柔性直流输电技术在风力发电系统中的应用

发表时间：2018-12-26T14:19:11.963Z 来源：《河南电力》2018年13期 作者： 王利生 宋文英

[导读] 我国在国家规划中，将大力发展与建设自然能源的风力发电技术，希望能够克服在风能发电过程中存在的并网及电力运输方面的难题，需要将目前风能发电的结构做出相应的规划，确保能够维持目前风能发电产业的发展态势。（国网冀北电力有限公司检修分公司 北京 102488）

摘要：我国在国家规划中，将大力发展与建设自然能源的风力发电技术，希望能够克服在风能发电过程中存在的并网及电力运输方面的难题，需要将目前风能发电的结构做出相应的规划，确保能够维持目前风能发电产业的发展态势。在未来五年里让中国风能发电年装机增长数量达到十五至二十吉瓦总量。同时大力开发海上的风能，为环境的清洁做出贡献，维持生态更好发展。 关键词：环境保护；风力发电技术；柔性直流输电技术

一、柔性直流输电技术原理以及优势特点 1.1柔性直流输电技术原理

20世纪最早出现柔性直流输电技术概念，我国在2006年将该种技术进行命名。其中手端和送端的交流站主要是利用全控制的电子设备。

电压源性换流器与交流系统之间具有关联性，可以按照以下公式计算交换无功功率和有功功率：

式当，P表示有功功率；Q表示无功功率；Us表示交流母线的电压基波分量；Uc表示交流站的输出电压基波分量；Xc表示交流电抗器的电抗值。

从上式可以看出，移相角数值的大小可以决定有功功率的大小，如果移相角＞0时，有功功率也＞0，反之则小于，换流器会持续接收有功功率。按照其工作原理可以看出，为了控制无功功率，并且对其方向和大小进行调整时，首先需

要调整交流母线的电压基波分量和交流站的输出电压基波分量，当交流母线的电压基波分量和交流站的输出电压基波分量大于0时，其无功功率也会大于0，这样换流站就能够吸收无功功率。 1.2柔性直流输电技术的优势特点

该项技术是当前比较先进的电力电子技术，主要是在可关断电力电子器件基础上形成电压源换流器，最后形成新型直流输电技术，其能够有效控制无功功率和有功功率，能够为交流系统提供电压奠定基础，具有较大的控制调整空间，便于操作。柔性直流换流站不需要提升换相电压，其能够在无缘换流方式下提供无源系统供电功能以及弱系统供电功能等。此外，该项技术不需要安装无功补偿以及滤波装置，在等同容量之下，与一般换流站占地面积小。该项技术改造和升级了传统直流输电技术。柔性直流输电技术能够独立控制和解耦无功功率和有功功率，还能够为无源网络提供供电。在其产生故障之后能够在较短时间内恢复正常。在能量传输期间能够灵活控制相连交流系统电压。

二、风能发电的理论基础与较远距离的大功率运输

在规定频率下同步发电设备及不同步发电设备中，如果风的速度产生改变时，那么风力发电设备还会以原有的速度运行，来保障其提供的电力规律性。与此同时，其叶尖的速度会相对变慢，所以在该种状况下一些风能发电设备未能拥有姣好的风力转变能力。变速恒定频率的风能发电设备运用新的风能转电科技，其能够将风电机设备中最好的叶尖速度情况中的风速进行监控，来保障更好的运用风能。变速恒定频率的方式与恒速恒定频率的方式相比，拥有更好的利用率，可能很好的提高阵风的利用率同时可以较好的增加功率系数等不同结构的优势。就现在科学技术而言有两种科学手段来提供变速恒定频率，为交流的励磁双向反馈型的风能发电方法与永磁性的直驱风能发电方法。

永磁性的直驱风能发电体系内的风能设备与同步风能发电设备二者之间运用相接藕合的结构联系起来，此种形式可以有效控制剩余风能发电设备体系中的存在问题较多与保护难度较大的加速齿轮元件，使发电体系的设备构造简单化。我们知道永磁性直驱发电设备的构造为：风能设备同永磁性发电设备相互结合，其提供出的存在波动性的三相的交流电能，需要最先通过整流元件成为稳定性是电能，接着通过逆变元件成为频率一定三相的交流电能，最终通过升压元件与电力系统结合并网。伴随着全新型的风能发电电场的建成，设备装机容量不断增长，长距离与较大功率的运输将为其提供技术保障。

不过我国已有的直流输电网络中的换流场所运用部分监控元件来提供有源的电力逆变，所以其的供电能力受到限制，比如就能选择向有源的负荷进行电力保障。当电力系统的电压值达不到要求时该类换电流行为存在换相不成功的情况，降低运输电能的稳定性。 三、柔性直流输电的风电中的实际应用

柔性直流输电技术（VSC-HVDC）能够在瞬间完成无功功率与有功功率的解耦，使系统正常工作的可靠性得以大幅度提高。以电压源换流器为基础的直流输电技术较以往的晶闸管换流器的高压直流输电技术具有以下优势：首先就大型风电场而言它拥有一定的黑启动功能，从而可以使其低电压穿越能力得到相应地增加。其次它可以实现对无源网络负荷中心，如向孤岛和海上钻井平台供电。再次在电力系统进行容量扩大以及与其它系统相连接时，应用柔性直流输电则可隔离开交流系统中存在的故障电流，使之不能够进入原有的输电系统，因此不会对其短路容量造成压力，无需重新整定。在此同时柔性直流输电能够为交流侧系统提供无功补偿，使供电电能质量得到相应地改善，从而很好地实现远距离的风电场并网。

目前我国某风力发电场的额定电压为±30kV，输送容量为20MW的柔性直流输电示范项目已经成功投运。此项目的建成和正常投运为后期风力发电场的并网进行了很好的借鉴，将很好地解决智能化下电网接纳大范围间歇式电源的问题，并且对接下来如何解决目前正在大力推广的海上风力发电电力输送等问题都提供了很好地引导；以新型换流器-电压源换流器（VSC）为基础的全新直流输电技术在以上实际工程中的成功应用充分说明了此项技术在远距离输出电流方面所具有的优点，现在日益增多的国家和地区将目光投入到此项技术。目前柔性直流输电技术在国内外的多个项目领域中逐渐获得应用。 四、结束语

综上所述，科技的发展推动着电力生产的发展，柔性直流输电技术能够有效促进废弃物发电技术，生物科技发电技术以及风能发电技术等。该项输电技术的基础为电压源换流器，在对柔性直流输电技术进行全面分析之后，在实际应用期间需要全面了解该项技术的原理以及优势特点，并且需要了解风能发电的基本原理以及长距离大功率运输，这样才能从根本上提升柔性直流输电技术对风力发电系统的作用。

参考文献：

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[3]杨晓东，黄伟琼，吴威，等.柔性直流输电技术在福建沿海孤岛供电中的应用研究[J].电力与电工，2012，32（1）：10~12. [4]吴寒，王维庆，王海云，等.基于柔性直流输电技术的风电场暂态稳定性[J].中国电力，2014，47（12）：99~104. 作者简介：

王利生，本科学历，主要研究方向：柔性直流输电技术的研究及应用，单位：国网冀北电力有限公司检修分公司。 宋文英，本科学历，主要研究方向：柔性直流输电技术的研究及应用，单位：国网冀北电力有限公司检修分公司。