柔性直流輸電在城市配電網(wǎng)中的應用分析

摘要：利用柔性直流輸電技術對城市配電網(wǎng)進行供電，能夠有效提升站址和通道資源的利用效率。同時，靈活、快速和高效的有功和無功控制能力，能夠解決電壓閃變、短路電流超標問題、降低諧波等對電網(wǎng)系統(tǒng)的危害。本文就對柔性直流輸電在城市配電網(wǎng)中的應用有關內容展開分析，可供參考。

關鍵詞：柔性直流輸電;城市配電網(wǎng);實際應用

1柔性直流輸電技術的概述

柔性直流輸電技術是建立在電壓源換流器以及交聯(lián)聚乙烯電纜基礎上形成的一種基于脈寬調制控制的直流輸電技術。電壓源換流器的主要構成部件為可關斷器件，在電壓源轉換技術的作用下，柔性直流輸電技術可通過使用IGBT開關對電網(wǎng)工作點進行快速轉換，同時對有功功率以及無功功率進行獨立控制。柔性直流輸電線路結構多采用兩電平拓撲結構，運用在送端、受端換流器中的VSC及換流器的結構均保持高度一致，其主要組成部分包括換流器與換流電抗器、直流與交流電容器以及濾波器等。在柔性直流輸電的過程中，通過對換流橋輸出電壓幅值、相位進行有效控制，即可對于交流系統(tǒng)電壓相對應的相位進行適當調整，使得換流電抗器上電壓降隨之發(fā)生變化，最終達到有效控制交流系統(tǒng)和VSC之間的有功功率與無功功率的目的。

2城市配電網(wǎng)中柔性直流輸電的應用

2.1關鍵設備選型

柔性直流輸電運用在城市配電網(wǎng)當中時，工作人員需要充分結合城市配電網(wǎng)的實際情況及運行需求，科學完成設備選型。例如，在選擇柔直變流器時，該裝置的主要構成部分為兩個變流器，變流器的主要構成則應當包括主回路與直流電容等。柔直變流器拓撲結構應為AC-DC-AC，從而有效達到對有功功率與無功功率進行獨立控制的目的。在交流側無需提供無功功率的情況下，柔直變流器即可就地SVG，對交流母線無功功率進行動態(tài)補償，使得交流母線電壓可以始終保持良好穩(wěn)定性。為使得系統(tǒng)功率具有良好的平衡性，送端或受端當中必有一個端口采用定直流電壓控制模式。在直流變換器的選用中，要求所選直流變換器應當能夠在直流配電網(wǎng)中直接進行應用。直流變換器作為一種重要接口裝置，通常被應用在光伏組件以及電池或直流母線等當中。建議選擇使用拓撲結構為雙向DC/DC的直流變換器代替使用傳統(tǒng)DC/AC光伏逆變器，因為此種直流變換器不僅能夠有效控制電池充電與放電，令光伏組件MPPT功能得以充分發(fā)揮，同時在應用過程中無需額外增設變壓器以及濾波器，具有成本低廉、占地面積小以及操作簡便等諸多優(yōu)勢特性。

2.2應用優(yōu)勢分析

2.2.1供電更加靈活

通過選用使用電壓全控型器件共同構成的VSC即電壓源換流器，當電壓全控型器件的電壓等級與容量分別達到3000V與1500kVA時，VSC可借助器件對開通與關斷操作進行靈活控制，有效驅動電路信號以達到換相的效果。因為柔性直流輸電中，無需將換相電壓額外加至換流器中，使得控制系統(tǒng)得以更加簡單化。無端系統(tǒng)可同時適用于無源與有源網(wǎng)絡中，包括分布式電源在內的諸多工作電源均可直接接入其中，因此比較適用于距離在2～5km之間的城市配電網(wǎng)當中，從而達到有效增強供電方式靈活性的效果。例如有研究人員通過采用仿真實驗的方式，發(fā)現(xiàn)在使用柔性直流輸電技術時，實驗中的線間電壓為10kV，輸送距離為2～3km時，柔性直流輸電的輸送功率在50kVA～10MVA。而當線間電壓達到35kV，輸送距離延長至5km時，柔性直流輸電的輸送功率則為5MVA～40MVA。

