廈門柔性直流的相關(guān)介紹材料

　　2015年12月17日，廈門±320kV柔性直流輸電科技示范工程正式投運(yùn)，標(biāo)志著我國(guó)全面掌握了高壓大容量柔性直流輸電關(guān)鍵技術(shù)和工程成套能力，實(shí)現(xiàn)了柔性直流輸電技術(shù)領(lǐng)域的國(guó)際引領(lǐng)。

　　該工程在浙江舟山±200kV柔性直流工程的應(yīng)用基礎(chǔ)上，將電壓等級(jí)首次提升至±320kV，從偽雙極提升至真雙極接線。

廈門±320kV柔性直流輸電科技示范工程示意圖

　　工程額定電流1600A，輸送容量1000MW，新建浦園換流站（送端）、鷺島換流站工程（受端）兩座±320kV換流站及±320kV彭厝～湖邊柔性直流線路工程，直流線路總長(zhǎng)10.7千米，全部為陸纜，采用1800平方毫米大截面絕緣直流電纜敷設(shè)，通過廈門翔安海底遂道與兩座換流站連接。

　　廈門柔性直流工程投運(yùn)后，能夠有效增強(qiáng)廈門地區(qū)電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，滿足廈門島內(nèi)負(fù)荷增長(zhǎng)需求，還能快速調(diào)節(jié)島內(nèi)電網(wǎng)的無功功率，穩(wěn)定電網(wǎng)電壓，提高電網(wǎng)供電可靠性和穩(wěn)定運(yùn)行水平，為廈門經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展提供堅(jiān)強(qiáng)可靠的電力保障。

　　廈門柔性直流工程的建成投運(yùn)，標(biāo)志著我國(guó)全面掌握高壓大容量柔性直流輸電工程設(shè)計(jì)、設(shè)備制造、工程施工調(diào)試、運(yùn)營(yíng)等關(guān)鍵技術(shù)，具備工程成套能力，對(duì)于進(jìn)一步提高我國(guó)直流輸電技術(shù)水平和電力裝備制造水平具有重要意義，為開拓國(guó)際柔性直流工程市場(chǎng)奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，為更高、更大輸送容量柔性直流輸電工程的建設(shè)提供了可復(fù)制、可推廣的經(jīng)驗(yàn)。

　　為應(yīng)對(duì)能源問題和環(huán)境壓力，社會(huì)對(duì)能源使用效率的要求不斷提高；同時(shí)，風(fēng)能、太陽能等分布式能源大規(guī)模地接入電網(wǎng)，一般說來，分布式電源主要通過并網(wǎng)逆變器接入電網(wǎng)，并網(wǎng)逆變器控制策略各異，加之分布式電源輸出功率具有波動(dòng)性、不確定性等特點(diǎn)，很難實(shí)現(xiàn)其即插即用與自主協(xié)調(diào)運(yùn)行。如何保證這些新接入的分布式能源與電力系統(tǒng)兼容成為當(dāng)務(wù)之急。

虛擬慣性J的存在：功率和頻率的動(dòng)態(tài)過程中具有了慣性

阻尼系數(shù)D的存在：具有阻尼系統(tǒng)功率振蕩的能力訊在

　　目前國(guó)家電網(wǎng)公司規(guī)劃在張北風(fēng)光儲(chǔ)輸基地開展示范工程建設(shè)，建設(shè)世界容量最大的虛擬同步機(jī)示范工程。

　　通過對(duì)現(xiàn)有風(fēng)機(jī)、光伏發(fā)電的逆變器和控制系統(tǒng)進(jìn)行改造，新建大容量集中式虛擬同步機(jī)，計(jì)劃2017年年底建成。虛擬同步機(jī)大規(guī)模應(yīng)用后可加快功頻振蕩的平息速度，減輕系統(tǒng)故障對(duì)電網(wǎng)電壓、頻率的影響，提升系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定水平。

　　我國(guó)的一次能源基地與負(fù)荷中心相距甚遠(yuǎn)，如新疆煤電基地、西藏水電基地到東部負(fù)荷中心的距離約3000km。對(duì)超遠(yuǎn)距離、超大容量的電力輸送，半波長(zhǎng)輸電技術(shù)(Half-Wave-Length AC Transmission，HWACT )成為一種可行的解決方案。

