李遠景

摘要： 高壓直流輸電相比交流輸電在增強系統(tǒng)的可靠性、限制電路系統(tǒng)的短路容量、完成系統(tǒng)的非同步聯(lián)網(wǎng)等方面具備顯著的優(yōu)勢。結(jié)合近年來高壓直流技術(shù)的發(fā)展，綜述了目前應(yīng)用的主要方面，并對未來的研究方向進行了分析。

Abstract: Compared with alternating current transmission, high voltage direct current transmission (HVDC) has significant advantages in strengthening the reliability of the system， limiting short circuit capacity of the circuit system and completing the non-synchronous networking. Combined with the development of high voltage direct current technology in recent years， the main application aspects are reviewed and future research directions are analyzed.

關(guān)鍵詞： 高壓直流輸電；發(fā)展與應(yīng)用；研究展望

Key words: high voltage direct current transmission；development and application；research prospects

中圖分類號：TM862文獻標識碼：A文章編號：1006-4311（2014）23-0068-02

0引言

上世紀五十年代，世界上第一條高壓直流輸電線路在瑞典的本土與果特蘭島之間建設(shè)完成，這是最早的一條傳統(tǒng)意義上的高壓直流輸電系統(tǒng)（HVDC）。至此，傳統(tǒng)的HVDC在輸電領(lǐng)域得到快速發(fā)展，其技術(shù)在海底電纜輸電系統(tǒng)、大功率遠距離輸電系統(tǒng)、不同或相同額定頻率的交流輸電系統(tǒng)等場合被廣泛應(yīng)用[1]。

以電壓源換流器型直流輸電（VSC-HVDC）的高壓直流輸電模式成為新一代的HVDC輸電技術(shù)，它用全控型和可關(guān)斷器件組建成電壓源換流器（VSC）并以脈寬調(diào)制（PWM）控制技術(shù)作為新一代HVDC輸電技術(shù)的基礎(chǔ)[2]。在換流器中半控型晶閘管被全控型器件所代替，使得新一代的HVDC輸電技術(shù)具備同時控制其傳輸?shù)挠泄蜔o功功率的能力，同時可以完成對交流無源網(wǎng)絡(luò)進行供電的要求?？v觀近年各國在高壓直流輸電技術(shù)的發(fā)展，VSC-HVDC輸電工程項目的建設(shè)方興未艾。查閱大量文獻和相關(guān)報道不難發(fā)現(xiàn)，VSC-HVDC輸電工程項目的關(guān)鍵技術(shù)只被少數(shù)人掌握屬于商業(yè)秘密，看到的相關(guān)項目基本有幾個外國公司所承建。為了突破VSC-HVDC關(guān)鍵技術(shù)瓶頸的束縛，加快新技術(shù)在我國電網(wǎng)中的研究和應(yīng)用，國家電網(wǎng)不失時機地將VSC-HVDC技術(shù)列入了《國家電網(wǎng)公司“十一五”科技發(fā)展規(guī)劃》，以此激發(fā)國內(nèi)廣大科研工作者對VSC-HVDC相關(guān)基礎(chǔ)理論、關(guān)鍵技術(shù)以及工程項目應(yīng)用的關(guān)注和研究。研究和推廣VSC-HVDC相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)不僅能夠滿足我國持續(xù)增長的能源需求以及能源的清潔高效利用，同時有利于提高我國整體電網(wǎng)的技術(shù)含量以及推進我國直流輸電設(shè)計在世界輸電項目市場的競爭力。

1交流電網(wǎng)的異步或者同步互聯(lián)

伴隨VSC-HVDC系統(tǒng)中換流站容量與電壓等級的不斷提升，現(xiàn)在運行的VSC-HVDC系統(tǒng)中直流電壓可以達到300kV，其最大的輸送容量可以達到1000MW[3]。目前在建設(shè)中的非洲納米比亞（Namibia）Caprivi Link工程[1]將采用長距離架空線路技術(shù)，這也是歷史上首次在VSC-HVDC商業(yè)工程中使用，其線路長度970km。相對于電纜線路而言，將架空線路的方法應(yīng)用于遠距離輸電線路系統(tǒng)具有明顯的經(jīng)濟優(yōu)勢。在建的Trans Bay Cable工程應(yīng)用此方面可以將工程容量達到400MW。

2風力發(fā)電等清潔能源并網(wǎng)

