2.2在交流網絡中增加FACTS

有專家介紹了在配電系統中使用的有源濾波器的拓撲結構比較,以及這種裝置的一種應用。因為直流輸電和FACTS設備產生的大量諧波,以及系統中現有電容帶來的諧振,都會導致濾波器需求的增加。專家對于濾波裝置的拓撲結構和特性進行了描述,并給出了相應的解釋。2009年初,在芬蘭的400kV輸電系統中安裝了+200Mvar/-240Mvar的SVC。該SVC的主要目的是在從芬蘭南部向北部甚至更遠的瑞典傳輸較大功率的情況下,有效衰減區域間的機電振蕩。因此,該SVC在輸出情況下的功率振蕩阻尼控制僅采用了有功控制模式,以確保系統嚴重故障引起大幅度區域間振蕩時可用的無功容量。Joetsu熱電廠屬于日本關中電力公司,主要為日本中部地區提供電力。距離該廠最近的500kV主環網約300km,在重負荷條件下單相故障可能會導致電廠從系統中失步,且線路故障還會引起過電壓,故有必要安裝靜止同步補償器(STATCOM)以解決穩定性問題和過壓問題,為此,關中電力公司計劃在2013年配備450MVA的STATCOM。

2.3可再生能源應用

對于水電是否是一種可再生能源,一直有人存在著疑問。對于工程人員來說其作為可再生能源是顯而易見的,但是對于部分政府人員和公眾來說這個答案則不是那么容易接受的。巴西、印度和中國的電力能源發展嚴重依賴于水電(正在規劃的有22GW)。為了充分利用這些能源,采用直流輸電是一個重要的技術手段。在過去10年間風電技術的發展使得大量的風電場接入電網,并且其容量還在持續增加。在保證電力系統的安全可靠以及供電質量的前提下,將風電接入電網存在諸多的挑戰,而電力電子技術的發展已經成為解決這些問題的關鍵。目前的電力電子技術已經使得風電的安全性、可靠性和靈活性不低于任何現有其他類型的發電方式。有學者介紹了澳大利亞和新西蘭風力發電的發展情況,澳大利亞和新西蘭可能是世界上風電接入電網比例最高的地區,其使用FACTS裝置將風電場接入電網,其中涉及到在電網連接點的SVC和STATCOM、少量小型靜止無功補償渦輪發電機、雙饋感應電機和連接發電機的交—直—交轉換等相關技術。關于非可計劃性能源(如風力發電和光伏發電)對于系統穩定性和電壓控制的影響也進行了討論。丹麥的經驗表明了風電場可以為交流系統提供慣性控制,以及有功和無功功率控制。但是,在2006年的歐洲大停電事故中,相對較小的功率(大約7GW)卻導致了大規模(17GW)的甩負荷問題。因此,對于將可再生能源作為常規能源來使用,還需要一個很長的過程。

3高壓直流輸電和FACTS工程技術問題

3.1工程的視覺污染、接地電流、可聽噪聲、電磁干擾等環境問題

隨著環境保護要求的日益提高,電力工程設施對于其周圍環境的影響也越來越受到關注。接地電流和電磁干擾等問題已經得到了較多的重視并有了良好的解決方案。而各種電力設備所產生的噪聲對周邊群眾日常生活的影響,以及工程設備和建筑與周圍環境協調的問題,目前也逐漸受到重視。通過在建筑內使用各種吸音材料和在設備周圍布置隔音屏蔽等措施來對噪聲進行抑制,已經取得了良好的成效。而在工程設計時充分考慮工程建筑與周圍環境的視覺協調設計,并對工程設備進行必要的遮擋,是解決視覺污染問題的有效措施。

卡普里維高壓直流輸電聯網工程提供了從納米比亞到贊比亞電網之間的輸電走廊。該工程使得納米比亞電網能從水電資源豐富的國家得到充足的電力供應。目前,該工程已經在單極模式下使用金屬物回路和大地回路進行了試驗,針對未來的雙極擴展也已開展了可行性研究。對于使用大地回路的方案在不同運行模式下進行論證,需要綜合考慮地表特征、地下金屬結構物、輸電走廊內地下構造等多方面因素。有學者對SCB4文章中相關但不經常涉及的方面進行了深入的探討,如考慮土壤電氣和熱應力特性及土壤深度而進行的接地極選址研究、用來評估選址結論的不同調查結論,以及接地極對環境的影響等。從而指導直流輸電換流站址選擇、地理位置調查、接口的影響和接地極的設計,同時還給出了工程特征和應用情況概述。

3.2含高壓直流輸電的交流系統特性

有關專家對于使用電壓源換相直流輸電進行電網互聯和可再生能源發電接入問題進行了研究,并主張在控制中引入直流電壓斜率控制。這種控制方式是對交流系統中發電機間功率分配技術的延伸,同時在處理不同干擾和功能邊界時進行了改進。提出采用閉環直流電壓控制與直流彎曲特性聯合的方式進行直流電網管理,以確保系統操作的平滑控制并在不同換流站間合理分配,同時采用多端直流輸電系統進行近海輸電網絡支撐來提供動態頻率控制和功率振蕩阻尼。在多饋入直流輸電系統的相互影響強度指數方面,專家解決了中國南部電網多饋入的相互影響問題。目前該區域內已有4條完全投入運行的高壓直流輸電線路,第5條高壓直流輸電線路也已經在試運行。目前,已經對相互影響指數進行了評估,并正在提出一個新的指數。

3.3工程方案選擇、監管、許可、資金和技術風險問題

有學者針對日本北海道—本州島的直流輸電線路,介紹了滿足電力系統運行需要的控制方法及運行特性,提出了增加直流輸電系統靈活性的方法,以便使系統在功率降至0.1(標幺值)以下時仍能正常運行。這種方法在零功率附近避免了多次極性翻轉并減小了電纜的絕緣應力。該學者認為這些技術同樣可以應用于任何一個直流輸電工程。巴西學者介紹了馬德拉群島直流輸電系統的設計及其實現的過程,其連接了圣•安東尼奧和吉拉烏水電站。在考慮穩態運行、動態性能和經濟評估的基礎之上,設計人員對多種不同的輸電方案進行了可行性研究,最終提出了直流輸電方式、混合型輸電方式和交流輸電方式3種方案。直流輸電方式由2個雙極直流輸電和2個局部負載連接背靠背系統組成;混合型輸電方式由1條直流線路和2條500kV交流線路組成;交流輸電方式則選擇了3條相并聯的750kV交流線路。在經過深入分析之后,最終交、直流混合型輸電方案因報價低在投標過程中勝出。從這個過程中可以看到,馬德拉工程的確定方式是由經濟、技術和在其他事項上具有影響力的因素綜合決定的。

4結語

高壓直流輸電和新型電力電子技術的發展及其應用仍然是今年CIGRE的熱門主題,重點討論的對象包括±800kV及以上電壓等級特高壓直流輸電技術、多端直流網絡、現有直流輸電及FACTS工程運行經驗及相關工程關鍵技術;而對于MMC在高壓直流輸電、FACTS和新能源并網等方面的應用,專家們給予了較多的關注;同時,對于高壓直流輸電及FACTS工程的選址、工程技術風險分析等方面,專家們也進行了熱烈的討論。