電網(wǎng)動(dòng)態(tài)分區(qū)技術(shù)在多直流饋入問(wèn)題中的應(yīng)用

電網(wǎng)動(dòng)態(tài)分區(qū)技術(shù)在多直流饋入問(wèn)題中的應(yīng)用

中國(guó)計(jì)劃建設(shè)13個(gè)大型節(jié)水基地，主要位于西南部、西藏和黃河上游，發(fā)電線路總?cè)萘繛?15gw。規(guī)劃中的電動(dòng)汽車線路約有10個(gè)。扣除當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)后，可達(dá)200gw以上的再通道規(guī)模。除此之外,我國(guó)周邊國(guó)家,如緬甸、俄羅斯、蒙古、哈薩克斯坦等國(guó)擁有豐富的水能或煤炭資源,未來(lái)有可能向我國(guó)送電。因此,遠(yuǎn)距離大容量輸電在我國(guó)具有廣闊的應(yīng)用前景。而采用傳統(tǒng)直流輸電技術(shù)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離大容量輸電的根本性制約因素是受端電網(wǎng)的多直流饋入問(wèn)題。本文要討論的正是消解這些問(wèn)題的兩種新技術(shù)。1特高壓交流輸電系統(tǒng)的特性交流輸電能力與輸電距離之間的關(guān)系被稱為St.Clair曲線,是St.Clair在總結(jié)Clark和Crary的研究工作的基礎(chǔ)上于1953年提出的一組經(jīng)驗(yàn)曲線,這組曲線描述了輸電能力(線路額定輸送功率與線路自然功率之比值)與輸送距離之間的關(guān)系。后來(lái)由愛(ài)迪生電氣研究所(EEI)和美國(guó)電力研究院(EPRI)編寫(xiě)的超、特高壓輸電線路設(shè)計(jì)手冊(cè)皆引用了該曲線。文獻(xiàn)用解析方法證明了St.Clair曲線的正確性。針對(duì)50Hz交流系統(tǒng),文獻(xiàn)計(jì)算得到的St.Clair曲線如圖1所示,其中縱坐標(biāo)p是輸送能力,表示為線路額定輸送功率與線路自然功率(自然功率也稱為波阻抗功率)之比值;scr為送端系統(tǒng)或受端系統(tǒng)的短路比,定義為線路接入點(diǎn)的三相短路容量與線路自然功率之比,這里假定了送端系統(tǒng)和受端系統(tǒng)的短路比相等。根據(jù)圖1所示的St.Clair曲線,可以得出如下幾點(diǎn)結(jié)論:1)當(dāng)輸送距離給定時(shí),輸送能力決定于兩端系統(tǒng)的電氣強(qiáng)度即短路比。兩端系統(tǒng)越強(qiáng),則輸送能力越強(qiáng)。這在線路較短時(shí)非常明顯,而隨著輸送距離的增長(zhǎng),差別逐漸變小。2)若scr小于5,則輸送距離達(dá)到500km時(shí),輸送能力已下降到小于線路的自然功率。對(duì)于很強(qiáng)的交流系統(tǒng),例如兩端系統(tǒng)的scr都等于40,當(dāng)輸送距離大于800km以后,輸送能力也下降到小于線路的自然功率。而對(duì)于一般性的系統(tǒng)強(qiáng)度,如scr等于10,當(dāng)輸送距離大于700km以后,輸送能力就下降到小于線路的自然功率。3)當(dāng)線路輸送能力定義為輸送功率與線路自然功率的比值時(shí),其輸送能力并不隨電壓等級(jí)而變化,即并不是電壓等級(jí)越高,輸送能力就越強(qiáng)。通常認(rèn)為電壓等級(jí)越高輸送距離越遠(yuǎn),是指線路輸送功率的絕對(duì)值,并不是其輸送能力。因?yàn)殡妷旱燃?jí)越高,其自然功率就越大,對(duì)應(yīng)同樣的輸送能力,其輸送功率的絕對(duì)值就大些。因此,根據(jù)上述的St.Clair曲線,當(dāng)輸電距離超過(guò)700km后,不加串聯(lián)補(bǔ)償?shù)慕涣鬏旊娨巡豢赡苓_(dá)到其自然功率,因此即使對(duì)于1000kV的特高壓交流輸電,當(dāng)輸電距離超出700km后,單回不加串補(bǔ)的特高壓交流輸電線路的輸送容量不可能超過(guò)其自然功率約4500MW。