賀曉泉 安磊 吳華平

摘 要:研究證明,在海上風(fēng)電傳輸中采用VSC-HVDC技術(shù),可以有效的實(shí)現(xiàn)海上風(fēng)電的大規(guī)模開發(fā)。本文從VSC-HVDC系統(tǒng)特點(diǎn)分析出發(fā),針對(duì)我國(guó)海上風(fēng)電電力傳輸中存在的主要問題,探究VSC-HVDC系統(tǒng)在海上風(fēng)電傳輸中所發(fā)揮的功能作用。

關(guān)鍵詞:海上風(fēng)電VSC-HVDC系統(tǒng)電力傳輸

中圖分類號(hào):TM721.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1672-3791(2012)07(b)-0004-01

研究發(fā)現(xiàn),VSC-HVDC系統(tǒng)(Voltage Source Converter-High Voltage Direct Current)與傳統(tǒng)HVDC相比可以及時(shí)控制有功功率和無(wú)功功率,并且還能夠很好的完成遠(yuǎn)程傳輸交涉,它所具備的很多功能特征能夠彌補(bǔ)海上風(fēng)電傳輸所遇到的相關(guān)問題。為了解決海上風(fēng)電遠(yuǎn)距離傳輸,提高其運(yùn)行效率和系統(tǒng)的穩(wěn)定性,盡可能降低投資成本,研究新型高壓直流VSC-HVDC系統(tǒng)在海上風(fēng)電傳輸系統(tǒng)中的運(yùn)作模式是非常有必要的。

1VSC-HVDC系統(tǒng)特點(diǎn)分析

近年來(lái),隨著電力電子技術(shù)的進(jìn)步推動(dòng)和大量直流工程的投入運(yùn)行,使得直流輸電的控制、保護(hù)、故障、可靠性等多種問題越發(fā)顯得重要。VSC-HVDC這種新技術(shù)的綜合應(yīng)用使得直流輸電技術(shù)有了新進(jìn)展,其應(yīng)用出現(xiàn)為改善交流電網(wǎng)的供電質(zhì)量提供了新的保障,其特點(diǎn)主要有以下幾方面。

1.1 增效節(jié)能

VSC-HVDC技術(shù)的電能損耗低于傳統(tǒng)交流輸電技術(shù)的損耗,同時(shí)HVDC需要的傳輸線纜更少,能減少占地,比UPS更省電,其初始成本不到UPS的70%,因此能夠很好的增強(qiáng)效率,節(jié)約能源。

1.2 滿足可再生能源遠(yuǎn)程輸電

VSC-HVDC系統(tǒng)輸電不受容性電流的影響,電壓損耗低,可調(diào)節(jié)有功和無(wú)功功率的輸出,保持電網(wǎng)穩(wěn)定,傳輸時(shí)不會(huì)產(chǎn)生諧振,且不會(huì)在電網(wǎng)中產(chǎn)生短路電流。VSC-HVDC使用脈寬調(diào)制的方法產(chǎn)生正弦電壓,控制靈活,可任意進(jìn)行有功和無(wú)功控制,允許雙向能量傳輸,故障時(shí)解耦,風(fēng)場(chǎng)不必和電網(wǎng)保持同步,并可采用多端并網(wǎng)方式,在海上風(fēng)場(chǎng)的發(fā)展極具優(yōu)勢(shì)。

1.3 輸出電力均勻 利于維護(hù)

VSC-HVDC系統(tǒng)可以連接不同的交流電網(wǎng)并提高它們效率,能夠補(bǔ)償潮流的波動(dòng),可以避免風(fēng)電場(chǎng)不均勻的電力輸出影響電網(wǎng)可靠性,而且還利于維護(hù)。

2海上風(fēng)電傳輸中存在的問題

國(guó)外海上風(fēng)電發(fā)展不斷成熟,但我國(guó)海上風(fēng)電目前只有上海東海大橋海上風(fēng)電項(xiàng)目投入運(yùn)行,海上風(fēng)電電力傳輸方式還在不斷摸索,在采用傳統(tǒng)風(fēng)電傳輸技術(shù)過程中存在的問題主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

2.1 電能質(zhì)量的不可控

由于海上風(fēng)能具有不穩(wěn)定性和間隙性,風(fēng)電場(chǎng)的輸出功率是動(dòng)態(tài)變化的,對(duì)風(fēng)電的并網(wǎng)運(yùn)行帶來(lái)了不利影響,輸出功率隨風(fēng)能動(dòng)態(tài)變化的風(fēng)電場(chǎng)對(duì)傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的固定運(yùn)行模式產(chǎn)生了一定的沖擊。

2.2 遠(yuǎn)距離電力傳輸技術(shù)要求高

相比陸地風(fēng)電,海上風(fēng)電在風(fēng)電機(jī)組、海底基礎(chǔ)、電纜敷設(shè)的運(yùn)輸、安裝等方面的設(shè)計(jì)技術(shù)和制造技術(shù)要求難度較大,尤其是遠(yuǎn)距離的海上風(fēng)電場(chǎng),其施工難度非常復(fù)雜。

2.3 電氣系統(tǒng)設(shè)備要求高

因海上環(huán)境不可控,當(dāng)系統(tǒng)的功率平衡受到破壞時(shí),電網(wǎng)中可能會(huì)出現(xiàn)電壓尖峰;在新的功率平衡之后,有可能造成電壓升高,電壓尖峰和電壓升高可能會(huì)對(duì)系統(tǒng)的功率器件帶來(lái)?yè)p害。為避免損壞,對(duì)相關(guān)電氣系統(tǒng)設(shè)備要求遠(yuǎn)高于陸地電力傳輸。

