基于vsc-hvdc南汇风电场并网应用研究

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1、上海电力2011年第3期基于VSC—HVDC的南汇风电场并网应用研究俞俊霞，肖斌(上海市电力公司浦东供电公司，上海200000)摘要：风能作为一种绿色的可再生能源，将在取代传统一次能源、调整能源结构和环境保护中发挥重要的作用。在介绍柔性直流输电(VSC—HVDC)的原理和技术特点的基础上，将其与其他风电并网技术作了比较，详细说明了柔性直流输电技术在风电并网上的重大创新及巨大优势，并介绍了该技术在上海南汇风电场并网上的示范应用工程，表明了柔性直流输电技术在风电传输领域的广阔应用前景。关键词：柔性直流输电；风电并网

2、；南汇风电场；电压源换流器中图分类号：TM721．1文献标志码：B1．1VSC—HVDC的原理0引言柔性直流输电技术是一种以电压源换流器、当今，人类社会面临着诸多挑战，如环境污可控关断器件和脉宽调制技术为基础的新型直流染、气候变化、能源安全等，这些挑战一方面威胁输电技术。与传统直流输电技术相比，柔性直流着世界的可持续发展，另一方面也极大地推动了输电技术具有控制灵活方便、提高系统稳定性、增可再生能源的开发和利用。在可再生能源中，风加系统动态无功储备和改善电能质量等技术优能越来越受到人们的重视，成为发展最快的一种势

3、，适用于孤岛供电、可再生能源并网、非同步交新型能源]。根据世界风能协会的预测，到2010流电网互联和城市电网供电等方面。年，世界风电装机容量将达到160GW。近年来，双端VSC—HVDC输电系统的结构示意图如中国也加快了风电产业的发展。根据我国的可再图1所示l4j。其中电压源换流器VSC1和VSC2生能源发展规划，2010年、2020年风电的发展目分别用作整流器和逆变器，主要部件包括全控换标分别为1OGW和3OGWl2]。流桥、直流侧电容器；全控换流桥的每个桥臂均由风电机组出力具有随机性、间歇性和不可控多个绝缘

4、栅双极晶体管IGBT或门极可关断晶体性，因此风电场的投入与切除运行，会对地区电网管GTO等可关断器件组成，可以满足一定技术的安全、稳定运行产生重大影响，其中以并网风电条件下的容量需求；直流侧电容为换流器提供电场引起的系统电压稳定性以及系统电压波动问题压支撑，直流电压的稳定是整个换流器可靠工作最为典型，已经成为风电场并入薄弱电网的限制的保证；交流侧换流变压器和换流电抗器起到性因素j。而柔性直流输电(又称：轻型直流输VSC与交流系统间能量交换纽带和滤波作用；交电)技术同时应用电压源型换流器(Voltage流侧滤波器

5、的作用是滤除交流侧谐波l_4]。由于SourceConverter，VSC)和脉宽调制技术VSC—HVDC系统一般采用地下或海底电缆，对周(PWM)，通过控制策略调整无功输出，稳定系统围环境产生的影响很小。电压。风电场通过柔性直流输电技术接入系统交流系统l交流系统2后，将有效降低其对电网的冲击，增强电网可靠性及稳定性。本文阐述了基于柔性直流输电(VSC—HVDC)的风电并网方式的原理、优点及在国内外的应用，并以南汇风电场为切入点，详细介绍了风电场的模型和基于VSC—HVDC的南汇风电并网应用工程。图1双端vsc

6、—HVDC输电系统示意图1基于VSC-HVDC的风电并网技术研究假设换流电抗器无损耗，并忽略谐波分量，换一234—2On年第3期上海电力流器和交流电网之间传输的有功功率P及无功面积。功率Q分别为(7)多个VSC能接到一个固定极性的直流P—UsUcsin8母线上，方便构成与交流系统具有相同拓扑结构——XL．的多端直流系统，运行控制方式灵活多变。Q—Us(Us-Uccos8)(2)———————表1各种并网方式特点的比较AL比较内容交流输电常规HVDcVSC—HVDC式中U——换流器输出电压的基波分量；有功控制能力

7、无有有【，s——交流母线电压基波分量；无功控制能力无无有8——Uc和U之间的相角差；同步系统可非同步系统互联，可非同步系统互联，X——换流电抗器和换流变压器的电抗。联网要求方可互联但不能向弱交流系且可向弱交流系统由式(1)、(2)可以看出，有功功率的传输主要统和无源系统供电和无源系统供电取决于，无功功率的传输主要取决于uc，而Uc功率的振荡无有限高阻尼作用是由换流器输出的脉宽调制(PWM)电压的脉冲功率反转快慢快宽度控制的。因此，通过对角的控制可以控制环境影响高低低直流电流的方向及输送有功功率的大小，通过控变电

8、站成变电站成本较高，但相比常规HVDC，制【，，可以控制VSC发出或吸收无功功率及其成本本低，电缆电缆成本低变电站成本稍高，电成本很高缆成本稍高大小，从而灵活地根据风电场的风况自动调整输电线路的输送容量。总之，VSC—HVDC系统的控制更加灵活，减1．2VSC—HVDC用于风电场并网的主要优势少了无功补偿装置、滤波设备和占地面积，环境影由表1可知：响低。表1是目前风电场并网方式(交流输