柔性输电与直流输电技术.doc

柔性输电与直流输电技术1引言自从1882年法国人德普勒首次实现第一条直流输电线把电力送到57km远的慕尼黑国际博览会驱动水泵电动机，1891年第一条三相交流高压输电线在德国劳奋至法兰克福竣工以来，开始了电力系统交直流输电一个多世纪的应用和发展。输电技术发展的特点是努力减少线路损失，提高输送距离和输送容量。目前，单纯提高输电电压的发展已出现明显的饱和趋势，传统的输电方法已不能适应现代电力输送的要求。未来输电发展的重点将是采用新的技术，充分利用线路走廊输送更多的电力，提高单位线路走廊的输电能力是许多国家共同面临的问题，于是多种新型输电方式的概念和技术被提出并得到积极地研究。1970年后发展起来的电力电子技术，可以通过电力半导体开关电路实现快速、有效、经济、方便的电力变换、电力补偿和电能控制，可以为传统电力系统中发电、输电、配电、用电各领域提供先进的技术手段：快速、经济、有效、便捷地实现电力系统中电压、电流、阻抗、功率的实时调控，将各种电力电子补偿控制器引入交流输电系统，可以实现交流输电系统的灵活、方便、经济有效的实时控制，提高交流输电功率极限值，而又确保其运行稳定性储备，优化输电电网潮流，减少功耗，节省能源，提供输电线路变压器等电力设备的利用率。引入了各种电力电子变换器、补偿控制器可实现灵活快速有效控制的交流输电系统被称为柔性交流输电系统FACTS（FlexibleA.CTransmissionSystem）。FACTS技术从根本上改变了交流输电系统中，对于电网的控制只能采用传统的缓慢、间断以及不精确设备进行机械控制的局面，为交流输电网提供了快速、连续和精确的控制手段以及优化潮流的能力，同时能够保证系统稳定性，且有助于在事故发生时防止连续造成的大面积停电。随着电力电子器件和控制技术的发展，换流站采用IGBT、IGCT等元件构成电压源型换流站（VoltageSourceConverter，VSC）来进行直流输电成为可能。自上世纪九十年代后期，以ABB公司为代表的国外公司发展了轻型直流输电（HVDCLight）技术，并成功应用于多个领域。这种直流输电技术是采用基于可关断型器件的电压源型换流器和PWM技术进行直流输电。从其技术特点和实际工程的运行来看，很适合应用于可再生能源并网、分布式发电并网、孤岛供电、城市电网供电、异步交流电网互联等领域。因此，根据国家中长期科技发展规划和“十一五”发展规划纲要，发展柔性输电与直流输电技术，建设新一代直流输电联网工程，促进大规模风力发电场的并网，城市供电和孤岛供电等新技术的发展，满足持续快速增长的能源需求和能源的清洁高效利用，增强自主创新能力，符合我国国情和我国的经济发展规律，符合市场需求，符合电力工业发展规律和电网技术发展方向。2柔性输电技术2.1柔性交流输电技术柔性交流输电(FArS：HexibleAlternativeCurrentTransmissionSystems)又叫做灵活交流输电，最早是在1988年由美国电力科学研究院(EPRI)的N．G．Hingorani博士提出来的。柔性交流输电技术是将电力电子技术、微处理机技术和控制技术等高新技术集中应用于高压输变电系统，以提高输配电系统可靠性、可控性、运行性能和电能质量并获取大量节电效益的一种新型综合技术。柔性交流输电技术的发展主要经历了以下几个阶段：①从20多年前就出现的SVC开始，主要由晶闸管开关快速控制的电容器和电抗器组成的装置，以提供动态电压支持，其技术基础是常规晶闸管整流器(SCR：SemiconductorControlledRectifier)，后来出现的第一代FACTS装置是晶闸管控制的串联电容器(TCSC：Thyristor—controlledSeriesCompen—sator)，它利用SCR控制串接在输电线路中的电容器组来控制线路阻抗，从而提高输送能力。②第二代FACTS技术装置同样具有支持电压和控制功率等功能，但在外部回路中不需要加设大型的电力设备(指电容器和电抗器组或移相变压器等)。这些新装置如静止无功发生器(STAT—COM：StaticCompensator)和串联补偿器(SSSC：sol—id-stateSeriesCompensator)设备采用了门极可关断设备(GT0：GateTurnOffThyristor；IGBT：Insu一1atedGateBipolarTransistor)等一类全控型器件，起到电子回路模拟出电容器和电抗器组的作用，装置造价大大降低，性能却明显提高。③第三代FACTS技术将两台或多台控制器复合成一组FACTS装置，并使其具有一个共同的、统一的控制系统。如将一台STAT—COM和一台SSSC复合而成的综合潮流控制器(UPFC：UnifiedPowerFlowController)，它