即使1000kV特高壓交流輸電線路全線安裝串聯(lián)電容補(bǔ)償,按最高串聯(lián)補(bǔ)償度40%計(jì)算,當(dāng)輸電距離超過(guò)1200km后,輸送容量也不可能超過(guò)其自然功率約4500MW。實(shí)際上,交流輸電線路很難勝任真正意義上的遠(yuǎn)距離大容量輸電任務(wù),任何電壓等級(jí)的交流輸電的經(jīng)濟(jì)合理輸送距離都在1000km以內(nèi)。對(duì)于我國(guó)在“十二五”及其后的遠(yuǎn)距離大容量輸電,其輸電距離在1000km以上,有的甚至超過(guò)2500km,發(fā)展特高壓直流輸電是其必然的選擇。而采用傳統(tǒng)直流輸電技術(shù)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離大容量輸電的根本性制約因素是受端電網(wǎng)的多直流饋入問(wèn)題。所謂多直流饋入就是在受端電網(wǎng)的一個(gè)區(qū)域中集中落點(diǎn)多回直流線路,這是采用直流輸電向負(fù)荷中心區(qū)送電的必然結(jié)果,在我國(guó)具有一定的普遍性。例如,到2030年在廣東電網(wǎng)的珠江三角洲200kmuf0b4200km的面積內(nèi),按照需求可能要落點(diǎn)13回直流線路,這種情況構(gòu)成了世界上最典型的多直流饋入問(wèn)題。2直流輸電系統(tǒng)換相失敗的一般過(guò)程理論分析和工程經(jīng)驗(yàn)都表明,多直流饋入問(wèn)題主要反映在兩個(gè)方面,并且對(duì)于交直流并列輸電系統(tǒng)問(wèn)題尤其突出。1)換相失敗引起輸送功率中斷威脅系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性。當(dāng)交流系統(tǒng)發(fā)生短路故障時(shí),電壓瞬間跌落可能會(huì)引起多個(gè)換流站同時(shí)發(fā)生換相失敗,導(dǎo)致多回直流線路輸送功率中斷,引起整個(gè)系統(tǒng)的潮流大范圍轉(zhuǎn)移和重新分布,影響故障切除后受端系統(tǒng)的電壓恢復(fù),從而影響故障切除后直流功率的快速恢復(fù),由此造成的沖擊可能會(huì)威脅到交流系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性。2)當(dāng)任何一回大容量直流輸電線路發(fā)生雙極閉鎖等嚴(yán)重故障時(shí),直流功率會(huì)轉(zhuǎn)移到與其并列的交流輸電線路上,造成并列交流線路的嚴(yán)重過(guò)負(fù)荷和低電壓,極有可能引起交流系統(tǒng)暫態(tài)失穩(wěn)。換相失敗的機(jī)理已非常明確。實(shí)際直流輸電工程采用的晶閘管元件在電流過(guò)零后恢復(fù)正向阻斷能力所需時(shí)間約為400μs,即晶閘管關(guān)斷后仍然處于反向電壓作用下的時(shí)間至少得維持400μs,對(duì)應(yīng)于50Hz下的電角度為7.2°。當(dāng)關(guān)斷角uf067小于uf067min=7.2°時(shí),直流輸電系統(tǒng)便會(huì)發(fā)生換相失敗。工程上,習(xí)慣采用換相失敗臨界電壓Ucritical近似描述換相失敗發(fā)生的條件。由于換相失敗是由換流站交流母線電壓的瞬間跌落造成的,非瞬間跌落式電壓下降不會(huì)引起換相失敗。根據(jù)直流輸電系統(tǒng)準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型,可以近似推導(dǎo)得到Ucritical的解析式為式中:Id0和I′d0分別為直流電流的初始運(yùn)行值和故障后的值;γmin和γ0分別為逆變器的臨界關(guān)斷角和初始運(yùn)行值;U0為交流母線初始運(yùn)行電壓;uk為換流變壓器的短路阻抗。