　　以自然功率為基準(zhǔn)值，不同線路長(zhǎng)度下的極限傳輸功率特性如下圖所示，當(dāng)βl=π或0時(shí)，即l=0或3000km時(shí)，理論上功率極限趨于無窮大。因此半波長(zhǎng)輸電線路的理論傳輸功率遠(yuǎn)大于常規(guī)線路。

　　從理論分析上看，當(dāng)輸送距離為半波長(zhǎng)時(shí)，輸電特性等同于一條極短電氣距離的輸電線路。理論上輸電功率可達(dá)到無窮大。

　　但實(shí)際的輸送功率要受到沿線電壓分布和線路絕緣水平等因素的制約。

　　對(duì)于理想半波長(zhǎng)輸電，首端和末端的電壓、電流幅值都相等，相位差180?。

　　因此，末端電壓和末端電流之間的夾角與首端電壓和首端電流之間的夾角相同，電源與負(fù)荷之間的電氣距離接近于零，經(jīng)半波長(zhǎng)交流輸電的遠(yuǎn)方電源在某些電氣特性上幾乎等同于受端本地電源。

　　對(duì)無損半波輸電線路來說，輸電過程既不消耗和吸收有功，也不消耗和吸收無功，有功和無功都無損地從首端傳到末端。 

　　可利用半波長(zhǎng)點(diǎn)對(duì)網(wǎng)雙落點(diǎn)線路進(jìn)行立體電網(wǎng)構(gòu)建。

　　利用半波長(zhǎng)線路電氣距離近似為 0 的特性，通過兩(多)條起點(diǎn)相同的半波長(zhǎng)線路分別落點(diǎn)至受端電網(wǎng)不同的點(diǎn)，即可將受端電網(wǎng)內(nèi) 2(多)個(gè)相隔較遠(yuǎn)的落點(diǎn)通過半波長(zhǎng)線路及其共同送端聯(lián)接在一起，構(gòu)建“立體電網(wǎng)”。

　　“立體電網(wǎng)”可極大改變電網(wǎng)形態(tài)，大大縮短落點(diǎn)之間的電氣距離，將顯著改變同步電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)，明顯改善同步電網(wǎng)的穩(wěn)定性，提高同步電網(wǎng)內(nèi)部發(fā)電機(jī)的直接同步功率支援能力。

　　同步調(diào)相機(jī)的結(jié)構(gòu)基本上與同步電動(dòng)機(jī)相同，不帶機(jī)械負(fù)載也不帶原動(dòng)機(jī)，在需要時(shí)向系統(tǒng)快速提供或吸收無功功率。

　　在我國(guó)電網(wǎng)發(fā)展過程中，如省間聯(lián)網(wǎng)初期，由于電壓等級(jí)低、輸電距離遠(yuǎn)（多采用220kV線路遠(yuǎn)距離輸電），系統(tǒng)功角和電壓穩(wěn)定問題突出，通過在受端電網(wǎng)配置調(diào)相機(jī)來提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。

　　上世紀(jì)八十年代以來，500kV電網(wǎng)發(fā)展加快，受端電網(wǎng)裝機(jī)容量快速增加，替代了調(diào)相機(jī)作用，系統(tǒng)穩(wěn)定性顯著提高。隨著調(diào)相機(jī)設(shè)備老化，逐漸退出了電網(wǎng)運(yùn)行。

　　國(guó)外從上世紀(jì)五十年代開始有多個(gè)國(guó)家應(yīng)用調(diào)相機(jī)提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。如瑞典、阿根廷、加拿大、埃及、巴西等國(guó)家在大規(guī)模水電基地遠(yuǎn)距離外送的受端變電站加裝調(diào)相機(jī)。法國(guó)、日本電網(wǎng)早期使用調(diào)相機(jī)較多，隨著電網(wǎng)網(wǎng)架加強(qiáng)和電源增加，法國(guó)調(diào)相機(jī)沒有新的增加。日本東京地區(qū)在1987年7月23日發(fā)生靜態(tài)電壓崩潰事故后，增加了抽水蓄能、調(diào)相機(jī)和SVC等動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置。

