剖析高压直流输电的技术研发

2.2在交流网络中增加FACTS

有专家介绍了在配电系统中使用的有源滤波器的拓扑结构比较,以及这种装置的一种应用。因为直流输电和FACTS设备产生的大量谐波,以及系统中现有电容带来的谐振,都会导致滤波器需求的增加。专家对于滤波装置的拓扑结构和特性进行了描述,并给出了相应的解释。2009年初,在芬兰的400kV输电系统中安装了+200Mvar/-240Mvar的SVC。该SVC的主要目的是在从芬兰南部向北部甚至更远的瑞典传输较大功率的情况下,有效衰减区域间的机电振荡。因此,该SVC在输出情况下的功率振荡阻尼控制仅采用了有功控制模式,以确保系统严重故障引起大幅度区域间振荡时可用的无功容量。Joetsu热电厂属于日本关中电力公司,主要为日本中部地区提供电力。距离该厂最近的500kV主环网约300km,在重负荷条件下单相故障可能会导致电厂从系统中失步,且线路故障还会引起过电压,故有必要安装静止同步补偿器(STATCOM)以解决稳定性问题和过压问题,为此,关中电力公司计划在2013年配备450MVA的STATCOM。

2.3可再生能源应用

对于水电是否是一种可再生能源,一直有人存在着疑问。对于工程人员来说其作为可再生能源是显而易见的,但是对于部分政府人员和公众来说这个答案则不是那么容易接受的。巴西、印度和中国的电力能源发展严重依赖于水电(正在规划的有22GW)。为了充分利用这些能源,采用直流输电是一个重要的技术手段。在过去10年间风电技术的发展使得大量的风电场接入电网,并且其容量还在持续增加。在保证电力系统的安全可靠以及供电质量的前提下,将风电接入电网存在诸多的挑战,而电力电子技术的发展已经成为解决这些问题的关键。目前的电力电子技术已经使得风电的安全性、可靠性和灵活性不低于任何现有其他类型的发电方式。有学者介绍了澳大利亚和新西兰风力发电的发展情况,澳大利亚和新西兰可能是世界上风电接入电网比例最高的地区,其使用FACTS装置将风电场接入电网,其中涉及到在电网连接点的SVC和STATCOM、少量小型静止无功补偿涡轮发电机、双馈感应电机和连接发电机的交—直—交转换等相关技术。关于非可计划性能源(如风力发电和光伏发电)对于系统稳定性和电压控制的影响也进行了讨论。丹麦的经验表明了风电场可以为交流系统提供惯性控制,以及有功和无功功率控制。但是,在2006年的欧洲大停电事故中,相对较小的功率(大约7GW)却导致了大规模(17GW)的甩负荷问题。因此,对于将可再生能源作为常规能源来使用,还需要一个很长的过程。

3高压直流输电和FACTS工程技术问题

3.1工程的视觉污染、接地电流、可听噪声、电磁干扰等环境问题

随着环境保护要求的日益提高,电力工程设施对于其周围环境的影响也越来越受到关注。接地电流和电磁干扰等问题已经得到了较多的重视并有了良好的解决方案。而各种电力设备所产生的噪声对周边群众日常生活的影响,以及工程设备和建筑与周围环境协调的问题,目前也逐渐受到重视。通过在建筑内使用各种吸音材料和在设备周围布置隔音屏蔽等措施来对噪声进行抑制,已经取得了良好的成效。而在工程设计时充分考虑工程建筑与周围环境的视觉协调设计,并对工程设备进行必要的遮挡,是解决视觉污染问题的有效措施。

卡普里维高压直流输电联网工程提供了从纳米比亚到赞比亚电网之间的输电走廊。该工程使得纳米比亚电网能从水电资源丰富的国家得到充足的电力供应。目前,该工程已经在单极模式下使用金属物回路和大地回路进行了试验,针对未来的双极扩展也已开展了可行性研究。对于使用大地回路的方案在不同运行模式下进行论证,需要综合考虑地表特征、地下金属结构物、输电走廊内地下构造等多方面因素。有学者对SCB4文章中相关但不经常涉及的方面进行了深入的探讨,如考虑土壤电气和热应力特性及土壤深度而进行的接地极选址研究、用来评估选址结论的不同调查结论,以及接地极对环境的影响等。从而指导直流输电换流站址选择、地理位置调查、接口的影响和接地极的设计,同时还给出了工程特征和应用情况概述。

3.2含高压直流输电的交流系统特性

有关专家对于使用电压源换相直流输电进行电网互联和可再生能源发电接入问题进行了研究,并主张在控制中引入直流电压斜率控制。这种控制方式是对交流系统中发电机间功率分配技术的延伸,同时在处理不同干扰和功能边界时进行了改进。提出采用闭环直流电压控制与直流弯曲特性联合的方式进行直流电网管理,以确保系统操作的平滑控制并在不同换流站间合理分配,同时采用多端直流输电系统进行近海输电网络支撑来提供动态频率控制和功率振荡阻尼。在多馈入直流输电系统的相互影响强度指数方面,专家解决了中国南部电网多馈入的相互影响问题。目前该区域内已有4条完全投入运行的高压直流输电线路,第5条高压直流输电线路也已经在试运行。目前,已经对相互影响指数进行了评估,并正在提出一个新的指数。

3.3工程方案选择、监管、许可、资金和技术风险问题

有学者针对日本北海道—本州岛的直流输电线路,介绍了满足电力系统运行需要的控制方法及运行特性,提出了增加直流输电系统灵活性的方法,以便使系统在功率降至0.1(标幺值)以下时仍能正常运行。这种方法在零功率附近避免了多次极性翻转并减小了电缆的绝缘应力。该学者认为这些技术同样可以应用于任何一个直流输电工程。巴西学者介绍了马德拉群岛直流输电系统的设计及其实现的过程,其连接了圣•安东尼奥和吉拉乌水电站。在考虑稳态运行、动态性能和经济评估的基础之上,设计人员对多种不同的输电方案进行了可行性研究,最终提出了直流输电方式、混合型输电方式和交流输电方式3种方案。直流输电方式由2个双极直流输电和2个局部负载连接背靠背系统组成;混合型输电方式由1条直流线路和2条500kV交流线路组成;交流输电方式则选择了3条相并联的750kV交流线路。在经过深入分析之后,最终交、直流混合型输电方案因报价低在投标过程中胜出。从这个过程中可以看到,马德拉工程的确定方式是由经济、技术和在其他事项上具有影响力的因素综合决定的。

4结语

高压直流输电和新型电力电子技术的发展及其应用仍然是今年CIGRE的热门主题,重点讨论的对象包括±800kV及以上电压等级特高压直流输电技术、多端直流网络、现有直流输电及FACTS工程运行经验及相关工程关键技术;而对于MMC在高压直流输电、FACTS和新能源并网等方面的应用,专家们给予了较多的关注;同时,对于高压直流输电及FACTS工程的选址、工程技术风险分析等方面,专家们也进行了热烈的讨论。