近似假設(shè)故障瞬間直流電流上升至初始值的1.1倍,圖2給出了在實(shí)際直流輸電系統(tǒng)工程參數(shù)下,Ucritical隨g0的變化情況。設(shè)對(duì)應(yīng)±500kV直流線路,uk(28)16.5%;對(duì)應(yīng)±800kV直流線路,uk(28)18.0%。通常γ0為18°。從圖中可以看出:在實(shí)際直流輸電系統(tǒng)工程中,Ucritical一般約為90%的穩(wěn)態(tài)電壓運(yùn)行值。3基于故障限流器的故障動(dòng)態(tài)分區(qū)電網(wǎng)動(dòng)態(tài)分區(qū)技術(shù)的基本概念是系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)電網(wǎng)是不分區(qū)的,而一旦系統(tǒng)發(fā)生故障,電網(wǎng)就會(huì)自動(dòng)分成幾個(gè)區(qū),各區(qū)之間理想條件下可以認(rèn)為是開(kāi)斷的。顯然,采用電網(wǎng)動(dòng)態(tài)分區(qū)技術(shù)后對(duì)電網(wǎng)的正常運(yùn)行沒(méi)有任何影響,但在電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)可以有效隔離故障。對(duì)于多直流饋入的受端電網(wǎng),采用電網(wǎng)動(dòng)態(tài)分區(qū)技術(shù)后,故障時(shí)受影響的直流線路可以大大減少,從而可以有效解決由多直流饋入引起的第一個(gè)問(wèn)題。實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)分區(qū)的手段目前可用的技術(shù)是采用高阻抗的故障限流器。故障限流器的基本原理如圖3所示。其中,t1和t2分別為故障開(kāi)始和被清除時(shí)刻,Δt1和Δt2分別為故障限流器啟動(dòng)和退出的延時(shí)時(shí)間。由圖3可知穩(wěn)態(tài)時(shí)故障限流器的等值阻抗X為0,對(duì)系統(tǒng)的潮流分布和電壓水平?jīng)]有影響;當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生短路故障且短路電流超過(guò)設(shè)定閾值時(shí),在經(jīng)過(guò)很短的延時(shí)時(shí)間Δt1后,X將上升至其額定阻抗值XF以限制短路電流;當(dāng)故障被清除并經(jīng)過(guò)一定的延時(shí)時(shí)間Δt2后,X將恢復(fù)至0。例如,對(duì)于中國(guó)南方電網(wǎng)2030年的某個(gè)網(wǎng)架方案,此時(shí)廣東電網(wǎng)與南方電網(wǎng)其余省網(wǎng)之間為異步互聯(lián),為了解決廣東電網(wǎng)內(nèi)部的多直流饋入問(wèn)題,以珠江口為界在廣東西部電網(wǎng)和東部電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)的汾水—九佛、木棉—增城500kV雙回線上安裝60?的故障限流器,將廣東電網(wǎng)動(dòng)態(tài)分區(qū)為西部電網(wǎng)和東部電網(wǎng),形成一個(gè)基于故障限流器的電網(wǎng)動(dòng)態(tài)分區(qū)方案。圖4給出了電網(wǎng)動(dòng)態(tài)分區(qū)前后東莞—惠州線路“N-2”故障時(shí)系統(tǒng)暫態(tài)響應(yīng)情況對(duì)比,這里僅以其中的緬甸直流線路為例進(jìn)行說(shuō)明。從圖4中可以看出:電網(wǎng)動(dòng)態(tài)分區(qū)后,在故障切除后瞬間,緬甸直流線路的直流逆變站電壓能恢復(fù)到0.9p.u.,明顯高于動(dòng)態(tài)分區(qū)前的0.55p.u.。