适用于直流电网的环流式线间直流潮流控制器!

2020-08-01  来自: 西安西电自动化控制系统有限责任公司 浏览次数:235


随着化石能源的日益枯竭,可再生能源发电越来越受到人们的关注,传统的交流电网在可再生能源发电并网和功率外送方面存在诸多瓶颈。柔性直流输电技术在海上风功率外送、非同步电网互联以及区域电网互联等方面具有良好的应用前景,是解决可再生能源接入的有效手段之一,受到工作人员的广泛关注。

然而,在多端柔性直流输电系统或直流电网中,各个换流站间可能会存在多条输电线路,使直流线路的条数大于或等于换流站数量。在该情况下,将出现部分线路潮流无法由换流站独立控制,即直流电网潮流控制自由度不足,由此导致线路的输电能力受限甚至过载,影响直流电网运行的可靠性和安全性。直流潮流控制器(DC Power Flow Controller, DCPFC)能够增加直流电网的控制自由度,实现对每条输电线路潮流的灵活控制。

由于直流电网的物理量仅包括线路电阻和电压大小,并不存在交流电网中的电抗和电压相角,故直流潮流控制器主要分为电阻型和电压型。

直流电网


有学者提出了采用半导体开关和机械开关的电阻型直流潮流控制器,其通过在直流线路中串入不同阻值的电阻进而实现潮流控制。电阻型直流潮流控制器结构简单、易控制,但会产生额外的功率损耗且不能改变潮流方向,应用场景受限。

电压型直流潮流控制器主要包括直流变压器型、辅助电压源型和线间直流潮流控制器。直流变压器型DCPFC通过控制输出端口的电压实现潮流控制。

有学者提出了改进的下垂控制和直流潮流算法相结合的控制策略,提高了直流电网的暂态稳定性,但该类型的DCPFC一般需要交流变压器和大量的电力电子器件,结构复杂,更适用于连接不同电压等级的直流电网。

有学者提出了以三相六脉动晶闸管作为整流器的辅助电压源型DCPFC,其能够将交流电压变换成极性和大小均可调的直流电压串入直流线路中,以控制直流电网的潮流分布。该类型的DCPFC额定容量小且运行方式灵活,但需通过变压器连接交流电网进行取能,增加了绝缘成本。

有学者提出了利用耦合电感来传递能量的线间直流潮流控制器,其相当于在两条线路中串入可交换能量的直流电压源,在控制直流电网潮流的同时,保证了自身的功率平衡。线间直流潮流控制器避免了与外部系统相连接,且电压调节范围较大,具有良好的应用前景,但直流线路中单个电容的充放电可能会引入额外的谐波电流。

针对此问题,有学者提出了基于模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter, MMC)的线间直流潮流控制器,但该DCPFC采用了交流变压器和大量的子模块,结构复杂、经济性稍差。

直流电网


根据以往直流潮流控制器的优缺点,现代电力系统仿真控制与绿色电能新技术教育部实验室(东北电力大学)的研究人员,提出了一种环流式线间直流潮流控制器(Interline DC Power Flow Controller,I-PFC),I-PFC能够通过MMC产生的交流环流实现自身功率平衡,具有谐波小、绝缘成本低、无需从外部取能等优点。


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