輕型直流輸電的應用

【摘 要】本文主要闡述的是輕型直流輸電的應用。先概述了輕型直流輸電的特點及優勢，然后介紹了其對應的各種應用場合。選取了其中一種應用，VSC-HVDC應用于清潔能源（以海上風電為例），進行了詳細的闡述。最后介紹了輕型直流輸電在我國的應用前景。

【關鍵詞】輕型直流輸電； 應用； 海上風電； 應用前景

1 輕型直流輸電應用概述

1.1輕型直流輸電特點

輕型直流輸電技術是一種基于可關斷電力電子器件電壓源換流器（VSC）和脈寬調制技術的直流輸電技術。輕型直流輸電的特點和優勢主要有:①控制靈活，可以獨立的控制有功功率和無功功率；②可以工作在無源逆變方式，受端可以使無源網絡；可以靈活控制潮流方向；不增加系統短路功率；通過模塊化設計使HVDC light的設計、生產、安裝和調試周期的縮短，換流站占地面積更小；⑥每個站可以獨立控制，易于實現無人值守。

1.2輕型直流輸電的應用場合

基于以上提到的HVDC light的特點和優勢，輕型直流輸電的主要應用場合有：

（1）清潔能源發電。受環境條件限制，清潔能源發電一般裝機容量小、供電質量不高并且遠離主網，如中小型水電廠、風力發電站（含海上風力發電站）、潮汐電站、太陽能電站等，由于其運營成本很高以及交流線路輸送能力偏低等原因使采用交流互聯方案在經濟和技術上均難以滿足要求，利用輕型直流輸電與主網實現互聯是充分利用可再生能源的最佳方式，有利于保護環境。

（2）提高配電網電能質量。非線性負荷和沖擊性負荷使配電網產生電能質量問題，如諧波污染、電壓間斷、電壓凹陷、突起以及波形閃變等問題，使一些敏感設備如工業過程控制裝置、現代化辦公設備、電子安全系統等失靈，造成很大的經濟損失，輕型直流輸電可分別快速控制有功、無功的能力并能夠保持電壓基本不變，使電壓、電流滿足電能質量標準要求，將是未來改善配網電能質量的有效措施。

（3）異步連接。比鄰兩交流系統異步運行時不能交換功率，無法相互提供多余的發電容量，須各有獨立的調峰電廠。國外一些調峰電廠為老式、低效的火電廠，污染嚴重，經濟效益差。國內電廠調峰多用水電廠，但為保證枯水期的電力供應，一般也配備相應的火電廠。直流互聯可以解決上述問題，任一電網低廉的剩余容量可以取代另一電網的調峰電廠，降低污染水平，提高電網運行的經濟性。

（4）連接遠方電網。新型可再生能源，如風力和太陽能，發電廠建設一般都從小型化開始逐步擴展，且一般都遠離交流主電網。當風力電廠的輸出隨著越來越多的發電單元的投入而增加，多余能源可分配給由HVDC Light組成的分散電源群體的其它電源，當輸出超過了整個群體的需要時，HVDC Light上的潮流反向，多余的功率被傳輸到主交流系統中。

（5）取代就地電廠。偏遠地區與主交流系統連接在技術、經濟上都難以實施，對島嶼、礦區、天然氣井或原油井以及鉆井平臺等負荷供電常需就地電廠（火電廠），更多的則采用柴油發電機。HVDC Light技術不但可由直流電纜將交流主電網中高效電廠（如坑口電廠或水電廠）的能源傳輸到這些“孤島”負荷，而且徹底消除就地電廠的污染和噪聲，環保效益巨大。新建HVDC Light的投資幾乎與傳輸距離成線性關系，傳輸距離較短時（一般<60km），其經濟效益更為明顯。

2 輕型直流輸電具體應用分析

輕型直流輸電可以用于接入清潔能源，這里以海上風電為例，較詳細的敘述VSC-HVDC怎樣應用于清潔能源的接入。先闡述了VSC-HVDC應用于風力發電的優勢，然后介紹了VSC-HVDC與海上風力發電常用的DFIG協調控制，通過合適的算法，提高風能利用效率。

2.1輕型直流輸電應用于海上風電的優勢

由于海上風能資源豐富，發電量比陸地上更大，同時受到環境的影響也很小，在當今技術的可行性條件下，海上風力發電必將成為一個迅速發展的領域。但是，隨著海上風電場容量在電網中所占比例的不斷增加，海上風電場對電網的穩定性、安全性，以及電能質量的影響也越來越顯著。傳統的無功補償裝置，如靜止無功補償( Static Compensator，STATCOM)，電壓源換流器( Voltage Source Converter，VSC)等，雖然能在部分范圍內改善風電場并網性能，但是對電網的影響并沒有從實質上得到改善。因此，對海上風電場并網方法的研究就非常必要。

2.2 VSC-HVDC連接和風力發電的DFIG（雙饋感應式異步電機）的協調控制

現在的VSC-HVDC技術基于IGBT等全控開關，可以對有功功率和無功功率進行解耦控制。對于海上風電，常用的風力發電機就是雙饋感應式發電機，需要VSC-HVDC連接和DFIG的協調控制。可以為通過VSC-HVDC接入電網的，配有DFIG的風力發電場找到最優的算法。這樣，在不同的風力條件下：弱風、不同風速和突然的強風，要得到最大功率，就需要海上電網頻率在固定的范圍內變化，而且DFIG的跟蹤特性也要根據電網附加頻率而擴展。

3 輕型直流輸電在我國的應用前景

我國電網正處于高速發展時期，目前已進入從大區性電網向全國性互聯電網過渡的階段。跨區輸電聯網工程對于保證電網安全穩定運行，調劑電網電力電量的余缺，實現全國電力資源的優化配置有著重要作用。HVDC的技術優勢己經在異步聯網工程中充分得到體現，而HVDC Light作為一種新型的直流輸電技術，憑借其自身的諸多優點，也必將在未來的電網互聯工程中擁有廣泛的應用前景。

我國的海洋石油資源量約240億噸，天然氣資源量14萬億立方米，濱海砂礦資源儲量31億噸，海洋可再生能源理論蘊藏量達6.3億千瓦。我國有充足沿海資源，但開采仍然不充分，隨著人們對海洋資源認識的不斷加深，沿海鉆井平臺的不斷建立，輕型直流輸電又將擁有一片良好的發展空間。

輕型直流輸電技術作為一種新型的直流輸電技術，憑借其自身的技術特點已經被應用于很多領域中，并逐步顯示出其優越性和經濟價值。隨著高新技術產業快速發展、可再生能源全面開發以及電力市場日益發展和完善，對高品質電能質量和電網運行的靈活性和可靠性要求進一步提高，開展對輕型直流輸電技術的深入研究有著積極作用和深遠的意義。隨著國家新能源政策的貫徹和執行，地區電網互聯的穩步實施與不斷完善，輕型直流輸電技術必將在我國擁有更廣闊的發展空間和應用前景。

參考文獻：

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