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柔性直流輸電技術(shù)
新一代直流輸電技術(shù)
基于電壓源換流器的高壓直流輸電（Voltage Source Converter based High Voltage Direct Current Transmission，VSC-HVDC）技術(shù)由加拿大McGill大學(xué)的Boon-Teck Ooi等人于1990年提出，是一種以電壓源換流器、自關(guān)斷器件和脈寬調(diào)制（PWM）技術(shù)為基礎(chǔ)的新型輸電技術(shù)，該輸電技術(shù)具有可向無源網(wǎng)絡(luò)供電、不會(huì)出現(xiàn)換相失敗、換流站間無需通信以及易于構(gòu)成多端直流系統(tǒng)等優(yōu)點(diǎn)。柔性直流輸電作為新一代直流輸電技術(shù)，其在結(jié)構(gòu)上與高壓直流輸電類似，仍是由換流站和直流輸電線路(通常為直流電纜)構(gòu)成。
基本信息
| 中文名 | 柔性直流輸電技術(shù) |
| 外文名 | VSC-HVDC |
| 領(lǐng)域 | 工程技術(shù) |
| ABB | HVDC Light |
| Siemens | HVDC PLUS |
| 學(xué)科 | 電力工程 |
收起
簡介
柔性直流輸電系統(tǒng)中兩端的換流站都是利用柔性直流輸電，由換流器和換流變壓設(shè)備，換流電抗設(shè)備等進(jìn)行組成。其中最為關(guān)鍵的核心部位就是 VSC ，而它則是由整流橋和直流電容器共同組成的。系統(tǒng)中，綜合考慮它的主電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及開關(guān)器件的類型，能夠采用正弦脈寬調(diào)制技術(shù)，將此類技術(shù)在調(diào)制參考波與三角載波進(jìn)行數(shù)據(jù)的對(duì)比，在后者數(shù)據(jù)相對(duì)較小的情況下，就會(huì)發(fā)生觸發(fā)下橋臂開關(guān)導(dǎo)通并關(guān)斷下橋臂。這主要是由于浮動(dòng)數(shù)值和相位都可以利用脈寬調(diào)制技術(shù)來進(jìn)行智能化調(diào)解。因此，VSC交流流輸出電壓基頻分量的幅值及相位也可通過脈寬進(jìn)行調(diào)節(jié)。
柔性直流原理
柔性直流輸電系統(tǒng)換流器穩(wěn)態(tài)運(yùn)行相量圖
通過調(diào)節(jié)換流器出口電壓的幅值和與系統(tǒng)電壓之間的功角差，可以獨(dú)立地控制輸出的有功功率和無功功率。這樣，通過對(duì)兩端換流站的控制，就可以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)交流網(wǎng)絡(luò)之間有功功率的相互傳送，同時(shí)兩端換流站還可以獨(dú)立調(diào)節(jié)各自所吸收或發(fā)出的無功功率，從而對(duì)所聯(lián)的交流系統(tǒng)給予無功支撐。
戰(zhàn)略意義
柔性直流輸電是構(gòu)建智能電網(wǎng)的重要裝備，與傳統(tǒng)方式相比，柔性直流輸電在孤島供電、城市配電網(wǎng)的增容改造、交流系統(tǒng)互聯(lián)、大規(guī)模風(fēng)電場并網(wǎng)等方面具有較強(qiáng)的技術(shù)優(yōu)勢，是改變大電網(wǎng)發(fā)展格局的戰(zhàn)略選擇。
柔性直流輸電還將面臨如何實(shí)現(xiàn)高電壓、大功率、架空線使用、混合結(jié)構(gòu)直流輸電等方面的挑戰(zhàn)。將通過進(jìn)一步的研究和試點(diǎn)，使該技術(shù)在大規(guī)模風(fēng)電場接入系統(tǒng)、實(shí)現(xiàn)區(qū)域聯(lián)網(wǎng)提高供電可靠性、緩解負(fù)荷密集地區(qū)電網(wǎng)運(yùn)行壓力等更多領(lǐng)域得到應(yīng)用。
應(yīng)用前景展望
綜合考慮柔性直流輸電技術(shù)所具備的一系列優(yōu)點(diǎn)以及存在的局限性，該技術(shù)電廠并網(wǎng)，海上平臺(tái)等領(lǐng)域取得了較為廣泛的運(yùn)用，而在未來的發(fā)展中該技術(shù)應(yīng)用的方向主要在以下三個(gè)方面。
（1）在城市電網(wǎng)增容及直流供電中的應(yīng)用。我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展以及城市化建設(shè)的不斷推進(jìn)，促進(jìn)了城市電網(wǎng)的進(jìn)一步發(fā)展，與此同時(shí)大部分的城市電網(wǎng)負(fù)荷也一直呈現(xiàn)出不斷增長的趨勢，人們對(duì)于電能的供應(yīng)及質(zhì)量要求不斷提高。
（2）替代交直流聯(lián)網(wǎng)。結(jié)合我國的總體趨勢西部地區(qū)的資源相對(duì)較多，同時(shí)負(fù)荷較少，我國90% 的水電幾乎都集中在西部，而東部地區(qū)的能源與負(fù)荷量特點(diǎn)則恰好相反。導(dǎo)致了我國地區(qū)能源和負(fù)荷的失調(diào)，因此，特高壓直流輸電工程在不斷增多，實(shí)現(xiàn)電能的大容量和遠(yuǎn)距離運(yùn)輸。
關(guān)于柔性直流輸電技術(shù)方面仍然存在著一定的障礙，在進(jìn)行長距離和大容量的發(fā)展過程中，要克服以下幾個(gè)難點(diǎn)：第一就是用碳化硅來替代二氧化硅，從而改變 VSC 的材料，同時(shí)還要增強(qiáng)封裝材料的絕緣性和耐熱性，達(dá)到大容量的電流運(yùn)輸。第二就是要加強(qiáng)電流直流斷路器的優(yōu)化與改良，突破上述所提到的故障。如果能在技術(shù)上實(shí)現(xiàn)故障的突破，那么柔性直流輸電技術(shù)在未來可能會(huì)完全取代傳統(tǒng)輸電技術(shù)，承擔(dān)起長距離大容量的輸電任務(wù)。
（3）在孤立負(fù)荷供電方面的應(yīng)用。由于柔性直流輸電技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)無源網(wǎng)絡(luò)的直接供電，同時(shí)對(duì)于輸電的功率大小沒有相應(yīng)的限制，因此在遠(yuǎn)方孤立電荷的供電過程中，該技術(shù)能夠得到充分的發(fā)揮。
例如在南方電網(wǎng)，對(duì)于一些較為偏僻的海島或者是村莊來說，一般都是運(yùn)用孤立負(fù)荷主網(wǎng)，這對(duì)于交流供電來說，難度相對(duì)較大，因此在當(dāng)?shù)囟际遣捎貌裼蜋C(jī)組就地發(fā)電。這種方式雖然能解決當(dāng)?shù)鼐用竦挠秒妴栴}，但同樣也會(huì)帶來環(huán)境污染大、能源消耗大等弊端，這與我國資源節(jié)約型與環(huán)境友好型社會(huì)的構(gòu)建目標(biāo)是不相符合的。而通過運(yùn)用柔性直流輸電技術(shù)，則能較好地解決以上問題，這也是該技術(shù)在未來發(fā)展中的一大應(yīng)用方向。
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