由于直流逆變站電壓的順利恢復(fù),位于西部電網(wǎng)的各回直流線路的功率恢復(fù)速度加快,故障后整個(gè)系統(tǒng)因而可以保持穩(wěn)定。4高性能柔性線性輸電工具對(duì)于多直流饋入引起的前述兩方面問(wèn)題,采用柔性直流輸電技術(shù)完全可以解決。4.1柔性直流輸電線路的優(yōu)點(diǎn)在交流系統(tǒng)故障時(shí),只要換流站交流母線電壓不為零,柔性直流輸電系統(tǒng)的輸送功率就不會(huì)中斷。因而在多直流饋入情況下,即使交流系統(tǒng)發(fā)生故障,多回柔性直流輸電線路也不會(huì)中斷輸送功率,一定程度上避免了潮流的大范圍轉(zhuǎn)移,因此對(duì)交流系統(tǒng)的沖擊比傳統(tǒng)直流輸電線路要小得多。這樣,多直流饋入引起的第一個(gè)問(wèn)題實(shí)際上已不復(fù)存在,因?yàn)闆](méi)有換相失敗問(wèn)題,當(dāng)然更不存在多個(gè)換流站同時(shí)發(fā)生換相失敗的問(wèn)題。另外,柔性直流輸電線路在故障下的響應(yīng)特性比交流線路更好,即在故障時(shí)只要還存在電壓,就能輸送功率,而在故障切除電壓得到恢復(fù)的情況下輸送功率就立即恢復(fù)到正常水平,且柔性直流輸電系統(tǒng)可以幫助交流系統(tǒng)恢復(fù)電壓,這是交流線路所做不到的。柔性直流輸電線路相比于交流線路的優(yōu)點(diǎn)主要是兩點(diǎn):(1)具有電壓支撐能力;(2)不增加短路電流水平。因此,采用柔性直流輸電技術(shù),受端電網(wǎng)中接受直流輸電饋入的落點(diǎn)個(gè)數(shù)已不受限制,正像交流輸電線路接入電網(wǎng)時(shí)其落點(diǎn)個(gè)數(shù)原理上不受限制一樣(但實(shí)際上交流線路落點(diǎn)的個(gè)數(shù)還是要受到短路電流超限的限制)。4.2直流立法技術(shù)在交流電網(wǎng)穩(wěn)步互聯(lián)的應(yīng)用對(duì)于多直流饋入引起的第二個(gè)問(wèn)題,其關(guān)鍵是要避免大容量直流線路故障后潮流轉(zhuǎn)移到與其并列的交流線路上,并最終導(dǎo)致系統(tǒng)瓦解;其本質(zhì)是避免出現(xiàn)交直流并列輸電系統(tǒng)。對(duì)于大容量直流線路所饋入的受端交流系統(tǒng),通常裝機(jī)容量已超過(guò)100GW,若一回直流線路雙極閉鎖損失功率5GW,僅占系統(tǒng)總裝機(jī)容量的5%以下,對(duì)受端系統(tǒng)頻率不會(huì)造成大的影響。但如果潮流轉(zhuǎn)移到與其并列的交流線路上,很有可能超出交流線路的暫態(tài)穩(wěn)定極限,導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)失穩(wěn)。因此,解決多直流饋入引起的第二個(gè)問(wèn)題,需要在電網(wǎng)結(jié)構(gòu)上進(jìn)行考慮,最有效的做法是保持送端電網(wǎng)與受端電網(wǎng)為非同步電網(wǎng)。即送端電網(wǎng)與受端電網(wǎng)之間只有直流線路聯(lián)接,而沒(méi)有交流線路聯(lián)接。這種直流異步聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)近年來(lái)越來(lái)越受到國(guó)際電力工程界的推崇。美國(guó)著名電網(wǎng)規(guī)劃專家、美國(guó)東北電力協(xié)調(diào)委員會(huì)(NPCC)前執(zhí)行總裁GeorgeC.Loehr認(rèn)為,系統(tǒng)堅(jiān)強(qiáng)與高可靠性之間沒(méi)有必然的聯(lián)系,保證電網(wǎng)安全的根本性因素是電網(wǎng)結(jié)構(gòu)。因此他在“8·14”美加大停電后的訪談中,倡導(dǎo)將橫跨北美洲的兩大巨型同步電網(wǎng)拆分成若干個(gè)小型同步電網(wǎng),而這些小型同步電網(wǎng)之間采用直流輸電進(jìn)行互聯(lián)。