ELECTRONICS WORLD?探索与观察
直流輸旦技汇在図门系绽四用
中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司徐田奎
【摘要】详细介绍以电压源换流器以及
绝缘栅双极晶体管为关键部件的轻型
高压直流输电线路以及其在风力
发电系统中的应用。首先对轻型
直流输电技术以及轻型
高压直流输电的基础技术进行了详细介绍,然后对其
在风力发电系统中的应用方向以及实际应用进行了详细分析。
【关键词】
直流输电技术;风力发电系统;应用
压和无功功率控制方面都具有十分明显的优势。
0引言
在风力发电系统中,轻型高压直流输电线路的
主要作用是连接交换风力发电场和网络,具体包括
风能是一种清洁、绿色的能源,具有可再生系统建模和特性这两个方面。在风力发电系统中
性,应用风能有利于调整能源结构,对于环境保抑轻型高压直流输电的主要研究方向是提高风力发电
至关重要。新时期,直流输电技术发展迅速,下文系统的稳定性,使用非线性鲁棒控制等方法加强控
主要以轻型高压直流输电技术为研究对象,具体分制。
析了其在风力发电系统中的应用。
2轻型高压直流输电技术
轻型高压直流输电技术
2.1电压源换流器(VSC)技术
90年代后期,ABB公司研发出一种全新的高
在传统的电力工业中,高压直流输电技术一般
压直流输电技术,即轻型直流输电技术(VSC-是基于PCC技术,但是,现如今,VSC技术发展迅速
HVDC),与传统的高压直流输电线路相比,该技术并得到了广泛应用。PCC技术和VSC技术的主要区别
能够实现灵活的有功容量控制和无功容量控制,有在于,PCC技术在实际应用中,不仅需要开通电力
利于减少变流器站过滤设备体积,容易形成多端直电子元件,而且还需要断开电流组件。但是,VSC技
流系统,而且在经济方面应用优势十分明显。将轻术的应用却十分便捷,因为其使用全控型功率元件
型直流输电技术应用于风力发电系统中,在交流电IGBT,有利于控制电流开断。PCC技术使用晶闸管,
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其单向导电性使得该项技术只能够控制阀的开通,
U指的是交流网络电压
但是不能控制电流开端,对于电流开端,必须借助
X指的是线路电抗;
于交流母线电压的过零。因此,如果使用PCC技术
L指的是线路长度
则直流输电的方式不能够对旋转电击功率较小的负
U的放大倍数可以直接决定无功功率Q的流动情
荷进行供电。另外,由于换流器的谐波次数较低、况,而放大倍数可以通过来自换流器阀桥的脉冲宽
容量较大,而且占地面积大,因此在实际应用中会度来进行管理和控制。对于无功功率Q,可以通过公
受到一定的限制。
式(2)进行计算
VSC技术的全控型功率器件主要是绝缘栅双极
2-E(C-U, coso
晶体管,因此对于电流通断,可以通过控制半导体
阀进行管理。
流过换流器的电流和电压主要是由换流器容量
VSC主要是由直流电容、IGBT阀桥、交流滤波直接决定的,而换流器的无功容量和有功容量之间
器、换流控制器等部件组成的。而IGBT阀桥的主要可以进行交换,二者的结合形式如图1所示。
是由6个阀所组成的,在每1个阀中都并联了一个
1.2
1.0
IGBT,而每个IGBT又与ー个二极管进行反并联,在
08
U=1.1
实际应用中,可以通过换流控制器的光纤连接来控
Q06
U=1
0.4
?--U-=0.9
pu
0.2
P期製值
制各个IGBT的开断形式。
0-08-0604-0200020406081012
相角δ指的是换流器所产生的基波频率电压Ug
和交流电网上的电压Un所组成的夹角,而换流器和
图1无功容量和有功容量结合形式
网络之间的有功功率可以通过改变δ来进行有效控2.2脉宽调制技术(PWM)
制。有功功率P的计算形式如下所示:
电压源换流器技术中的VSC可以使用IGBT,而
U sin 6
这就使得PWM的应用可能性较大。采用PWM控制方
P
式,可以有效控制逆变电路开关器件,使得输出端
其中
能够得到幅值相同、宽度不同的脉冲,而这些脉冲
指的是换流器所产生的基波频率电压;
可以代替实际需要的正弦波。PWM可以通过实现两
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固定的直流电压之间的快速切换,以此产生交流电阔。与此同时,轻型高压直流输电电缆的机械灵活
压,并且得到基波电压。在风力发电系统中,可以性比较高,在实际应用中,可以被用于绝缘架空电
应用PWM技术,快速改变交流输出电压的幅值和相缆及海底电缆等方面。
位,对无功功率和有功功率进行有效控制。通过PWM
逆变的交流电压,能够随着控制系统的变化而发生3轻型高压直流输电技术在风力发电系统中的
改变。因此,在PWM技术的实际应用中,可以省去传应用
统HVDC中的
换流变压器,有利于简化电路结构。
2.3轻型高压直流換流站
3.1应用领域
高频下,换流器的转换过程十分有效,因此对
(1)通过轻型高压直流输电技术,可以将风
于滤波器、变压器等辅助设备的需求比较少。换流力发电场和大电网进行有效连接。一般情况下,风
器的电压与网络节点位置的交流电压不同,而且轻力发电厂远离大电网负荷区。因此,在实际应用
型高压直流换流站一般至需要1个变压器,有利于减中,可以使用轻型高压直流输电技术,有利于节约
小高压直流换流站的建设面积。例如,1个65MVA容建筑施工成本,提高传输容量。
量的轻型高压直流换流站的占地面积一般为800m2,
(2)清洁能源。一般情况下,风能、太阳能
而1个250MWA容量的轻型高压直流换流站的占地面积等都建设在偏远地区,因此很难保证电能质量。如
般为3000m2。另外,在轻型高压直流换流站的建果使用轻型高压直流输电技术,则能够在很大程度
设过程中,可以使用很多地下电缆,所以对于周边上降低经济投资成本、提高电力传输效率和电能质
环境不会产生不良影响,因此,轻型高压直流输电量、避免对环境造成破坏,因此清洁性较高。
技术的应用十分环保清洁,但是由于其结构紧密,
(3)城市电网改造。新时期,社会经济发展
因此对于绝缘性能的要求也比较高。
迅速,各地建设数量越来越多,而采用头顶配电网
2.4轻型高压直流输电电缆
络很难满足电力建设需求,对此,可以使用轻型高
现阶段,新型的轻型高压直流输电电缆是
压直流输电技术,因为地下电缆的应用可以增加电
种挤压式单极绝缘电缆,单极直流电缆的绝缘壁厚力容量,提高电力传动效率。
度比较大,因此其绝缘性能较高,应用前景十分广
(4)连接不同电网,提高供电质量。当太阳
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