柔性直流输电技术在风电场并网中应用探讨

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1、2009年第2期上海电力柔性直流输电技术在风电场并网中的应用探讨刘菁(上海市电力公司市东供电公司，上海201203)摘要：柔性直流输电是在电压源换流器技术和全控型功率器件的基础上发展起来的，通过电压源换流器技术，可以控制系统中的无功功率、抑制并网公共点的电压波动。文章分析了电压源换流器(VSC)的基本模型，研究了换流站无功功率控制和电压控制策略对改善并网风电场电压稳定性的作用，阐述了风电场并网对电网的可靠性和稳定性等方面的影响。关键词：柔性直流输电；电压源换流器；风电场并网中图分类号：TM721．1文献标识码

2、：A制电压波动]，如双馈感应发电机(DFIG)。l引言(2)通过静止无功发生器(SVG)，如静止同风力发电技术在欧美国家已经进入了一个比步补偿器(STATCOM)和SVC补偿PCC点的无较成熟的阶段，并可大规模应用，具有很多突出的功功率变化来抑制电压波动。优点。与火电厂相比，风电场的建设周期短；风电(3)通过并网电压源换相高压直流输电场的装机规模灵活，可安装一台投产一台；风电场(VoltageSoureComverter—HighVoltageDirect占地少，有利于土地的综合开发等。根据世界风Curren

3、t，VSC—HVDC)，即通过柔性直流输电技能协会(WWEA)的预测，到2010年世界风电装术来抑制PCC的电压波动。机容量将达到1．6亿kW。柔性直流输电技术是一种以电压源换流器、风电场通常远离地区电网，连接电网的送电可控关断器件和脉宽调制技术

4、统稳定性、增加系统动态无功这些影响包括：风力发电场的规模问题，对电能质储备和改善电能质量等技术优势，适用于孤岛供量的影响，对稳定性的影响，对保护装置的影响电、可再生能源并网、非同步交流电网互联和城市等。其中以并网风电场引起的系统电压稳定性以电网供电等方面。目前只有ABB公司拥有柔性及系统电压波动问题最为典型，已经成为风电场直流输电运行的商业工程，国内对该技术的研究并入薄弱电网的限制性因素。还处于发展阶段，对工程应用基本还处于空白状由于大规模的风力发电必须并网运行才能实态，所以亟需加快对利用柔性输电技术进行风电

5、现其经济价值，所以风电场接入电力系统的分析并网的技术研发。是风电场规划设计和运行中不可缺少的内容。风2VSC-HVDC的技术特点电机组连接在公共电网上时，由于变动的风速，风电机组波动的输出功率将会引起并网公共点2．1控制原理(PCC)的电压波动。VSC—HVDC的基本控制原理可以用式(1)来决定电压波动的因素有风源因数和电网环境表述：因数。而控制系统中的无功功率可抑制风电场P一(UcUs／xT)sin8f1、PCC的电压波动，从而改善风电场的并网性能、Q一(Us／XT)／(己，ccos一Us)抑制系统电压波动

6、。式中Uc——换流器输出电压的基波分量；其控制方法可以分为以下几种：Us——VSc-HVDc连结交流系统的母线电压基(1)通过风力发电机控制自身功率因数角抑波分量；一】25—上海电力2009年第2期艿一Uc和Us之I司的相角差；换流器直流侧的电容X——换流电抗器的电抗；是其直流侧储能元件，它可P——线路输送有功功率；滤波器赤L以缓冲桥臂开断的冲击电Q——VSC向系统提供无功功率。I而士l流、减小直流侧的电压谐由式(1)可以看出，通过控制可以控制线路输I1．Ll波，并为直流输电线路提供送的功率和电压源换流器VS

7、C向系统提供的无lL六．1L．1lc。电压保证。同时，直流侧电功功率。lllll容的大小影响定直流电压采用PWM对VSC元件实施开闭控制时，II百控制器的响应性能。U正比于PWM的调制度M，时PWM调制波换流母线处安装的交的相角，所以通过控制这两个量就可以控制换流0．9翟流滤波器主要用于抑制换器的有功功率和无功功率，并且两者可以分开独l1六六l流器输出的交流电压中的立控制。Ill11高次谐波。交流滤波器的如图1所示，可在4个相限内变化，随着lII广．{IL_仨ll容量和参数选择与换流器所在相限不同，所提供无功

8、功率可以为感性无功所采用的拓扑结构、开关频或是容性无功，这样就可以灵活调节VSC以满足lL．．．II率及其调制方式等因素有系统对无功功率的需求，并达到稳定PCC电压的关。作用。滤波器‘2．3技术特点●自1954年世界上第一个直流输电工程(瑞典本土图2VSC的基本结构至Gotland岛的20Mw、100kV海底直流电缆输电)投入商业化运行至今，直流输电系统的换流元件经历了从汞弧阀到晶闸管阀的变革。由于