界先进水平[1]。

在多端柔性直流方面，我国更是取得了巨大的成就，已有两项多端柔性直流输电工程：南澳多端柔性直流输电工程和舟山多端柔性直流输电工程。南澳多端柔性直流输电工程是由南方电网公司建设的世界上第一个多端柔性直流输电示范工程，它由三个换流站并联构成，采用的是模块化多电平（MMC）技术，直流电压等级为±160kV，传输容量200MW。该工程主要用于海上风电并网，分别在广东汕头南澳岛上的青澳、金牛各建设一座风电送端换流站，在大陆澄海区建设一座风电受端换流站，三个站容量分别为5万kW、10万kW和20万kW，建设直流电缆混合输电线路40.7km。

3 VSC-MTDC的应用前景

3.1 风电、光电等新能源并网

太阳能和风能都是间歇性能源，且一般远离负荷中心，在长距离大容量电力输送方面，相比于交流输电直流输电更具有经济性，因此多端柔性直流输电是必不可少甚至是唯一解决此类问题的技术手段。另外柔性直流输电既能提高风电机组抵御电网故障扰动的能力，减少风电机组的停运率；又能提高风电机组对风速的适应能力，能够在更大风速范围内保持发电运行，南澳多端柔性直流输电提高了海上风电利用率5%-10%。随着越来越多的多端柔性直流输电工程的成功运行，VSC-MTDC将成为地区电网消纳新能源的重要技术手段。

3.2 孤立海岛以及钻井平台的供电

海岛供电是多年来影响海岛经济发展和人民生活水平提高的主要问题之一。长久以来，一些有常住人口的海岛由于远离大陆，海岛上的小型供电系统无法与大陆大电网并网，海岛居民无法享用大电网的低价电源。另外海岛及海上钻井平台负荷较小，波动较大，燃料及资源利用不合理，因此海岛电价过高，电力供应可靠性较低，而VSC-MTDC可以解决这些问题，让海岛居民享受低价电。

3.3 大电网的非同步联网

不同频率的电网限制了两个区域之间的电力交易，VSC-MTDC通过换流技术将不同频率的交流电都转化为直流，可以作为系统间联络线，用于实现不同步或不同频率的两个交流系统的互联；此外由于VSC-MTDC能对自身电流进行快速控制，因此可用来限制互联系统的短路容量。虽然目前VSC-MTDC在容量上还有一定的限制，但是随着其技术的发展，未来跨国以及跨区域间不同频率电网互联会变得越来越普遍[2]。

3.4 大型城市供配电

由于特大城市对环境和占地极为关注，电厂从市中心转移和从外地输入大量电力的趋势不可逆转。VSC-MTDC应用于城市中心供电的优越性在于：可以快速控制有功功率和无功功率，解决电压闪变问题，改善供电的电能质量，防止敏感设备因电能质量问题造成的经济损失；多端柔性直流输电可采用地埋式直流电缆，不会影响市容；又由于VSC-MTDC一般采用双极电缆布置，电缆磁场几乎降到零，对电磁环境的影响较小，因此可满足城市中心负荷的需求和环保节能的要求[3]。