柔性直流輸電:風電並網新技術

發佈日期: 2011 年 06 月 22 日 9:38 | 作者: | 分類: 綠能知識

 “通俗地講,在現有的電網中使用了柔性直流輸電系統,相當於在電網中接入了一個閥門和電源,它不僅可以有效地控制其上面通過的電能,隔離電網故障的擴散,而且還能根據電網需求,自身快速、靈活、可調地發出或者吸收一部分能量。”中國電科院賀之淵博士介紹道,“這對優化電網的潮流分佈,增強電網穩定性,提升電網的智慧化和可控性,都具有一定的作用。”

從技術上來說,柔性直流輸電是以電壓源換流器為核心的新一代直流輸電技術,其採用最先進的電壓源型換流器和全控器件,是常規直流輸電技術的換代升級。相比於交流輸電和常規直流輸電,在傳輸能量的同時,還能靈活地調節與之相連的交流系統電壓。具有可控性較好、運行方式靈活、適用場合多等顯著優點。

交流並網的技術瓶頸

目前,使用交流並網是絕大多數風電場並網的選擇。但是風電場通過交流並網目前普遍存在一些技術瓶頸:

首先,使用交流並網需要風電場和所連接的交流系統必須嚴格保持頻率同步,而風機對並網處交流母線電壓波動較為敏感。現有運行經驗表明,交流系統電壓波動是風機退網的主要原因之一。

其次,在交流系統發生故障的情況下,風電場的穩定運行往往需要在母線出線端加裝無功補償裝置,從而提高風場的故障穿越能力。但這樣一來加大了風電場投資,另外補償裝置對風機的最大風能捕捉及風機控制器本身,都有可能造成不利影響。

最後,對於海上風電場來說,如果使用交流電纜連線,當電纜長度超過一定數值後,需要很大的感性無功補償裝置,尤其是對於距離岸邊較遠的風電場來說,在線路中間進行無功補償幾乎沒有可能。

而使用柔性直流輸電電纜理論上沒有距離限制,所以當超過一定的等價距離後,一般大於50~100千米,使用直流並網是最合理的選擇。

常規直流輸電存問題

常規直流需要所連交流系統提供換相電壓,比較容易發生換相失敗的故障,這對於風電場來說大大降低了其安全穩定運行的能力。

常規直流在傳輸同樣容量的功率時,比交流和柔性直流輸電方案的占地面積要大得多(兩倍以上),因此不適合風電場使用。

常規直流在傳輸較小容量時,與交流和柔性直流輸電相比單位造價較高,因此不適合用於風電場並網。

對於風電場來說,當風力不夠使得風機從系統中切除後,為給風電場處的負荷供電,系統將有限度地向風電場傳輸有功功率,這時可能需要無功補償來保證系統穩定運行。而常規直流不具備發出無功的能力,且本身還需要大量的無功補償裝置,這同樣會加大換流站的面積,因此不適合在風電場(尤其是海上風電場)使用。

柔性直流輸電對可再生能源發展意義重大

從柔性直流輸電技術本身來說,它能夠給風電場提供良好的動態無功支撐,避免風電場的無功補償設備投資;同時提供優異的並網性能,防止風電場的電壓波動對交流系統的影響,並同時改善風電場對系統波動的抗干擾能力。由於能夠提供電壓支撐作用,它還能大幅度提升風電場在交流系統發生故障情況下的低電壓穿越能力;另外,由於柔性直流輸電不受距離限制,因此也是國外大型遠距離海上風電場並網的唯一選擇。基於以上顯著優勢,柔性直流輸電目前已成為國際上公認的風電場並網的最佳技術方案。

目前柔性直流輸電換流站的單位成本大約為常規直流輸電的1.5倍左右,但是隨著技術的改進以及工程的大量應用,其造價也在逐漸降低。尤其是當傳輸距離較長時,使用柔性直流輸電方案與交流輸電相比其技術經濟性就更為優越。因此在我國風電場(尤其是海上風電場)大規模開發利用越來越多的情況下,柔性直流輸電技術的大規模推廣應用,對於滿足我國清潔高效的能源利用的需要,有著顯著的意義。

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