　　隨著我國(guó)特高壓直流的快速發(fā)展、清潔能源的大規(guī)模開發(fā)、大比例受電地區(qū)的集中出現(xiàn)，電網(wǎng)特性發(fā)生較大變化，部分地區(qū)動(dòng)態(tài)無功儲(chǔ)備下降、電壓支撐不足的問題愈發(fā)突出，電壓穩(wěn)定問題成為大電網(wǎng)安全穩(wěn)定的主要問題之一?？陀^要求直流大規(guī)模有功輸送，必須匹配大規(guī)模動(dòng)態(tài)無功，即“大直流輸電、強(qiáng)無功支撐”。為提高電網(wǎng)動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償能力，增加地區(qū)電網(wǎng)動(dòng)態(tài)無功儲(chǔ)備水平，有效解決電壓支撐不足的問題，需要在電網(wǎng)中加裝調(diào)相機(jī)等動(dòng)態(tài)無功設(shè)備，提高電網(wǎng)動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償能力。

　　目前國(guó)內(nèi)的電機(jī)設(shè)備制造廠商正在積極研制新型調(diào)相機(jī)，具備大容量（額定容量最大300Mvar）、少維護(hù)的特點(diǎn)，同時(shí)其瞬時(shí)無功輸出能力、暫態(tài)無功響應(yīng)速度及過載能力相比傳統(tǒng)調(diào)相機(jī)大大提高，是提升電網(wǎng)運(yùn)行安全性、滿足系統(tǒng)穩(wěn)定要求的新一代設(shè)備。

調(diào)相機(jī)系統(tǒng)組成:

調(diào)相機(jī)本體、勵(lì)磁系統(tǒng)、升壓變、起動(dòng)系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、油系統(tǒng)、控制保護(hù)系統(tǒng)

　　統(tǒng)一潮流控制器（unified power flow controller, UPFC）的概念最早由美國(guó)Westinghouse公司的L. Gyugyi在1992年提出，是迄今為止功能最全面的FACTS裝置。

　　UPFC由兩個(gè)（或多個(gè)）共用直流部分的電壓源換流器分別以并聯(lián)和串聯(lián)的方式接入輸電系統(tǒng)，可以同時(shí)或選擇性地控制輸電線路的電壓、阻抗、相位，實(shí)現(xiàn)線路有功、無功潮流控制，并可提供獨(dú)立可控并聯(lián)無功補(bǔ)償。UPFC具有靈活控制系統(tǒng)潮流、提高電網(wǎng)傳輸能力及改善系統(tǒng)穩(wěn)定性等多種功能。

　　技術(shù)原理：

　　典型的UPFC裝置結(jié)構(gòu)如下圖所示，由兩個(gè)背靠背、共用直流母線的電壓源換流器構(gòu)成。其中，換流器1、換流器2對(duì)應(yīng)的換流變壓器分別以并聯(lián)、串聯(lián)形式接入，有功功率可以在兩個(gè)換流器之間雙向流動(dòng)，每個(gè)換流器的交流輸出端都可獨(dú)立地發(fā)出或吸收無功功率。

　　圖中，換流器2的功能是通過串聯(lián)變壓器給線路注入幅值和相角均可控的電壓向量。通過調(diào)整注入電壓的幅值、相位，能夠?qū)崿F(xiàn)電壓調(diào)節(jié)、阻抗調(diào)節(jié)、相角調(diào)節(jié)等多種功能，可以對(duì)線路有功和無功潮流進(jìn)行獨(dú)立解耦控制。

　　換流器1的功能是通過公共直流母線提供或吸收換流器2進(jìn)行潮流控制時(shí)與系統(tǒng)交換的有功功率，以維持直流母線電壓恒定，保證換流器2正常工作，同時(shí)換流器1還能發(fā)出或吸收無功，發(fā)揮動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償功能。

　　從結(jié)構(gòu)上看，UPFC是將靜止同步串聯(lián)補(bǔ)償器（static synchronous series compensator, SSSC）作為串聯(lián)電壓源、靜止同步補(bǔ)償器（static synchronous compensator, STATCOM）作為并聯(lián)電流源集成到一起而形成的潮流控制器，但其功能較SCCC、STATCOM更為強(qiáng)大。

　　其關(guān)鍵在于兩者具有公共的直流母線，從而可以實(shí)現(xiàn)SCCC與STATCOM間的有功功率交換。UPFC中的SCCC可向系統(tǒng)注入任意幅值和相位的電壓，從而實(shí)現(xiàn)了線路端電壓控制、線路電抗控制、相角控制、自動(dòng)潮流控制等功能。