2.2.2供電更加可靠

在城市配電網(wǎng)中運用柔性直流輸電方式，對于保障供電的安全可靠性也具有一定的積極效用。在柔性直流輸電技術中，對驅動電路脈寬進行控制時，主要采用脈寬調制技術，可以對系統(tǒng)輸出電壓與電流進行適當調節(jié)，由此獲得近似正弦波。此外柔性直流輸電也可以運用控制驅動電路移相，使得線路功率因數(shù)發(fā)生相應變化，最終達到柔性直流輸電對有功與無功補償進行獨立控制的目的。此時，如果同時將眾多VSC系統(tǒng)接入至直流輸電網(wǎng)絡中，配網(wǎng)網(wǎng)絡構成多端直流系統(tǒng)，則通過運用驅動電路控制方式，VSC系統(tǒng)能夠對其運行狀態(tài)進行相應改變。在與同級系統(tǒng)中的拓撲結構進行相互聯(lián)合下，從而有效提供有功與無功功率。例如配電網(wǎng)出現(xiàn)三相短路故障時，交流系統(tǒng)借助繼保裝置將故障電流的切斷信號傳輸給斷路器等設備，因受到機械慣性的影響，其切除短路故障的時間至少在80ms，即便將故障電路切除后也無法在短時間內迅速恢復負荷正常供電。但通過在城市配電網(wǎng)中運行柔性直流輸電系統(tǒng)，則可以利用換流站內控制器之間的相互配合，將閉鎖信號自動發(fā)送至換流器，從而迅速將故障點供電切斷。在切除故障后，系統(tǒng)還會迅速發(fā)出解鎖信號，從而維持正常供電。由此可見，將柔性直流輸電應用在城市配電網(wǎng)中，可使得配電網(wǎng)運行更加安全穩(wěn)定。

2.2.3供電能耗更低

在城市配電網(wǎng)中有效運用柔性直流輸電技術，可使得供電能耗得到進一步降低。柔性直流輸電可以同時聯(lián)絡連接各種分布式電源，包括太陽能與風能等，有助于實現(xiàn)各類能源的充分利用，避免出現(xiàn)能源浪費的情況。系統(tǒng)采用集成化電路設計形式，其采用的自關斷器件具有較高的智能化程度和較大容量，電能輸送可以通過交-交的形式發(fā)生變化。城市變配電站當中，無需再使用傳統(tǒng)變壓器，可直接使用具有體積小、重量輕且便于移動安裝等優(yōu)勢特性的換流站。在柔性直流輸電系統(tǒng)中，換流站拓撲結構為多電平換流器拓撲，可以根據(jù)母線電壓的變化而隨時改變其吸收的無功功率。通常，隨著母線電壓值的逐漸提高，換流站吸收的無功功率將會呈現(xiàn)出遞減的變化趨勢，確保能夠將充足無功功率輸送給配電網(wǎng)。反之，當母線電壓值逐漸減小，變流站吸收的無功功率將會逐漸變大，此時其會消耗大量多余無功功率。借助該換流站可以實現(xiàn)對交流母線無功功率的動態(tài)補償，令交流母線電壓始終具有較高的穩(wěn)定性，從而在有效控制供電能耗，提升供電質量的同時，達到電力建設經(jīng)濟效益與社會效益最大化的目的。

3結語

總之，在實際使用柔性直流輸電時，需要充分結合實際情況，認真依照相關標準要求，合理選擇與之相適宜的柔直變流器等各種關鍵設備，并主動對其運行方式進行適當優(yōu)化，從而有效發(fā)揮柔性直流輸電的應有效用，以便能夠更好地完成城市輸配電工作。

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作者介紹：

韓金濤（1986.02）;性別：男;籍貫：山東夏津;民族：漢;學歷：本科;職稱：中級工程師;研究方向：直流輸電、變電運維、電力系統(tǒng)相關;單位名稱：國網(wǎng)山東省電力公司檢修公司。