柔性直流供电

柔性直流输电适合应用的领域
一、岛屿供电和海上平台供电。以往此类供电通常 采用昂贵的本地发电系统，比如柴油机。但使用 柔性直流输电系统可以直接从大陆上直接输电， 不仅更加便利、便宜，而且没有环境污染。同时 一些偏远地区的发电系统也可以回馈电网。
二、电力系统的互连。当两个独立的电力系统互连， 柔性直流输电的好处能够得到最大的体现，特别 是对于异步的电力系统。这是由于柔性直流输电 系统可以同时控制互连的两个电力系统的无功功 率和电压。
(2)基于晶闸管的直流输电受端网络必须有足够的容 量，即必须有足够的短路比(SCR—Short Circuit Radio)，受端网络较弱时容易发生换相失败，这 时会造成几个周期内没有电力传送的状况：对于 向无源网络(或孤立负荷)供电，基于晶闸管的 HVDC技术因无法换相更是无法完成。
针对这些缺陷，同时伴随大功率可自关断器件的 发展，一种全新的高压直流输电方式一一柔性直 流输电开始高速发展开始高速发展。
直流输电特点有何特点
直流线路电流和功率调节迅速、方便，短路电流 较小；在导线几何尺寸和电压有效值相等的条件 下，电晕无线电干扰较小；线路在稳态运行时没 有电容电流，沿线电压分布平稳；每个极可以作 为一个独立回路运行，健全极仍可传送一部分功 率。基于这些优势，高压直流输电(HVDC-High Voltage Direct Current)技术得以大力发展。
交流输电局限性
由于集肤效应、电晕效应以及各自本身结构，当 输电距离超过一定距离(400’700KM)，交流输电 成本高于直流输电；交流线路输送功率决定于线 路两端电压相量的相位差，这个相位差随输送距 离增大而增大；交流线路电压控制复杂为了克服 线路电容充电和系统稳定性方面的问题，交流输 电需要进行补偿，直流输电不需要；交流输电无 法实现非同步联网；交流输电中的零序电流在稳 态下是不能容许的，因为大地阻抗很高，不但能 影响电能输送的效率，还会产生电话干扰。
柔性直流输电的研究与应用现状
1990年，加拿大McGiii大学的boon teckooi教授 首次提出将VSC技术应用于输电。此后直到世界 第一个柔性直流输电工程瑞典的Helision成功投 运，人们才逐渐认识其巨大潜力，并一直研究至 今。
上世纪90年代迄今，应用柔性直流输电系统的国 家有：瑞典（1997），丹麦（2000），澳大利 亚（2000），美国（2000），挪威（2006）， 爱沙尼亚、芬兰（2006），德国（2009），纳 米比亚（2009）。
直流输电的发展
早期的HVDC技术是由汞弧阀换流器 技术支撑的，后来到90年代直流输电技 术是基于晶闸管的电网换流技术。
晶闸管的电网换流技术 的缺陷
(1)由于开通滞后角和熄弧角的存在以及波形的 非正弦，基于晶闸管的直流输电需要吸收大量 的无功功率，其数值约为输送直流功率的30％ 一40％，为了可靠换相，基于晶闸管的直流输 电需要大量的无功补偿及滤波设备，不但加大 了投资和维护费用，并且在甩负荷时会出现无 功过剩，可能会导致过电压。
二、电能反转。轻型直流输电系统可以在不用改变 控制方式，不用转换滤波，不用关断换流站的情 况下就可以快速的转换功率方向。在这个过程中 直流电流方向改变，而直流电压方向没有变化， 这有利于既能方便的控制潮流又能较高可靠性的 并联多端直流系统。
三、增加现有系统的传输容量。柔性直流输电换流 站对于电压的快速精确控制能力可以使传输能力 达到上限，瞬时的过电压可以通过快速的无功功 率反应消除。同时更高的电压等级允许在不超过 电流限制的情况下传输更多的电能。此外由于交 流侧电流可调，所以不会增加系统的短路容量， 这意味着增加新的直流输电线路后，交流系统的 保护整定基本不需要改变。
系统存在两个基本元素：换流站和一对电缆。换 流站是电压源换流站，几乎不需要人去维护，可 以进行远程控制或者根据相邻的交流系统进行自 动控制。
柔性直流输电示意图
柔性直流输电系统原理图
与传统直流输电技术相比，柔性 直流输电具有的优势
一、独立的电力传输和电力质量控制。柔性直流输 电系统可以在操作范围内对有功和无功进行完全 的独立控制。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。与传统直流输电 所不同，短路容量显得并不重要。柔性直流输电 可以向缺乏同步机的电网馈送负荷。
国内的VSC．HVDC技术研究开始比较晚，目前 仍属于起步阶段。近年来国内学者VSC．HVDC 的数学模型、运行特性、控制策略、保护策略和 应用领域等都进行了一些探讨研究。目前中国电 力科学研究院、浙江大学、华北电力大学、华中 科技大学等多所高校和科研机构都在进行相关的 研究工作。
三、城市电力供应。通过增加新的交流线来给城市 增加供电非常昂贵且很难得到许可证。而柔性直 流输电系统只需要很少的空间并且可以输送更多 的电力，同时柔性直流输电系统不会增加直流网 络的直流。因此对于城市供电的扩容，柔性直流 输电系统是最佳的解决方案。
四、在风力发电系统上的应用。由于风电场的选址主要考虑风能特性、 风资源评估和风力发电机组布局等因素，有相当一部分风电场位于 边远地区，甚至无人居住的地方。这些地区经济落后，交通不便， 处于电网末端，要经过长距离输电线才能上网。考虑到风电场的规 模一般比较小，因此，风电场接入的电网主要是地区低压配电网， 有些情况下甚至要经过现有的农电网接入系统。这样的输电系统， 因导线较细，导线的R／X比值较大，且表明与系统联系紧密程度的 短路容量较低，严重影响了风电场的供电质量，并制约风电场规模 的进一步发展风电场的总体规模与系统连接点三相短路的短路容量 之比，与风电场电压的波动有密切关系。换句话说，为了保证电网 的电压质量，风电场的装机容量不能超过联接点短路容量的某一百 分值。而柔性高压直流技术正是可以很好地符合风力发电的特点并 完成输送风电到电网的输电方式。
四、对无功功率的自由补偿。柔性直流输电不仅不 需要交流侧提供无功补偿而且能起到STATCOM 的作用，即动态补偿交流母线的无功功率，稳定 交流母线电压。这意味着故障时，系统既可以提 供有功功率的紧急支援又可以提供无功功率的紧 急支援，从而提高系统电压和功角的稳定性
五、孤岛操作和异步网络连接。柔性直流输电换流 站通常跟随连接网络的交流电压。电压的大小和 频率由整流站的的控制系统决定，而且两个换流 站是完全独立的，所以完全可以工作在孤岛状态 下和异步系统的直流连接。源自柔性直流输电的特点与应用领域
柔性直流输电技术是在电压源换流器(VSC)和绝 缘栅双极晶体管(IGBT)基础上开发出来的一种新 型的输电技术。它基于电压源转换(VSC)技术， 利用IGBT的开关迅速的转换电网工作点并且独立 的控制有功和无功功率，从而能够实现特定条件 下对有功功率和无功功率的最佳控制。