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柔性直流输电对比


1. 柔性直流输电系统换流站的主要设备。柔性直流输电系统换流站 的主要设备一般包括:电压源换流器、相电抗器、联结变压器、交流 滤波器和控制保护以及辅助系统(水冷系统、站用系统)等。 2. 柔性直流输电技术的优点。柔性直流输电是在常规直流输电的基 础上发展起来的,因此传统的直流输电技术具有的优点,柔性输电大 都具有。此外,柔性输电还具有一些自身的优点。 (1)潮流反转方便快捷,现有

交流系统的输电能力强,交流电网的 功角稳定性高。保持电压恒定,可调节有功潮流;保持有功不变,可 调节无功功率。 (2)事故后可快速恢复供电和黑启动,可以向无源电网供电,受端 系统可以是无源网络,不需要滤波器开关。功率变化时,滤波器不需 要提供无功功率。 (3)设计具有紧凑化、模块化的特点,易于移动、安装、调试和维 护,易于扩展和实现多端直流输电等优点。 (4)采用双极运行,不需要接地极,没有注入地下的电流。 3. 柔性直流输电技术的缺点。系统损耗大(开关损耗较大) , 不能控制直流侧故障时的故障电流。在直流侧发生故障的情况 下,由于柔性直流输电系统中的换流器中存在不可控的二极管通路, 因此柔性直流输电系统不能闭锁直流侧短路故障时的故障电流, 在故 障发生后只能通过断开交流侧断路器来切除故障。 可以使用的最佳解 决方式是通过使用直流电缆来提高系统的可靠性和可用率。 三、常规直流输电技术和柔性直流输电技术的对比

1. 换流器阀所用器件的对比。 (1)常规直流输电采用大功率晶闸管,由于晶闸管是非可控关断器 件, 这使得在常规直流输电系统中只能控制晶闸管换流阀的开通而不 能控制其关断,其关断必须借助于交流母线电压的过零,使阀电流减 小至阀的维持电流以下才行。 (2)柔性直流输电一般采用 IGBT 阀,由于 IGBT 是一种可自关断 的全控器件,即可以根据门极的控制脉冲将器件开通或关断,不需要 换相电流的参与。 2. 换流阀的对比。 (1)常规直流输电系统中换流阀所用的器件是大功率晶闸管和饱和 电抗器,可以输送大功率。 (2)柔性直流输电系统中的换流阀采用了 IGBT 器件,可实现很高 的开关速度,在触发控制上采用 PWM 技术,开关频率相对较高,换 流站的输出电压谐波量较小,主要包含高次谐波。故相对于常规直流 输电,柔性直流输电换流站安装的滤波装置的容量大大减小。 (3)常规直流输电通过换流变压器连接交流电网,而柔性直流输电 是串联电抗器加变压器, 常规直流输电以平波电抗器和直流滤波器来 平稳电流,而柔性直流输电则采用直流电容器。 3. 换流站控制方式的对比。 (1)常规直流输电系统的换流站之间必须进行通信,以传递系统参 数并进行适当的控制, 而柔性直流输电系统中各换流站之间的通信不 是必需的。

(2)功率反向输送能力的对比。柔性直流输电系统在潮流反转时, 只需改变电流方向,而直流电压极性不变,功率反向时系统不停运, 这使得柔性直流输电系统改变功率方向时, 两端换流站的控制策略不 变,更不需要投切交流滤波器或闭锁换流器。而常规直流输电改变功 率方向时需要改变电压极性,而直流电流极性不变,功率反向时,换 流站需退出运行,改变控制策略,并且需要对滤波器和无功补偿设备 的投切情况进行实时判断。 (3)对交流网络的依耐性方面的对比。柔性直流输电不需要依靠交 流系统的能力来维持电压和频率稳定,无需无功补偿,换流器自身可 提供无功功率。 而常规直流输电要求受端交流系统具有足够的短路容 量,需要外加的换相容量,不能向无源或弱网络送电。 (4)有功和无功功率控制方面的对比。柔性直流输电的有功、无功 可以独立控制。常规直流输电的有功、无功不能独立控制,调节无功 需要特殊装置和额外费用, 需交流系统或增加无功补偿设备提供换流 站消耗的无功功率。 (5)电压控制方面的对比。柔性直流输电本身可以起到 STATCOM 的作用,稳定交流母线电压,而常规直流输电需要借助无功补偿设备 稳定交流母线电压。 (6)黑启动能力方面的对比。柔性直流输电有黑启动能力。即当一 端交流系统发生电压崩溃或停电时,瞬间启动自身的参考电压,向切 除电源的交流系统供电, 相当于备用发电机, 随时向瘫痪的电网供电。 而常规直流输电无黑启动能力.……………………………………077

3轻型直流输电相对于传统直流输电的优势 轻型直流输电技术采用基于IGBT和PWM技术的VSC,与传统的直流 输电系统相比,具有多方面的特点与优势: (1)传统直流输电主要运行于较大的功率范围,约250 MW以上。而新 能源发电的一个主要特点是分散化与小型化, 轻型直流输电输送的功 率可以从几兆瓦至几百兆瓦,在新能源发电方面将更有优势。 (2)传统直流输电采用自然换向的相控换流器(PCC)。 由无自关断能力 的晶闸管组成。而轻型直流输电中VSC电流能够自关断,可以工作在 无源逆变方式,不需要外加的换向电压,故对受端系统没有要求,从 而克服了传统直流输电受端必须是有源网络的根本缺陷, 使利用直流 输电为远距离的孤立负荷送电成为可能。 (3)轻型直流输电系统采用PWM控制技术, IGBT开关工作在高频状态下 使得系统的滤波设备大大减小,从而减小了换流站的占地面积,并且 只需要低通滤波即可得到设定的交流电压和电流。可不用变压器。从 而降低造价。 (4)VSC换流器适合进行多端直流母线连接, 通过换流站之间的协调控 制。传统直流输电需要靠改变直流电压极性来改变直流电流方向,而 轻型直流输电是通过改变送、 受端的直流电压大小来改变直流电流的 方向,能够更方便、更快速地实现潮流反转。 (5)轻型直流输电不依赖于交流系统维持电压和频率的稳定,运行独 立,与传统直流输电相比,短路容量并不重要,从而不影响交流系统 继电保护的整定。

(6)整流侧和逆变侧的VSC控制系统可以彼此独立控制, 不依赖于通信 连接,从而减少通信的投资及运行维护费用,同时也降低了传统直流 输电交流通信失败的危险。 (7)传统直流输电对功率的控制可以通过滤波器和串联电抗器的通断 来控制,但是这种控制需要额外的设备和额外的损耗,轻型直流输电 可以独立控制有功功率和无功功率,控制更加灵活方便。 (8)多个VSC可以接到一个固定极性的直流母线上, 易于构成多端直流 系统,运行控制方式灵活多变。 (9)VSC换流器产生的谐波大为减弱, 因此只需在交流母线上安装一组 高通滤波器即可满足谐波要求; 同时, 对无功功率的需要也大大减少, 可不装设换流变压器,从而简化开关。另外,轻型直流输电系统即使 对小容量系统或无源负荷供电, VSC换流器也不会发生换相失败问题, 从而避免了受端系统出现持续几个周期的短时电源中断。 提高了受端 系统的电能质量。


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