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直流输电技术的发展

时间: 2017-11-13 11:11 点击: 次
       柔性直流输电技术的发展日趋成熟,其独立功率调节和灵活运行能力,为间歇性可再生能源并网与消纳提供了安全高效的解决方案。目前,世界范围内投入商业运行的大部分柔性直流输电工程均采用点对点输送方式;相较于多条点对点的电能输送方式,多个柔直换流站连接成网状形成直流电网,在高压大容量领域中具备更好的可靠性、经济性和灵活性。随着风电、光电等可再生能源不断开发,大规模清洁能源并网与跨区域电能传输对柔性直流电网的构建与发展提出了迫切需求[1-2]。
       目前已投运的柔性直流输电工程大多采用模块化多电平技术(modular multi-level converter,MMC)和脉宽调制两电平技术,这些工程均无法通过闭锁换流阀清除直流故障,只能通过分断交流侧断路器来实现故障隔离。研究中采用全桥模块或电容钳位双模块[3-6]的换流阀带有直流侧故障清除能力,可以通过换流阀闭锁清除直流故障。在没有直流断路器的情况下,点对点柔性直流输电工程依靠分断交流断路器或闭锁带直流侧故障清除能力的换流阀可实现直流故障清除;但以上 2 种方式在高压大容量直流电网中的应用将造成整个系统短时停电,难以满足系统运行要求。当系统配置直流断路器后,通过选择性分断直流断路器可以实现故障线路的快速隔离并维持系统其他部分的持续运行。
       直流故障保护是柔性直流电网构建所面临的技术瓶颈,研制适用于柔性直流电网应用的直流断路器,保证直流电网运行的可靠性,是直流电网建设必须突破的技术难题[7]。
       与交流系统相比,直流故障电流缺乏自然零点,要实现其可靠开断,需要人工创造电流零点,同时还需要吸收储存于直流系统感性元件中的巨大能量,因此直流断路器的设计较交流断路器难度大为增加。此外,柔性直流电网故障扩展快、电流上升快,对换流站等设备冲击大,为保障设备安全一般在数毫秒全网换流站将会闭锁退出运行,为实现直流电网健全区域持续运行,直流断路器需要在数毫秒内完成分断[8]。 
       在直流断路器的多种技术路线中,综合采用机械开关和电力电子开关的混合式直流断路器以其显著的技术优势成为高压直流断路器研制的主流[9-10]。ABB 公司于 2011 年研制了 80kV 3ms 分断 8.5kA 基于绝缘栅双极晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)直接串联的混合式直流断路器样机[8]。全球能源互联网研究院于 2014年完成了 200kV 3ms分断15kA 的级联全桥型混合式直流断路器样机研制[11],并于 2016 年实现高压直流断路器首个工程示范。
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