輸電線路柔性直流融冰技術(shù)

輸電線路柔性直流融冰技術(shù)摘要：對于電力系統(tǒng)而言，輸電線路使其穩(wěn)定運(yùn)行的重要保障，線路運(yùn)行質(zhì)量直接關(guān)系著區(qū)域供電質(zhì)量。但是，由于輸電線路一般在外界，冬天極易受到凍害威脅，影響輸電線路的運(yùn)行。本文對輸電線路柔性直流融冰技術(shù)進(jìn)行探討。關(guān)鍵詞：柔性直流輸電；輸電線路冰害；融冰技術(shù)1柔性直流輸電的主要概念及主要優(yōu)勢1.1孤島特性常規(guī)高壓直流輸電線路的受端電網(wǎng)為強(qiáng)電網(wǎng)。受端電網(wǎng)提供電壓支撐，保證輸電穩(wěn)定。常規(guī)直流建設(shè)初期，因交流電網(wǎng)容量較大，高壓直流輸電只是作為小部分補(bǔ)充，問題并不明顯。近年來，我國新能源蓬勃發(fā)展，西部大量的新能源通過直流線路輸送到東部負(fù)荷中心，交流端容量難以支撐大量直流線路的輸入。相比于常規(guī)直流輸電，柔性直流輸電技術(shù)采用全控型器件，在受端電網(wǎng)表現(xiàn)為獨(dú)立的交流電源。不僅對受端電網(wǎng)沒有電壓支撐要求，當(dāng)交流網(wǎng)內(nèi)部發(fā)生故障時，還可以提供低電壓穿越。綜合看來，柔性直流技術(shù)可以廣泛應(yīng)用于孤島供電和大規(guī)模新能源消納。1.2多端控制特性與配電網(wǎng)常規(guī)直流輸電需要受端電壓提供支撐，多端控制較復(fù)雜。所以，國內(nèi)已經(jīng)建成的直流項(xiàng)目均采用點(diǎn)對點(diǎn)模式的長距離高壓線路模式，將能源富集區(qū)的電力輸送至負(fù)荷中心。隨著國內(nèi)經(jīng)濟(jì)的整體發(fā)展，多經(jīng)濟(jì)中心的格局出現(xiàn)。單純的點(diǎn)對點(diǎn)輸送方式不能構(gòu)成多負(fù)荷中心及多能源輸送中心互聯(lián)的高壓直流輸電網(wǎng)絡(luò)。此外，我國東西部距離較長，不同地區(qū)的負(fù)荷曲線隨著地點(diǎn)與季節(jié)都會發(fā)生較大變化。使用多端靈活的柔性直流輸電技術(shù)，可以構(gòu)成高電壓等級的交直流輸電網(wǎng)絡(luò)，平衡各地不同時間、不同季節(jié)的能源需求。隨著經(jīng)濟(jì)的增長，點(diǎn)對點(diǎn)的方式只能適用于發(fā)展不平衡地區(qū)，以多端柔性直流為高壓輸電走廊。低壓交直流配合的混合式電力網(wǎng)絡(luò)是未來的發(fā)展方向。1.3MMC技術(shù)與諧波無功控制柔性直流輸電采用兩電平或三電平技術(shù)構(gòu)成換流器。高壓直流輸電的需求促使研究人員不斷改進(jìn)柔直換流器。2001年提出的MMC技術(shù)，從根本上解決了高壓輸電問題。串聯(lián)的MMC子模塊采用多電平技術(shù)進(jìn)行高精度的輸出電壓控制。相比常規(guī)直流輸電的濾波器需求，基于MMC技術(shù)的換流器幾乎不需要濾波支路，提高了系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性，降低了成本。電力系統(tǒng)中70%的電能都被感應(yīng)電機(jī)所消耗，帶來了大量的無功需求。近年來，電力電子器件的發(fā)展促進(jìn)了以SVC、SVG為代表的靜態(tài)無功補(bǔ)償裝置的迅速發(fā)展。相比外置的無功補(bǔ)償裝置，基于柔性直流技術(shù)的換流器本身就可以提供無功補(bǔ)償，且在響應(yīng)速度、諧波控制、占地面積及經(jīng)濟(jì)造價方面具有不可比擬的優(yōu)勢。柔直換流器與SVG的容量配置，需要考慮多方面因素，如當(dāng)?shù)責(zé)o功需求、無功補(bǔ)償設(shè)備與換流器的無功響應(yīng)速度、兩種無功補(bǔ)償方式的經(jīng)濟(jì)成本及發(fā)生故障時的低電壓穿越能力需求等。2輸電線路冰害原因輸電線路的冰害原因主要有以下幾點(diǎn)：（1）低溫降雪，冬季北方的降雪量較大，雪覆蓋在輸電線路與設(shè)備上并在表面凍結(jié)成冰；（2）水氣依附，冬季冷空氣來襲，空氣中的水分子遇冷后依附在輸電線路和設(shè)備的表面形成云中覆冰；（3）蒸汽凝華，冬天溫度較低，空氣中大量的水蒸氣會因?yàn)闇囟冗^低而出現(xiàn)凝華，附著在輸電線路和設(shè)備表面形成凝華覆冰。