柔性交流输电技术,由美国电力专家N.G. Hingorani于1986年提出,并定义为"除了直流输电之外所有将电力电子技术用于输电的实际应用技术"。
柔性交流输电系统的提出与发展,一方面与电力电子技术的飞跃发展有关,另一方面,也与当时美国的国情有关。在美国,由于电网转售电力的日益增加,使得输电系统中潮流分布十分不合理,加重了输变电设备与线路的负担,使输电容量的储备日益减少。
另外,由于环境保护等因素,建设新的高压输电线路的造价大大提高,并且十分困难。这样,就向电力工作者们提出了一个挑战性的课题:如何更有效地利用现有输电网络、在不降低电力系统运行可靠性的前提下,大大提高线路的输送能力。柔性交流输电系统也就应运而生了。
目前,柔性交流输电技术是美国电力科学研究院所倡导的研究方向。世界上许多国家的电力公司和电力设备制造厂家也不甘落后,正在投入巨资研究和开发柔性交流输电及其相应设备。
其主要内容是在输电系统的主要部位,采用具有单独或综合功能的电力电子装置,对输电系统的主要参数(如电压、相位差、电抗等)进行灵活快速的适时控制,以期实现输送功率合理分配,降低功率损耗和发电成本,大幅度提高系统稳定和可靠性。
可归纳为:①较大范围地控制潮流;②保证输电线输电容量接近热稳定极限;③在控制区域内可以传输更多的功率,减少发电机的热备用;④依靠限制短路和设备故障的影响防止线路串级跳闸;⑤阻尼电力系统振荡。
柔性交流输电系统的设备可分为串联补偿装置、并联补偿装置和综合控制装置。
串联补偿装置,如晶闸管控制串联电容器(TCSC)、晶闸管控制串联电抗器(TCSR),静止同步串联补偿器(SSSC)等,主要用于改变系统的有功潮流分布,提高系统的输送容量和暂态稳定性等;
并联补偿装置,如静止无功补偿器(svC),晶闸管控制制动电阻器(TCBR)、静止同步补偿器(STATCOM)等,主要用于改善系统的无功分布,进行电压调整和提高系统电压稳定性等;
综合控制装置,如统一潮流控制器(UPFC)等,综合了串、并联补偿的功能和特点,是实现电力网络控制潮流,阻尼振荡,提高系统稳定性等多种功能的得力措施。
目前已成功应用或正在开发研究的FACTS装置有十几种,如静止无功补偿器、静止调相器、超导蓄能器、固态断路器、可控串联电容补偿等。国内自主成套设计和制造的静止无功补偿器、静止调相器和可控串联电容补偿已在电网中挂网运行。
柔性交流输电技术能有效提高交流系统的安全稳定性。可以满足电力系统长距离、大功率、安全稳定输送电力的要求,柔性交流输电技术从根本上改变了交流电网过去基本上只依靠缓慢、间断以及不精确设备进行机械控制的局面,为交流输电网提供了控制快速、连续和精确的控制手段以及输送优化潮流功率的能力,保证了系统稳定性,有助于在事故发生时防止连续反应造成的大面积停电。
柔性交流输电技术的经济性很好。首先,它完全能与原输电方式协调,无机械磨损,控制信号功率小、控制灵活性高,能快速、平滑调节,可灵活、方便、迅速地改变系统潮流分布,提高系统的稳定性。其次,采用柔性交流输电技术的线路,输送能力可增大到接近导线的热极限,提高了送电线路的利用率。再次,柔性交流输电技术能够提高联络线的输电能力,减少发电机备用容量。最后,采用柔性交流输电技术,电网和设备故障的影响可以得到有效的控制,防止事故扩大,减轻系统事故的影响。
2004年,我国首套国产化可控串补工程、世界第一个固定及可控混合型串补工程--甘肃碧成220千伏可控串补装置顺利投运,我国成为世界上第4个掌握此项技术的国家。
3年后,被中国电机工程学会称为当时"世界上可控串补度最高、串补容量最大、额定提升系数最大、阀额定电压最高、运行环境最复杂、设计难度最大"的国产化超高压可控串补工程--伊(敏电厂)冯(屯)500千伏可控串补装置成功投运。
这两项工程在建设之初,就为国家节省基建投资约4亿元,减少输电走廊面积约2100多公顷,后者少砍伐大兴安岭原始森林约750公顷,有效保护了宝贵的生态资源,其环保效益难以估量。
2015年11日9时28分,国家电网重大科技示范工程、江苏南京220千伏西环网"统一潮流控制器"工程正式投运。这是我国首个自主知识产权的"统一潮流控制器"工程,标志着我国在柔性交流输电技术上已经走在了世界前列。
直流输电和交流输电有以下优缺点:一、直流电流1、优点(1)当输送相同功率时,直流线路造价低,架空线路杆塔结构较简单,线路走廊窄,同绝缘水平的电缆可以运行于较高的电压。(2)直流输电的功率和能量损耗小。...
