张小平：能源互联挑战应对之道——以柔克刚

2018-02-01 14:18:40 电力系统自动化　点击量：评论 (0)

英国伯明翰大学张小平教授在首届全球华人电气与能源工程师大会暨能源互联网装备技术高峰论坛上作了题为全球能源互联网的关键：柔性技术的大...

5. 以柔克刚的思想的具体应用：柔性化的传统直流输电系统

对设备的刚性，可应用柔性技术加以克服。众所周知，直流输电系统目前主要有两大类，即传统的基于晶闸管的直流输电系统(LCC HVDC)和基于IGBT技术的柔性电压源型直流输电技术(VSC HVDC，MMC VSC HVDC)。传统直流输电系统的优点包括低损耗、大功率及超大功率应用(例如：特高压直流)，低投资费用，直流侧短路可有效控制，技术成熟，并成为特高压直流输电的关键技术。其缺点包括逆变侧交流故障引起的换相失败，换流器的大量无功消耗，无法提供快速无功与电压控制等。而与此相比，传统直流输电系统的优点恰恰是柔性直流输电技术的缺点。而传统直流输电系统的缺点恰恰是柔性直流输电技术的优点。为克服传统直流输电系统的换相失败，工业界、学术界曾提出图2所示的基于固定电容器的解决方案。在这一方案中，在换流阀与换流变之间接入固定电容器。这一方案对换流器的无功消耗有一定的帮助，而对换相失败的改善非常有限。究其原因，主要是固定电容器是刚性的(即不可控的)。这一方案的本质是以刚克刚，即以不可控的固定电容器抵御换相失败的刚性，因而无法根本解决传统直流输电系统换向失败问题。

图2 利用固定电容器解决传统直流输电系统的换相失败(以刚克刚的实例)

可以想见，如能克服传统直流输电系统的缺点，即逆变侧交流故障引起的换相失败，换流器的大量无功消耗，无法提供快速无功与电压控制，我们就可以使这项技术更为优越。此处传统直流输电系统的刚性在于逆变侧交流故障引起的换相过程的不可控性。为了克服传统直流输电系统的刚性，伯明翰大学最近提出了柔性传统直流系统，我们在传统直流输电系统的换流阀与变压器之间引入了由电力电子完全可控的电容器(即柔性可控的电容器)，如下图3所示。其实质是在传统直流系统中引入可控(柔性)电容器，提供稳定的换相电压，从而消除交流侧故障及无功功率的刚性，即不可控性，从而使直流系统换向过程完全可控，即完全实现直流系统换向过程的柔性化。这使得柔性传统直流系统结合了传统直流系统与柔性直流输电系统的优点，而克服各自的不足。在图3中，由于柔性技术的引入，使得如传统直流输电系统能够完全消除逆变侧交流故障引起的换相失败，并能提供快速无功与电压控制。我们称这项技术为：柔性传统直流输电系统(Flexible AC Transmission Systems)。

柔性传统直流输电系统(Flexible AC Transmission Systems)具体详见文献：

Y. Xue, X.-P. Zhang, “Reactive Power and AC Voltage Control of LCC HVDC System with Controllable Capacitors,” IEEE Trans. Power Syst., vol. 32, no. 1, pp. 753-764, Jan. 2017.DOI: 10.1109/TPWRS.2016.2557342. http://ieeexplore.ieee.org/document/7465837/