近年來(lái)這種采用直流異步互聯(lián)的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)已越來(lái)越受到國(guó)際電力工程界的推崇,其中ABB公司將這種用于交流電網(wǎng)異步互聯(lián)的直流輸電系統(tǒng)形象地稱為防火墻(firewall),用于隔離交流系統(tǒng)之間故障的傳遞。而新近出現(xiàn)的柔性直流輸電(VSC-HVDC)技術(shù)在實(shí)現(xiàn)交流電網(wǎng)異步互聯(lián)方面具有更大的優(yōu)勢(shì),美國(guó)電力研究院(EPRI)在其主導(dǎo)的研究中,將柔性直流輸電系統(tǒng)稱作電網(wǎng)沖擊吸收器(gridshockabsorber),并倡導(dǎo)將其嵌入到北美東部大電網(wǎng)中,從而將北美東部大電網(wǎng)分割成若干個(gè)相互之間異步互聯(lián)的小型同步電網(wǎng),仿真結(jié)果表明采用這種小型同步電網(wǎng)異步互聯(lián)結(jié)構(gòu),可以有效預(yù)防大面積停電事故的發(fā)生。直流異步聯(lián)網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)在:1)避免連鎖故障導(dǎo)致大面積停電。近年來(lái)世界上的幾次大停電事故都表明,對(duì)于大規(guī)模的同步電網(wǎng),相對(duì)較小的故障可以引發(fā)大面積停電事故。例如,當(dāng)一條交流線路由于過(guò)載而被切除后,轉(zhuǎn)移的潮流可能導(dǎo)致鄰近線路發(fā)生過(guò)載并相繼切除,由于潮流轉(zhuǎn)移很難控制,故障可以從一個(gè)區(qū)域迅速傳遞到另一個(gè)區(qū)域,最終導(dǎo)致系統(tǒng)瓦解。而采用直流異步聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu),就在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上將送端電網(wǎng)的故障限制在送端電網(wǎng)內(nèi),受端電網(wǎng)的故障限制在受端電網(wǎng)內(nèi),從而消除了潮流的大范圍轉(zhuǎn)移,避免了交流線路因過(guò)載而相繼跳閘,因而是預(yù)防大面積停電事故發(fā)生的最有效措施。2)根除低頻振蕩。對(duì)于大規(guī)模的同步電網(wǎng),極有可能發(fā)生聯(lián)絡(luò)線功率低頻振蕩問(wèn)題,根據(jù)國(guó)內(nèi)外大電網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn),當(dāng)兩個(gè)大容量電網(wǎng)同步互聯(lián)后,發(fā)生低頻振蕩的可能性很大,而且在這種情況下,一旦發(fā)生低頻振蕩,解決起來(lái)就比較困難,并不是所有機(jī)組配置PSS就能解決問(wèn)題。而采用直流異步聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu),就從網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上徹底根除了產(chǎn)生低頻振蕩的可能性。3)不會(huì)對(duì)被聯(lián)交流系統(tǒng)的短路電流水平產(chǎn)生影響,因?yàn)橹绷鲹Q流站不會(huì)像發(fā)電機(jī)那樣為短路點(diǎn)提供故障電流。5模塊化二極型晶體閥技術(shù)柔性直流輸電技術(shù)從1997年3MW的第一個(gè)試驗(yàn)工程到現(xiàn)在剛好15年,其技術(shù)發(fā)展宏觀上看可以分為兩個(gè)階段。