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3.2 高压大容量柔性直流输电的关键技术研究
大功率全控电力电子器件的进步和规模化可再生能源的开发,使得柔性直流输电得到快速发展。从目前在电网的应用需求上看,未来柔性直流技术的主要发展方向应为高压大容量、多端与直流组网技术。
从柔性直流输电工程应用角度考虑,传统电网换相高压直流输电(LCC-HVDC)以其技术上和经济上的独特优势,目前在世界范围内已得到了广泛应用,并不会就此停滞发展。因此,在未来的电网中必然会形成由VSC-HVDC和LCC-HVDC构成的混合双馈入或多馈入直流输电系统的格局,深入研究分析该混合双馈入或多馈入直流输电系统的运行机理是极具工程实际价值的[32]。
多端直流输电的基本原理在20世纪 60年代中期就被提出,属于直流组网发展过程中的初级阶段,是指由3个以上换流站,通过串联、并联或混联方式连接起来的输电系统,能够实现多电源供电和多落点受电,但迄今全世界仅有 5个真正意义上的多端常规直流输电工程[33]。
由于柔性直流输电技术具有潮流翻转时不改变电压极性的特点,因此更适合于构成多端直流系统。随着可关断器件、直流电缆制造水平的不断提高,VSC-HVDC将在高压大容量电能输送方面成为多端直流输电及直流电网中最主要的输电技术[34]。
柔性直流输电系统,对于直流控制和保护的响应速度的要求比传统直流输电系统至少提高一个数量级,特别是暂时性闭锁的引入使得控制和保护的联系更加紧密[35],因而,对于高压大容量换流器的组合集成方法、具备穿越直流故障能力的新型换流器拓扑结构和换流规律以及混合换流器的耦合机理仍需进一步深入研究,对于直流输电的关键设备,如高压直流断路器、大容量 DC/DC 变压器、高压直流电缆、直流传感器、储能设备等仍需进一步开发与研制。
3.3 大功率电力电子在电力传输中的互作用机理研究
1)混合交直流送出系统中大型火电机组群的次同步振荡新问题研究
大型火电机组经固定串联补偿交流线路或高压直流输电线路送出可能存在次同步振荡问题。随着工业生产的持续发展和国民经济的稳步增长,面对能源赋存和需求的逆向分布格局,我国电力系统已进入到集中式大型机组群协调运行、超特高压、超大规模互联电网正在形成、远距离、交直流混合输电的新时代。
电网的互联以及交直流混合输电一方面由于电网耦合性的增强提高了系统的电气阻尼[36],使系统的负阻尼频率范围逐渐缩小,正阻尼区域逐渐扩大。
另一方面,由于系统规模的扩大以及功率调节设备的增多,系统的扰动也更加频繁,整个系统由于多种功率调节设备的共同作用而可能进入到弱的电气阻尼范围,系统的电气阻尼特性更加复杂。
例如,我国蒙东呼贝系统的大型火电机组群一部分通过HVDC送出,一部分通过混合串补的交流线路送出,多个电厂的多台机组的多个模态呈现出弱的电气阻尼。在这种情况下,尽管该系统不会因电气扰动激发机组轴系扭振模态的发散振荡,导致轴系断裂的巨大事故,但频繁超过发电机轴系疲劳累积阈值的次同步振荡会导致轴系的扭振累积疲劳损伤,大大降低汽轮机的服役年限[37]。
因此,在含有多电力电子装置的电力系统中,次同步振荡问题不再简单的表现为单一电厂、单一机组、单一模态的发散型次同步振荡问题,而有可能出现多电厂、多机组、多模态的区域性弱阻尼的次同步振荡问题,目前国内外对这一问题的研究较少。
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