2.4 成本高

與常規(guī)電纜相比,長(zhǎng)距離海上電力傳輸所采用的海底電纜制造數(shù)量較少,通常這些電纜時(shí)為每個(gè)項(xiàng)目獨(dú)特設(shè)計(jì)的,因此其線路成本和鋪設(shè)費(fèi)用較高。

3VSC-HVDC系統(tǒng)在海上風(fēng)電電力傳輸中的應(yīng)用

海上風(fēng)電是風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新趨勢(shì),我國(guó)海上風(fēng)能資源豐富,具備大規(guī)模發(fā)展海上風(fēng)電的資源條件。如何以較少的成本去產(chǎn)生更多的電力財(cái)富,是風(fēng)電開發(fā)企業(yè)一直在追尋探討的問題,針對(duì)海上風(fēng)電傳輸?shù)膯栴},在海上電力傳輸中采用VSC-HVDC系統(tǒng)其作用突出,集中表現(xiàn)在以下幾點(diǎn)。

3.1 有源型直流輸電

VSC-HVDC系統(tǒng)一端與風(fēng)電場(chǎng)相連,另一端與電網(wǎng)相連,儲(chǔ)能單元并接在VSC-HVDC的電網(wǎng)側(cè)。與風(fēng)電場(chǎng)相連的受端接受的風(fēng)電功率受風(fēng)能波對(duì)的影響呈現(xiàn)動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì),如果風(fēng)電的動(dòng)態(tài)功率大于預(yù)先設(shè)定的平均風(fēng)能所產(chǎn)生的平均功率,儲(chǔ)能單元吸收多出部分功率,處于充電狀態(tài);反之,則處于放電狀態(tài)。VSC-HVDC系統(tǒng)中這種有源型直流輸電模式可以使風(fēng)電注入到電網(wǎng)的功率穩(wěn)定,這樣也就解決了海上風(fēng)能不穩(wěn)定性和間隙性的問題。

3.2 輕型高壓直流輸電

交流輸電線路是連接小型近海風(fēng)電場(chǎng)經(jīng)常采用的方法,VSC-HVDC系統(tǒng)這種柔性直流輸電技術(shù)則是遠(yuǎn)海風(fēng)電場(chǎng)的最佳選擇。柔性直流輸電具有無(wú)功和電壓控制能力,很好的解決了無(wú)功補(bǔ)償問題,在提供頻率控制和低電壓穿越以滿足風(fēng)電并網(wǎng)的要求的同時(shí),還大大降低了海上平臺(tái)的體積和在極端環(huán)境下施工的復(fù)雜程度。通過對(duì)風(fēng)電進(jìn)行全方位控制,使風(fēng)電出力的間歇性特點(diǎn)不會(huì)擾亂電網(wǎng);更重要的是,柔性高壓直流輸電系統(tǒng)可以再在無(wú)電狀態(tài)下啟動(dòng),遠(yuǎn)距離輸電損耗也較小,可大大降低環(huán)境對(duì)系統(tǒng)的影響。

總而言之,在能源消耗日益增長(zhǎng)、環(huán)境污染日漸嚴(yán)重的今天,風(fēng)能作為新型能源已經(jīng)備受關(guān)注。海上風(fēng)力發(fā)電是全球未來(lái)發(fā)展的熱點(diǎn),目前歐洲的海上風(fēng)電發(fā)展全球領(lǐng)先,海上風(fēng)場(chǎng)呈現(xiàn)大型化趨勢(shì),并且向深海海域發(fā)展。我國(guó)也在逐步把海上風(fēng)電開發(fā)作為新型能源的主要開發(fā)地。然而,海上風(fēng)電場(chǎng)分散性強(qiáng)、遠(yuǎn)離負(fù)荷中心、發(fā)電運(yùn)行效率低、無(wú)功消耗大、系統(tǒng)穩(wěn)定性差等也是需要去面對(duì)解決的問題。國(guó)內(nèi)外實(shí)踐證明,VSC-HVDC技術(shù)所具備的特有響應(yīng)速度和控制效果能夠很好的解決海上風(fēng)電傳輸中所遇到諸多問題,還可降低海上風(fēng)電的投資成本,提高電能的傳輸效率和系統(tǒng)穩(wěn)定性。只有不斷探索和發(fā)現(xiàn),不斷引進(jìn)和革新技術(shù),才能更好的開采和利用大自然的可再生能源,讓大自然的更好的為人類服務(wù)。

參考文獻(xiàn)

[1] 魏曉光,湯廣福,魏曉云,等.VSC-HVDC控制器抑制風(fēng)電場(chǎng)電壓波動(dòng)的研究[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào),2007,4.

[2] 姚偉,程時(shí)杰,文勁宇.直流輸電技術(shù)在海上風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)中的應(yīng)用[J].中國(guó)電力,2007,40.

[3] 周國(guó)梁,石新春,付超,等.VSC-HVDC離散模型及其不平衡控制策略[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào),2008,12.

[4] 梁海峰,李庚銀,王松,等.VSC-HVDC系統(tǒng)控制體系框架[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào),2009,5.