第一階段是2010年之前,所有工程全部是ABB公司承建的,采用的換流器拓?fù)涫莾呻娖交蛉娖诫妷涸磽Q流器,這種換流器需要采用由大量絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)直接串聯(lián)構(gòu)成的閥,技術(shù)難度很大,世界上掌握此項(xiàng)技術(shù)的公司很少。第二階段是在西門(mén)子公司提出模塊化多電平換流器拓?fù)?即MMC拓?fù)?以后,西門(mén)子公司在2010年投運(yùn)了基于MMC技術(shù)的TransBayCable工程,證明了MMC技術(shù)的實(shí)用性。MMC技術(shù)不需要IGBT直接串聯(lián),從而大大降低了制造商進(jìn)入柔性直流輸電領(lǐng)域的技術(shù)門(mén)檻。柔性直流輸電應(yīng)用于遠(yuǎn)距離大容量輸電需要解決兩個(gè)問(wèn)題:一是大容量問(wèn)題;二是直流側(cè)短路故障的自清理問(wèn)題。5.1兩電平或三電平柔性直流輸電系統(tǒng)用接地方式比換流站的正常運(yùn)行目前,已應(yīng)用的柔性直流輸電接地方式如圖5所示。圖5(a)采用換流變中心點(diǎn)直接接地方式,該方式需要換流變壓器采用△/Y0或Y/Y0聯(lián)結(jié)型式,附加設(shè)備較少結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,上海南匯示范工程即采用該接地方式,但該工程連于35kV交流電網(wǎng)。圖5(b)所示的星形電抗經(jīng)小電阻接地方式,是西門(mén)子公司在美國(guó)的TransBayCable工程中所采用的接地方式。由于星形電抗要消耗大量無(wú)功,電抗值取得過(guò)小時(shí)則消耗無(wú)功過(guò)多,電抗值取得過(guò)大時(shí)則制造裝配困難,這種主接線方式對(duì)換流站的正常運(yùn)行范圍有影響。圖5(c)是兩電平或三電平柔性直流輸電系統(tǒng)常用的接地方式,利用直流側(cè)分裂電容引出接地支路,其電容同時(shí)起到支撐直流電壓的作用。ABB公司在已承建的大多數(shù)柔性直流輸電工程中均采用這種接地方式。圖5(a)—(c)的接地方式的特點(diǎn)是單換流器構(gòu)成對(duì)稱雙極結(jié)構(gòu),但這不是傳統(tǒng)直流輸電意義上的雙極系統(tǒng),因?yàn)橛梢粋€(gè)換流器構(gòu)成了雙極,一旦該換流器故障時(shí)會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)停運(yùn),因此,我們將這種結(jié)構(gòu)稱為偽雙極結(jié)構(gòu)。圖5(d)給出了與傳統(tǒng)直流輸電工程完全相同的接地方式,直流側(cè)采用專門(mén)的接地極,并從雙極結(jié)構(gòu)中性母線引出。這樣,正極和負(fù)極相對(duì)獨(dú)立,一極故障不會(huì)影響另一極的工作。對(duì)于遠(yuǎn)距離大容量的柔性直流輸電系統(tǒng),需要采用這種真正的雙極結(jié)構(gòu),以提高運(yùn)行方式的靈活性和系統(tǒng)的可靠性,同時(shí)易于系統(tǒng)分期建設(shè)和增容擴(kuò)建。ABB公司在非洲承建的CapriviLink工程即采用這種接地方式。但這種主接線方式接地極占地面積較大,并且換流變壓器需要采用能夠承受直流偏置電壓的變壓器。5.2接觸式換流器盡管對(duì)于模塊化多電平換流器,理論上可以實(shí)現(xiàn)子模塊無(wú)限級(jí)聯(lián),但單個(gè)換流器的容量必然受制于換流變壓器的容量,因而難以達(dá)到較大的規(guī)?！，F(xiàn)有技術(shù)中采用一個(gè)MMC單元構(gòu)成的偽雙極系統(tǒng),不可能實(shí)現(xiàn)類似于傳統(tǒng)直流輸電功率水平的大容量功率輸送。因此,為了解決柔性直流輸電的大容量問(wèn)題,必須采用與傳統(tǒng)直流輸電相同的換流器單元串并聯(lián)組合技術(shù),即采用組合式換流器,并采用與傳統(tǒng)雙極結(jié)構(gòu)完全相同的接地方式。