轻型直流输电的应用

【摘 要】本文主要阐述的是轻型直流输电的应用。先概述了轻型直流输电的特点及优势，然后介绍了其对应的各种应用场合。选取了其中一种应用，VSC-HVDC应用于清洁能源（以海上风电为例），进行了详细的阐述。最后介绍了轻型直流输电在我国的应用前景。

【关键词】轻型直流输电； 应用； 海上风电； 应用前景

1 轻型直流输电应用概述

1.1轻型直流输电特点

轻型直流输电技术是一种基于可关断电力电子器件电压源换流器（VSC）和脉宽调制技术的直流输电技术。轻型直流输电的特点和优势主要有:①控制灵活，可以独立的控制有功功率和无功功率；②可以工作在无源逆变方式，受端可以使无源网络；可以灵活控制潮流方向；不增加系统短路功率；通过模块化设计使HVDC light的设计、生产、安装和调试周期的缩短，换流站占地面积更小；⑥每个站可以独立控制，易于实现无人值守。

1.2轻型直流输电的应用场合

基于以上提到的HVDC light的特点和优势，轻型直流输电的主要应用场合有：

（1）清洁能源发电。受环境条件限制，清洁能源发电一般装机容量小、供电质量不高并且远离主网，如中小型水电厂、风力发电站（含海上风力发电站）、潮汐电站、太阳能电站等，由于其运营成本很高以及交流线路输送能力偏低等原因使采用交流互联方案在经济和技术上均难以满足要求，利用轻型直流输电与主网实现互联是充分利用可再生能源的最佳方式，有利于保护环境。

（2）提高配电网电能质量。非线性负荷和冲击性负荷使配电网产生电能质量问题，如谐波污染、电压间断、电压凹陷、突起以及波形闪变等问题，使一些敏感设备如工业过程控制装置、现代化办公设备、电子安全系统等失灵，造成很大的经济损失，轻型直流输电可分别快速控制有功、无功的能力并能够保持电压基本不变，使电压、电流满足电能质量标准要求，将是未来改善配网电能质量的有效措施。

（3）异步连接。比邻两交流系统异步运行时不能交换功率，无法相互提供多余的发电容量，须各有独立的调峰电厂。国外一些调峰电厂为老式、低效的火电厂，污染严重，经济效益差。国内电厂调峰多用水电厂，但为保证枯水期的电力供应，一般也配备相应的火电厂。直流互联可以解决上述问题，任一电网低廉的剩余容量可以取代另一电网的调峰电厂，降低污染水平，提高电网运行的经济性。

（4）连接远方电网。新型可再生能源，如风力和太阳能，发电厂建设一般都从小型化开始逐步扩展，且一般都远离交流主电网。当风力电厂的输出随着越来越多的发电单元的投入而增加，多余能源可分配给由HVDC Light组成的分散电源群体的其它电源，当输出超过了整个群体的需要时，HVDC Light上的潮流反向，多余的功率被传输到主交流系统中。

（5）取代就地电厂。偏远地区与主交流系统连接在技术、经济上都难以实施，对岛屿、矿区、天然气井或原油井以及钻井平台等负荷供电常需就地电厂（火电厂），更多的则采用柴油发电机。HVDC Light技术不但可由直流电缆将交流主电网中高效电厂（如坑口电厂或水电厂）的能源传输到这些“孤岛”负荷，而且彻底消除就地电厂的污染和噪声，环保效益巨大。新建HVDC Light的投资几乎与传输距离成线性关系，传输距离较短时（一般

2 轻型直流输电具体应用分析

轻型直流输电可以用于接入清洁能源，这里以海上风电为例，较详细的叙述VSC-HVDC怎样应用于清洁能源的接入。先阐述了VSC-HVDC应用于风力发电的优势，然后介绍了VSC-HVDC与海上风力发电常用的DFIG协调控制，通过合适的算法，提高风能利用效率。

2.1轻型直流输电应用于海上风电的优势

由于海上风能资源丰富，发电量比陆地上更大，同时受到环境的影响也很小，在当今技术的可行性条件下，海上风力发电必将成为一个迅速发展的领域。但是，随着海上风电场容量在电网中所占比例的不断增加，海上风电场对电网的稳定性、安全性，以及电能质量的影响也越来越显著。传统的无功补偿装置，如静止无功补偿( Static Compensator，STATCOM)，电压源换流器( Voltage Source Converter，VSC)等，虽然能在部分范围内改善风电场并网性能，但是对电网的影响并没有从实质上得到改善。因此，对海上风电场并网方法的研究就非常必要。

2.2 VSC-HVDC连接和风力发电的DFIG（双馈感应式异步电机）的协调控制

现在的VSC-HVDC技术基于IGBT等全控开关，可以对有功功率和无功功率进行解耦控制。对于海上风电，常用的风力发电机就是双馈感应式发电机，需要VSC-HVDC连接和DFIG的协调控制。可以为通过VSC-HVDC接入电网的，配有DFIG的风力发电场找到最优的算法。这样，在不同的风力条件下：弱风、不同风速和突然的强风，要得到最大功率，就需要海上电网频率在固定的范围内变化，而且DFIG的跟踪特性也要根据电网附加频率而扩展。

3 轻型直流输电在我国的应用前景

我国电网正处于高速发展时期，目前已进入从大区性电网向全国性互联电网过渡的阶段。跨区输电联网工程对于保证电网安全稳定运行，调剂电网电力电量的余缺，实现全国电力资源的优化配置有着重要作用。HVDC的技术优势己经在异步联网工程中充分得到体现，而HVDC Light作为一种新型的直流输电技术，凭借其自身的诸多优点，也必将在未来的电网互联工程中拥有广泛的应用前景。

我国的海洋石油资源量约240亿吨，天然气资源量14万亿立方米，滨海砂矿资源储量31亿吨，海洋可再生能源理论蕴藏量达6.3亿千瓦。我国有充足沿海资源，但开采仍然不充分，随着人们对海洋资源认识的不断加深，沿海钻井平台的不断建立，轻型直流输电又将拥有一片良好的发展空间。

轻型直流输电技术作为一种新型的直流输电技术，凭借其自身的技术特点已经被应用于很多领域中，并逐步显示出其优越性和经济价值。随着高新技术产业快速发展、可再生能源全面开发以及电力市场日益发展和完善，对高品质电能质量和电网运行的灵活性和可靠性要求进一步提高，开展对轻型直流输电技术的深入研究有着积极作用和深远的意义。随着国家新能源政策的贯彻和执行，地区电网互联的稳步实施与不断完善，轻型直流输电技术必将在我国拥有更广阔的发展空间和应用前景。

参考文献：

[1]李庚银、吕鹏飞、李广凯等.轻型高压直流输电技术的发展与展望[J]. 电力系统自动化,2003,27(4):77-81

[2]李杰、郭家虎、张焕伟、吴宏伟. "轻型直流输电在海上风力发电并网中的应用"[J] 分布式能源2011, 4:低压电器