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现代HVDC输电技术的并网设计与应用

时间:2023-06-23 理论教育 版权反馈
【摘要】:图8-2 电缆Ⅱ模型和长度限制8.1.3.2 直流输送传统形式的高压直流输送,电缆两端的基站为应用晶闸管的相控逆变器。现已进行了现代并网设计的研究。图8-4所示为额定功率为100MW风场的交流和直流并网示例[Rei05]。表8-1 交流并网与直流并网基本对比表8-2列出了现代HVDC输电与普遍了解的经典方式的对比,可见应用较先进的有源前端电压源逆变器的HVDC输电形式更为合适。

现代HVDC输电技术的并网设计与应用

近海风场和岸上电站的并网技术选择非常重要,目前可供方案有高压交流输送并网和高压直流输送并网。给定额定功率,系统的选择还需考虑风场与岸边之间的距离、水深和地面特性以进行成本、功率输送损耗和电缆温升估算,风场与岸边之间的距离决定了海底电缆的长度。更进一步的考虑因素将在后面进行讨论。

8.1.3.1 交流输送

对于高压交流输送,需确定输送电压的大小。交流输电的问题来自于电缆的电容阻抗,电流中的无功电流部分会引起损耗。空闲时,电流(主要是电容)大小等于电缆允许电流,在没有有源电力传输情况下,可以确定电缆长度极限,同时接收端电压会显著增加。

图8-2所示为电缆计算示例模型,横坐标为归一化电缆长度,曲线分别为用额定电流Ir归一化的空载电流Inl(本质上为电容电流)和许用有效电流Iact。电缆极限长度一般为90~120km。实际应用中会引入感应补偿设备。

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图8-2 电缆Ⅱ模型和长度限制

8.1.3.2 直流输送

传统形式的高压直流输送,电缆两端的基站为应用晶闸管的相控逆变器。50年前首次建设这种输电形式,连接了哥特兰岛和瑞典大陆,至今不断积累了实际应用经验。现在的高压直流输电(HVDC)为使用IGBT(绝缘栅双极型晶体管)的脉宽调制(PWM)控制逆变器。除了其他优点,这种方案需要空间小并且允许调节功率因数

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图8-3 高压交流输送(HVAC)和高压直流输送(HVDC)成本比较

比较直流输送与交流输送,交流输送的终端成本低,但直流输送单位电缆长度的造价低。因此对于较短的距离,交流并网具有优势,但当距离大于一定值时直流安装更为合适。图8-3给出了投入成本随距离变化的主曲线,粗略估计当距离为100~130km时两种方式成本相同,这也是直流输送效率优于交流输送的临界距离。

现已进行了现代并网设计的研究。图8-4所示为额定功率为100MW风场的交流和直流并网示例[Rei05]。近海电网为33kV交流电,星形结构;海底电缆分别为150kV交流或150kV直流运行,陆地上交流端假设为150kV[Bres07]。海底电缆连接可为单根或两根平行。额定电压300kV的新型输电线缆也正在规划中。(www.xing528.com)

就目前的技术而言,电缆导体材料为铜,VPE(交联聚乙烯)绝缘,铅壳和钢丝保护层。未来科技的发展趋势为超导材料和气体绝缘电缆。

8.1.3.3 对比

表8-1列出了交流并网与直流并网的投入及损耗差异。

表8-1 交流并网与直流并网基本对比

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表8-2列出了现代HVDC输电与普遍了解的经典方式的对比,可见应用较先进的有源前端电压源逆变器的HVDC输电形式更为合适。

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图8-4 100MW风场电气连接构想图

a)交流连接 b)直流连接

表8-2 与经典方式比较的HVDC输电设计特征

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