多端柔性直流輸電技術的現(xiàn)狀及應用前景

國網(wǎng)寧德供電公司 福建寧德 352100

1 VSC-MTDC輸電技術概述

VSC換流站并聯(lián)連接，并且整個直流網(wǎng)絡運行在同一電壓下的MTDC輸電系統(tǒng)。并聯(lián)型VSC-MTDC主要分為放射式和環(huán)網(wǎng)式2種接線方式，其各VSC之間的功率分配主要靠改變換流站的直流電流實現(xiàn)。通常由1個主導VSC控制整個直流網(wǎng)絡直流電壓，其他VSC的電流變化由該站來平衡。如下圖1（a）、（b）分別為放射式和環(huán)網(wǎng)式并聯(lián)VSC-MTDC輸電系統(tǒng)的拓撲結構示意圖。

2 VSC-MTDC發(fā)展現(xiàn)狀

VSC-MTDC工程實例。國內VSC-MTDC輸電工程實例。我國雖然在柔性直流輸電工程技術研究與應用方面起步較晚。但從2006年開始，國內許多研究單位及時把握住了柔性直流輸電技術發(fā)展的趨勢，在基礎理論研究、關鍵技術攻關、核心設備研制、試驗能力建設、工程系統(tǒng)集成等方面取得了許多自主創(chuàng)新成果，通過近幾年的快速發(fā)展，我國在柔性直流輸電技術研究和工程應用等方面已達到世界先進水平[1]。

在多端柔性直流方面，我國更是取得了巨大的成就，已有兩項多端柔性直流輸電工程：南澳多端柔性直流輸電工程和舟山多端柔性直流輸電工程。南澳多端柔性直流輸電工程是由南方電網(wǎng)公司建設的世界上第一個多端柔性直流輸電示范工程，它由三個換流站并聯(lián)構成，采用的是模塊化多電平（MMC）技術，直流電壓等級為±160kV，傳輸容量200MW。該工程主要用于海上風電并網(wǎng)，分別在廣東汕頭南澳島上的青澳、金牛各建設一座風電送端換流站，在大陸澄海區(qū)建設一座風電受端換流站，三個站容量分別為5萬kW、10萬kW和20萬kW，建設直流電纜混合輸電線路40.7km。

3 VSC-MTDC的應用前景

3.1 風電、光電等新能源并網(wǎng)

太陽能和風能都是間歇性能源，且一般遠離負荷中心，在長距離大容量電力輸送方面，相比于交流輸電直流輸電更具有經(jīng)濟性，因此多端柔性直流輸電是必不可少甚至是唯一解決此類問題的技術手段。另外柔性直流輸電既能提高風電機組抵御電網(wǎng)故障擾動的能力，減少風電機組的停運率；又能提高風電機組對風速的適應能力，能夠在更大風速范圍內保持發(fā)電運行，南澳多端柔性直流輸電提高了海上風電利用率5%-10%。隨著越來越多的多端柔性直流輸電工程的成功運行，VSC-MTDC將成為地區(qū)電網(wǎng)消納新能源的重要技術手段。

3.2 孤立海島以及鉆井平臺的供電

海島供電是多年來影響海島經(jīng)濟發(fā)展和人民生活水平提高的主要問題之一。長久以來，一些有常住人口的海島由于遠離大陸，海島上的小型供電系統(tǒng)無法與大陸大電網(wǎng)并網(wǎng)，海島居民無法享用大電網(wǎng)的低價電源。另外海島及海上鉆井平臺負荷較小，波動較大，燃料及資源利用不合理，因此海島電價過高，電力供應可靠性較低，而VSC-MTDC可以解決這些問題，讓海島居民享受低價電。

3.3 大電網(wǎng)的非同步聯(lián)網(wǎng)

不同頻率的電網(wǎng)限制了兩個區(qū)域之間的電力交易，VSC-MTDC通過換流技術將不同頻率的交流電都轉化為直流，可以作為系統(tǒng)間聯(lián)絡線，用于實現(xiàn)不同步或不同頻率的兩個交流系統(tǒng)的互聯(lián)；此外由于VSC-MTDC能對自身電流進行快速控制，因此可用來限制互聯(lián)系統(tǒng)的短路容量。雖然目前VSC-MTDC在容量上還有一定的限制，但是隨著其技術的發(fā)展，未來跨國以及跨區(qū)域間不同頻率電網(wǎng)互聯(lián)會變得越來越普遍[2]。

3.4 大型城市供配電

由于特大城市對環(huán)境和占地極為關注，電廠從市中心轉移和從外地輸入大量電力的趨勢不可逆轉。VSC-MTDC應用于城市中心供電的優(yōu)越性在于：可以快速控制有功功率和無功功率，解決電壓閃變問題，改善供電的電能質量，防止敏感設備因電能質量問題造成的經(jīng)濟損失；多端柔性直流輸電可采用地埋式直流電纜，不會影響市容；又由于VSC-MTDC一般采用雙極電纜布置，電纜磁場幾乎降到零，對電磁環(huán)境的影響較小，因此可滿足城市中心負荷的需求和環(huán)保節(jié)能的要求[3]。

4 結語

目前，多端柔性直流輸電系統(tǒng)的研究大多是以簡化系統(tǒng)為研究對象，使用電磁暫態(tài)仿真工具研究較小網(wǎng)絡規(guī)模的電力系統(tǒng)的運行方式和控制策略。但對多端直流輸電并網(wǎng)后交直流一體化混聯(lián)電網(wǎng)的運行方式、大電網(wǎng)背景下的多端柔性直流特性和交直流電網(wǎng)相互影響等問題鮮有深入、系統(tǒng)地研究。