如果輸電線路上的覆冰存在時間不斷延長，則覆冰的體積會不斷變大，造成輸電線路表面的損壞。人工去覆冰容易造成線路的劇烈搖晃甚至斷裂。如果不及早去除覆冰，天氣轉(zhuǎn)暖后覆冰自動脫落會使線路發(fā)生大幅度晃動。覆冰較為嚴(yán)重時，輸電線路和相關(guān)設(shè)備的表層都會被凍住，嚴(yán)重時還會對輸電線路和設(shè)備的內(nèi)部造成性能損傷，甚至導(dǎo)致電氣事故和機(jī)械事故的發(fā)生。如果覆冰量非常大，輸電線路和設(shè)備會難以承受，電氣支架會有倒塌的危險，影響電力的正常供應(yīng)。3輸電線路柔性直流融冰技術(shù)3.1換流站融冰分析在直流換流站融冰技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用中，首先需要獲得輸電線路融冰電流，判斷輸電線路在額定電流或者長期過載電流狀態(tài)下能否滿足線路融冰要求。例如，如表1所示的各項(xiàng)高壓直流輸電線路工程中，需綜合考慮線路長度、型號及融冰電流等因素，合理確定輸電線路直流線路的融冰參數(shù)。［工1H蚣科KitAimfl知呻L八命5〕址小弛譚電直承ftc?■上電St修-MW也推版陣W劣祚暮瞄■14liEMOE?IM■4蜘133.470幢LliMXTaft1?1.146(1J3為們藉CfiitLijMx7^*50-1i*460J330130*1偵挪DflaLK海3gg3W222S3221皿期表1高壓直流輸電工程直流線路和融冰參數(shù)3.2直流輸電線路雙極并聯(lián)融冰方式當(dāng)桿塔表面存在大量覆冰時，必須在短時間內(nèi)融化覆冰。對此，應(yīng)該采用緊急融冰方案，增大線路電流，迅速融化覆冰。可采用雙極并聯(lián)的方式獲得融冰電流，此時換流器電流不會產(chǎn)生較大變化。直流輸電換流的可控性較強(qiáng)，通過改變電流指令，即可獲得所需要的融冰電流。但采用這一融冰方式需要改變線路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，增加引線、開關(guān)、電流互感器以及電壓互感器。換流站融冰技術(shù)的運(yùn)行方式較靈活，如果線路的過載電流比融冰直流電流小，則應(yīng)采用雙極并聯(lián)直流融冰方式；如果線路過載電流比保線電流大，則可采用背靠背直流融冰方式或者雙極并聯(lián)直流融冰方式。3.3直流輸電線路背靠背融冰方式冬季部分輸電線路長期處于過負(fù)載運(yùn)行狀態(tài)，電流無法達(dá)到融冰電流要求。如果負(fù)荷較大，則高壓直流系統(tǒng)負(fù)荷也較大，線路電流與額定直流電流相近。這種情況下，線路的發(fā)熱量能夠有效預(yù)防覆冰的形成。如果環(huán)境溫度較低或輸電線路表面已經(jīng)出現(xiàn)少量覆冰，因直流輸電線路具有10%左右的過負(fù)荷能力，仍可有效預(yù)防覆冰的形成。如果負(fù)荷比較低且受到整流端系統(tǒng)功率不足的影響，直流線路的電流比額定電流小，在冰雪天氣影響下容易產(chǎn)生嚴(yán)重的覆冰災(zāi)害。對此，在制定融冰方案時應(yīng)該注意以下兩點(diǎn)：（1）減小高壓直流系統(tǒng)的總輸送功率，增大直流線路電流，盡量達(dá)到額定值；（2）令高壓直流工程的2個極功率方向相反，最大程度提升單個極傳輸功率。由于2個極的功率方向相反，當(dāng)兩個功率大小相近時，高壓直流系統(tǒng)的總傳輸功率將減小。4直流融冰的關(guān)鍵技術(shù)與方案設(shè)計(jì)直流融冰技術(shù)在保障輸電線路的安全運(yùn)行方面具有明顯優(yōu)勢，但依然有待完善。下面簡單分析對直流供電電源和直流裝置容量的選擇。4.1直流供電對于直流融冰，供電電源的選擇至關(guān)重要。直流融冰對電源的穩(wěn)定性和可控性要求較高。因此，融冰過程中不可超過單整流裝置的極限，常采用并聯(lián)方式保障電源裝置的安全。4.2直流裝置容量的選擇直流裝置的容量選擇需要綜合考慮多個影響因素，比較通電電流和融冰時間，選擇最佳的直流裝置容量，保障直流融冰裝置安全穩(wěn)定運(yùn)行。結(jié)束語輸電線路運(yùn)行中，容易受環(huán)境影響。輸電線路的嚴(yán)重覆冰會造成線路彎曲，進(jìn)而帶來其他危害。通過對柔性直流融冰技術(shù)的探究，了解到這一融冰裝置的電容量較小，設(shè)備實(shí)際體積較小，但具有較強(qiáng)的負(fù)