一、线路电气参数。二、交流线路电晕。三、无线电干扰。四、可听噪声。五、线路绝缘配合设计。七、防雷保护与接地。八、导线换位。九、绝缘避雷线(如果有)、OPGW或ADSL(如果有)。除此以外,电气专业还要...
一、高压直流输电与交流输电相比有以下优点:(1) 输送相同功率时,线路造价低:交流输电架空线路通常采用3根导线,而直流只需1根(单极)或2根(双极)导线。因此,直流输电可节省大量输电材料,同时也可减少...
柔性交流输电可以提高配电网的稳定性和传输容量。分析了目前中国智能配电网存在的问题。概述了柔性交流输电技术(FACTS)在现代智能配电中的研究与应用现状,指出其可以提高电压分布稳定性、解决潮流和谐波污染等问题。最后展望了未来FACTS技术的发展方向。
日前,国家电网山东送变电工程公司在皖电东送工程18标段K47号塔位开始组立世界第一座特高压交流同塔双回钢管塔。皖电东送淮南至上海特高压交流输电示范工程,是世界首个特高压交流同塔双回输变电工程。山东送
世界电压等级最高、容量最大的500千伏统一潮流控制器工程19日在苏州建成投运,使我国在柔性交流输电技术实现了全球领先。统一潮流控制器就相当于超高压大电网的智能导航系统,可以对自由流动的电能进行精准控制,提升大电网的安全可靠性。
除了在建的项目,截至2017年9月,中国已经建成投运的就有“八交九直”17个特高压工程,初步形成了西电东送,北电南供的特高压输电网络,使中东部近9亿人用上了西部的清洁能源,节省煤炭9500万吨,相当于四川省一年的煤炭消耗量。
10月31日,发改委正式印发《关于潍坊—临沂—枣庄—菏泽—石家庄特高压交流工程项目核准的批复》。12月14日,发改委正式印发《关于张北柔性直流电网试验示范工程核准的批复》。该工程建成后,将成为世界上电压等级最高、输送容量最大的柔性直流电网工程。
我国特高压历经“十二五三横三纵一环”规划、大气污染防治“四交五直”规划以及“十三五五交八直”规划。在“四交五直”工程基础上,后续还将建设三批特高压工程,首先是加快建设“五交八直”特高压工程,其次在2018年以前开工建设“十交两直”特高压工程,加快统一同步电网建设,最后,2020年以前开工建设“十三五”规划的特高压网架加强和完善工程。
此外,目前通过自主创新,我国已掌握了超远距离、超大容量电力传输的特高压技术,并在全球展开大规模工程实践,为全球能源互联提供技术支撑。建议关注特高压板块相关标的:特变电工(600089.SH)、平高电气(600312.SH)、许继电气(000400.SZ)和思源电气(002028.SZ)等。
自上世纪80年代以来,电力传输技术的发展步伐明显加快,提高传输能力的办法不断涌现,既有直流输电技术、柔性交流输电技术、分频输电技术等高新技术,同时也有对现有高压交流输电线路的增容改造技术,如升压改造、复导增容改造、交流输电线路改为直流输电技术等。直流输电,对于提高现有传输系统的传输能力,挖掘现有设备潜力,具有十分重要的现实意义,实施起来可收到事半功倍的效果。
经济性三大特性突出节能效果
从经济方面看,直流输电有以下三个主要优点:
首先,线路造价低,节省电缆费用。直流输电只需两根导线,采用大地或海水作回路只用一根导线,能够节省大量线路投资,因此电缆费用省得多。
其次,运行电能损耗小,传输节能效果显著。直流输电导线根数少,电阻发热损耗小,没有感抗和容抗的无功损耗,且传输功率的增加使单位损耗降低,大大提高了电力传输中的节能效果。
最后,线路走廊窄,征地费省。以同级500千伏电压为例,直流线路走廊宽仅40米,对于数百千米或数千千米的输电线路来说,其节约的土地量是很可观的。
除了经济性,直流输电的技术性也可圈可点。直流输电调节速度快,运行可靠。在正常情况下能保证稳定输出,在事故情况下可实现紧急支援,因为直流输电可通过可控硅换流器快速调整功率、实现潮流翻转。此外,直流输电线路无电容充电电流,电压分布平稳,负载大小不发生电压异常不需并联电抗。
提升空间大功率电力电子器件将改善直流输电性能
直流输电最核心的技术集中于换流站设备,换流站实现了直流输电工程中直流和交流相互能量转换,除在交流场具有交流变电站相同的设备外,还有以下特有设备:换流阀、控制保护系统、换流变压器、交流滤波器和无功补偿设备、直流滤波器、平波电抗器以及直流场设备,而换流阀是换流站中的核心设备,其主要功能是进行交直流转换,从最初的汞弧阀发展到现在的电控和光控晶闸管阀。
晶闸管用于高压直流输电已有很长的历史。近10多年来,可关断的晶闸管、绝缘门极双极性三极管等大功率电子器件的开断能力不断提高,新的大功率电力电子器件的研究开发和应用,将进一步改善新一代的直流输电性能、大幅度简化设备、减少换流站的占地、降低造价。
远距离输电优势明显
发电厂发出的交流电通过换流阀变成直流电,然后通过直流输电线路送至受电端再变成交流电,注入受端交流电网。业内专家一致认为。高压直流输电具有线路输电能力强、损耗小、两侧交流系统不需同步运行、发生故障时对电网造成的损失小等优点,特别适合用于长距离点对点大功率输电。
其中,轻型直流输电系统采用可关断的晶闸管、绝缘门极双极性三极管等可关断的器件组成换流器,使中型的直流输电工程在较短输送距离也具有竞争力。
此外,可关断器件组成的换流器,还可用于向海上石油平台、海岛等孤立小系统供电,未来还可用于城市配电系统,接入燃料电池、光伏发电等分布式电源。轻型直流输电系统更有助于解决清洁能源上网稳定性问题。
高压直流输电(HVDC),是利用稳定的直流电具有无感抗,容抗也不起作用,无同步问题等优点而采用的大功率远距离直流输电。输电过程为直流。常用于海底电缆输电,非同步运行的交流系统之间的连络等方面。
自上世纪80年代以来,电力传输技术的发展步伐明显加快,提高传输能力的办法不断涌现,既有直流输电技术、柔性交流输电技术、分频输电技术等高新技术,同时也有对现有高压交流输电线路的增容改造技术,如升压改造、复导增容改造、交流输电线路改为直流输电技术等。直流输电,对于提高现有传输系统的传输能力,挖掘现有设备潜力,具有十分重要的现实意义,实施起来可收到事半功倍的效果。
高压直流输电模拟装置是高压直流输电系统的一种数学物理仿真模型。它主要用于高压直流输电系统的控制、保护特性及整个系统性能的实时模拟研究 。