隨著能源問題的突出，各國都加大了風力發(fā)電在總發(fā)電量中的比例，如：丹麥今后30年的海上風電場發(fā)電量將占全國總發(fā)電量的40—50%，預(yù)計電容量達到4000MW[1]。風電場的并網(wǎng)對電力系統(tǒng)的影響已經(jīng)成為當前急需解決的問題。海上相對陸地來說其平均風速更大，所能提供的電能更多些，這樣在海上建設(shè)風電場比在陸地上更具吸引力，目前有許多國家將建立海上風電場作為目標和發(fā)展方向。對于近海小型風電場來說通過三相交流系統(tǒng)將其接入電網(wǎng)是最佳有效的經(jīng)濟聯(lián)網(wǎng)方式，而當遇到大型遠離海岸的風電場時選取VSC-HVDC輸電技術(shù)才是更加有效的聯(lián)網(wǎng)方法。采用VSC-HVDC技術(shù)可以有效解決風電場功率波動造成的電壓不穩(wěn)定以及電能質(zhì)量不高等問題。1999年，世界上第一個商業(yè)化運行的VSC-HVDC輸電工程由ABB公司在瑞典的Gotland島建設(shè)并投入使用，該項目選取地下電纜方法實現(xiàn)輸送電能，這樣使得系統(tǒng)對環(huán)境造成的影響顯著減小，并且該技術(shù)方法可以完成對無功功率、有功功率、電能質(zhì)量與風電場的電壓支撐等方面的控制。2000年，ABB公司又在丹麥建立了運用VSC-HVDC技術(shù)研究風電場并網(wǎng)發(fā)電的示范工程[1] ，該工程有效地解決了風力發(fā)電造成的無功功率與電壓等問題，其工程的順利建設(shè)和投入運營為風電場并網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用提供了經(jīng)驗和技術(shù)支撐。目前ABB公司建設(shè)的NordEON工程[1]也將采用VSC-HVDC系統(tǒng)與交流系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)。近年我國在這方面也做了大量的研究工作并且取得了可喜的成績，目前正在準備建設(shè)上海南匯風電場采用VSC-HVDC技術(shù)將風場電能接入交流電網(wǎng)的示范工程。因此，伴隨著此技術(shù)的日趨成熟以及造價的降低，其必將在大型風電場并網(wǎng)中得到不斷的推廣應(yīng)用。

3電力交易

VSC-HVDC技術(shù)對系統(tǒng)最小功率以及電流均沒有限制，這樣用戶可以根據(jù)需要靈活地確定傳輸?shù)慕?jīng)濟功率和安排運行的方式，并且可以快速、獨立地控制有功和無功功率，同時地區(qū)電力供應(yīng)商間電力市場交易的技術(shù)平臺可以被人們方便地構(gòu)建。ABB于2000年在澳大利亞建設(shè)的Direct Link工程[1, 2]，通過3個并列VSC-HVDC系統(tǒng)將New South Wales電網(wǎng)和Queensland電網(wǎng)異步互聯(lián)，可以通過New South Wales電網(wǎng)和Queensland電網(wǎng)的電價不同調(diào)節(jié)功率的傳輸，從而實現(xiàn)電力的交易。在美國康涅狄格州和長島之間經(jīng)過海底電纜將兩邊的電網(wǎng)連接起來建設(shè)了330 MW的工程項目[2]，有效地改善了系統(tǒng)供電的可靠性，同樣這個VSC-HDVC工程項目也被用來進行電力交易，實現(xiàn)了當?shù)仉娏ζ髽I(yè)之間的競爭。

4向無源系統(tǒng)或弱交流系統(tǒng)供電

VSC-HVDC之所以適用于向弱交流系統(tǒng)或無源系統(tǒng)供電等場所，是因為VSC換流器能夠在無源逆變狀態(tài)運行且不存在換相失敗的問題。除了2005年由挪威ABB公司建設(shè)完工的Troll A工程外，目前在建的Vallhan工程[3]也采用VSC-HVDC輸電技術(shù)為海上鉆井平臺供電。

5未來發(fā)展展望

總的來說，VSC-HVDC技術(shù)在構(gòu)成優(yōu)質(zhì)電力園區(qū)，構(gòu)建城市直流輸、配電網(wǎng)絡(luò)等方面尚未得到實際應(yīng)用，但可以預(yù)見的是VSC-HVDC技術(shù)以其顯著的優(yōu)點在上述方面將有很大的應(yīng)用潛力和發(fā)展空間。未來城市的發(fā)展，空中輸電走廊由于種種原因受到很大的限制，地下電纜走廊將成為今后發(fā)展的趨勢和必然之路。為了滿足人們對電能需求量的增加，在采用電纜輸電的方式中直流電纜輸電相對交流電纜輸電更能節(jié)省空間、傳輸容量更大。所以，國際上各國關(guān)于VSC-HVDC技術(shù)的基礎(chǔ)理論與工程化應(yīng)用研究均取得重大成績和突破，當前其研究熱點主要表現(xiàn)在以下幾個方面：①提高系統(tǒng)輸送容量和電壓等級；②增強系統(tǒng)暫態(tài)與穩(wěn)態(tài)的性能；③增強系統(tǒng)可靠性水平；④減少系統(tǒng)成本造價；⑤系統(tǒng)損耗降低的方法與策略。在我國目前尚未有建設(shè)和投入使用的VSC-HVDC工程項目，但國內(nèi)多家科研院所與兩大電網(wǎng)公司在VSC-HVDC技術(shù)的關(guān)鍵基礎(chǔ)理論與工程化應(yīng)用方面做了許多基礎(chǔ)性的前瞻工作和準備。

參考文獻：

[1]張靜.VSC-HVDC控制策略研究[D].浙江:浙江大學,2009.

[2]鄭超.基于電壓源換流器的高壓直流輸電系統(tǒng)數(shù)學模型與仿真分析[D]. 北京: 中國電力科學研究院,2006.

[3]Aspuld G., Eriksson K.,Svensson K. DC transmission based on voltage souree converters[C].CIGRE SC14 Colloquium, South

Africa,1997.

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