圖6給出了組合式換流器的通用結(jié)構(gòu)。該組合式換流器由n×k個(gè)MMC(或VSC)基本單元串并聯(lián)構(gòu)成。其中,每個(gè)基本單元通過(guò)換流變壓器連接于三相交流電網(wǎng)。假設(shè)MMC基本單元的額定參數(shù)為直流電壓500kV、直流電流1.5kA。那么如果取n(28)1、k(28)2的話,所構(gòu)成的組合式換流器就包含有2個(gè)基本單元,采用6個(gè)單相雙繞組變壓器。而該組合式換流器的額定直流電壓就是500kV,額定電流就是3kA,額定直流功率就是1500MW。以這樣的換流器構(gòu)成一個(gè)類似于傳統(tǒng)直流輸電的雙極系統(tǒng),那么該柔性直流輸電系統(tǒng)的輸送容量就可以達(dá)到3000MW。正在規(guī)劃中的加拿大NelsonRiver第3個(gè)雙極直流工程(Bipole3),計(jì)劃容量為2300±200MW,準(zhǔn)備采用±500kV直流電壓等級(jí)的柔性直流輸電系統(tǒng),每極換流器采用2個(gè)換流器單元并聯(lián)結(jié)構(gòu)如圖7所示。對(duì)于組合式換流器,需要解決的問(wèn)題是并聯(lián)組合時(shí)的均流問(wèn)題和串聯(lián)組合時(shí)的均壓?jiǎn)栴}。我們的研究表明,MMC換流器在進(jìn)行串并聯(lián)組合時(shí)具有天然的均壓和均流特性,并不需要采取額外的均壓和均流措施。目前MMC或VSC基本單元的功率水平已經(jīng)達(dá)到了換流變壓器的最大容量范圍,對(duì)于采用單個(gè)換流器及偽雙極結(jié)構(gòu)的海上風(fēng)電場(chǎng)接入電網(wǎng)工程,單個(gè)換流器的最大容量如表1所示。5.3混合式直流輸電系統(tǒng)對(duì)于采用架空線路的遠(yuǎn)距離大容量柔性直流輸電系統(tǒng),具備直流側(cè)故障自清除能力是一個(gè)基本的要求,因?yàn)殚L(zhǎng)距離架空線路發(fā)生閃絡(luò)故障是一種常見(jiàn)現(xiàn)象。世界上第一個(gè)長(zhǎng)距離架空線路柔性直流輸電系統(tǒng)是CapriviLink工程,該工程由ABB公司承建,線路長(zhǎng)度950km,2010年10月負(fù)極已投入運(yùn)行,電壓等級(jí)-350kV,額定功率300MW。該工程的完整規(guī)劃是一個(gè)雙極系統(tǒng),電壓等級(jí)±350kV,額定功率600MW。該工程目前不具備直流側(cè)故障的自清除能力,據(jù)文獻(xiàn)介紹,該工程的直流線路故障清除方法如下:一旦檢測(cè)到直流線路故障,比如受到雷擊而發(fā)生短路時(shí),立刻閉鎖換流器閥,然后跳開(kāi)兩側(cè)的交流斷路器以切斷流經(jīng)換流器閥二極管中的故障電流,然后斷開(kāi)交流濾波器以抑制交流電壓上升,然后斷開(kāi)直流側(cè)開(kāi)關(guān)以消除直流側(cè)殘余電流并使故障弧道去游離。之后,兩側(cè)交流斷路器和交流濾波器開(kāi)關(guān)重新閉合,解鎖換流器閥并使換流器按STATCOM模式運(yùn)行。最后,重新合上直流側(cè)開(kāi)關(guān)并使直流線路重新帶功率。根據(jù)文獻(xiàn)給出的廠內(nèi)試驗(yàn)曲線可以看出,從檢測(cè)到故障直到直流線路重新恢復(fù)全功率送電耗時(shí)約1.5s。柔性直流輸電系統(tǒng)的直流側(cè)故障自清除問(wèn)題是目前國(guó)際上研究的熱點(diǎn)。實(shí)際上如果MMC結(jié)構(gòu)中的子模塊采用全H橋結(jié)構(gòu),所構(gòu)成的換流器就具有直流側(cè)故障自清除的能力,但這種結(jié)構(gòu)所用的IGBT器件比采用半個(gè)H橋結(jié)構(gòu)子模塊構(gòu)成的換流器多一倍,因而經(jīng)濟(jì)性較差。2010年西門(mén)子公司提出了基于箝位雙子模塊(CDS