柔性直流输电整体解决方案

 

客户需求

柔性直流输电是一种新型直流输电技术,采用了基于可关断电力电子器件IGBT的电压源型换流器及先进的控制策略,不仅能够实现功率的高效传输,而且能够对交流系统提供动态无功功率支持。柔性直流输电技术是当今世界电力电子技术应用领域的制高点,也是智能电网关键技术之一。与采用晶闸管的传统直流输电相比,其系统反应速度快、可控性较好、运行方式灵活;可以更大程度地减少系统短路电流,还能向无源电网供电,是预防大面积区域停电、实现远距离孤立孤立电网送电的有效途径。柔性直流输电技术是当前国际公认的风电场、光伏发电等可再生能源并网最佳技术解决方案,不仅具备优异的风电场并网性能和较强的抗干扰能力,而且还能有效改善低电压穿越能力,满足并网系统对暂态性能的要求。欧洲多个国家都已经规划和建设了大量的海上风电场,其容量都在数百兆瓦的等级,并且其中已经有部分使用了柔性直流输电进行系统接入。目前,我国风能、太阳能资源开发集中度高,且远离负荷中心,柔性直流输电技术以其显著的技术特点和优势,在我国的新能源并网领域具有广阔的应用前景。此外,柔性直流输电技术在孤岛供电和城市配网供电领域,以及构筑未来的直流输电网络方面,同样具有较大的应用潜力。

方案概述

柔性直流输电是一种以电压源换流器、可关断器件和脉宽调制技术为基础的新型直流输电技术,与传统的基于线控换流器技术的LCC-HVDC不同,VSC-HVDC可以对有功功率和无功功率进行解耦控制,实现四象限运行。在对输送的有功功率进行快速、灵活控制的同时还能够动态补偿交流母线的无功功率,稳定交流母线的电压,起到STATCOM的作用。因此,VSC-HVDC既可以向故障系统紧急支援有功功率,又可以紧急支援无功功率,从而提高了系统稳定性。

典型的两端柔性直流输电系统解决方案如下图所示,送端站和受端站均采用了VSC结构。换流站一次设备主要包括换流阀、换流变压器、桥臂电抗器等。换流阀实现交直流变换功能,其每个桥臂由多达数百个的子模块级联而成。换流变压器实现将网侧电压变换成适合换流阀最佳运行区间的电压。桥臂电抗器则是交直流系统实现功率传输的纽带,同时,还可以起到抑制故障电流和桥臂间环流的作用。换流站二次设备主要是直流控制保护系统,其是整个换流站的大脑,实现对柔性直流输电系统的运行控制和监视以及保护功能。

                                  

                                                           图  柔性直流输电系统

南瑞集团作为柔性直流输电技术的自主创新者与电力系统保护控制领域的领导厂商,凭借其电网安全稳定控制的多年经验,在柔性直流输电技术领域中,从一次设备的换流阀到二次的控制保护系统和直流测量系统,南瑞都能为您提供优质的解决方案。

技术亮点

换流阀具有如下技术亮点:

采用先进的多电平技术;

满足不同电压等级和容量的工程需求;

结构紧凑、占地面积小;

基于全局多目标优化技术,损耗低、故障穿越能力强、安全裕度高;

子模块采用模块化抽拉式设计,维护及检修非常方便;

阀塔采用标准组件式设计,厂内完成阀段组装,现场吊装成塔即可,施工简单、工期短。

高速、高集成度的阀控系统,可同时实现数百乃至上千阀模块的整体协调控制控制;可无延时平行扩展,有利于高电压等级更多模块数的应用。

PCS-9520柔性直流输电控制保护系统为嵌入式、分层分布式系统,按照面向对象的原则设计,以完全冗余配置实现高可靠性与高可用率。具有如下显著特点:

支持各种电压等级的柔直应用。

融合模块控制、阀控制和上层控制的多层联合优化控制技术,实现柔性直流输电系统的低损耗、高可靠性运行。

拥有优化的多端柔直协调控制策略和快速的多端直流线路故障定位方法,在实现多端柔性直流输电系统应用时具有很好的优势。

包含精心设计的交流故障穿越控制、风电并网控制、无源启动控制等功能,能更好的实现新能源接入、无源地区供电等应用。

基于嵌入式硬件技术的高性能分散、分布式系统,光纤现场总线,按照面向对象的原则设计,以完全冗余配置实现高可靠性与高可用率。

支持IEC-61850规约、支持多种技术换流阀接口、支持各种集控方案,开放性好。

友好的可视化编程维护一体工具软件,集编程、在线调试、远程维护为一体,运行维护方便。

直流测量系统具有突出特点主要有:

采样速率高

整体延时小(小于100us)

采样动态范围大

测量精度高(满足0.2级要求),响应速度快(阶跃响应上升时间小于125μs);

合并单元接口符合国际标准,具有良好的兼容性,便于系统集成;

具有完善的自监视功能,便于运行监视及故障维护。

方案价值

南瑞集团针对柔性直流输电系统提供了PCS-8100系列柔性直流输电成套解决方案。该系列产品包含柔性直流换流阀、柔性直流控制保护系统和直流测量系统,其中换流阀采用了多电平技术以及模块化技术,控制保护系统基于南瑞继保最先进的UAPC平台,是我国首套先进的、具有自主知识产权的柔性直流控制保护系统,整体技术水平达到国际领先。

PCS-8100柔性直流输电系统整体解决方案适用于如下应用领域:

风电、太阳能等新能源并网

孤岛、海上平台供电

城市直流输配电网

偏远地区供电

异步电网互联

多端柔性直流输电

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PCS-9250 直流电子式互感器

成功应用

上海南汇柔性直流输电示范工程,提供双端控制保护系统及直流测量系统,于2011年7月投运;

南澳三端柔性直流输电工程,提供金牛站换流阀(100MW)及直流测量系统,于2013年12月投运;

舟山五端柔性直流输电工程,提供全部五端控制保护系统、三端换流阀(400MW/300MW/100MW)及直流测量系统,于2014年7月投运。

技术咨询

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