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“以柔克刚”—能源互联挑战应对之道(2)

北极星智能电网在线  来源:电力系统自动化  作者:张小平  2018/2/1 10:43:49  我要投稿  

风电+储能的智能化集成

柔性光伏电站

光伏的电力电子柔性控制(包括虚拟同步机技术,调频技术,功率平滑技术,电压控制技术)和智能调度

光伏+储能的智能化集成(光伏的电力电子柔性控制和智能调度)

柔性风电、光伏集成电站

柔性风能、海能(包括海浪,潮汐,海流能)集成电站

柔性风电、光伏、海能集成电站

b)柔性直流+:

逆变侧(柔性直流换流站)+整流侧(传统直流换流站)

柔性直流与传统直流换流站并联运行

传统直流+可控电容器(比如,可控电容器)=柔性传统直流

直流+储能

c)柔性交流+:

多端柔性交流

柔性交流+柔性直流

柔性交流+储能

3)能源互联网的柔性系统技术:

a)智能调度

b)智能负荷/分布式发电管理技术

负荷响应技术

微网技术

虚拟发电厂技术

虚拟电力系统技术

c)智能稳控技术

d)智能保护技术

e)智能电力能源市场运营技术

f)大数据/人工智能技术

5.以柔克刚的思想的具体应用:柔性化的传统直流输电系统

对设备的刚性,可应用柔性技术加以克服。众所周知,直流输电系统目前主要有两大类,即传统的基于晶闸管的直流输电系统(LCCHVDC)和基于IGBT技术的柔性电压源型直流输电技术(VSCHVDC,MMCVSCHVDC)。传统直流输电系统的优点包括低损耗、大功率及超大功率应用(例如:特高压直流),低投资费用,直流侧短路可有效控制,技术成熟,并成为特高压直流输电的关键技术。其缺点包括逆变侧交流故障引起的换相失败,换流器的大量无功消耗,无法提供快速无功与电压控制等。而与此相比,传统直流输电系统的优点恰恰是柔性直流输电技术的缺点。而传统直流输电系统的缺点恰恰是柔性直流输电技术的优点。为克服传统直流输电系统的换相失败,工业界、学术界曾提出图2所示的基于固定电容器的解决方案。在这一方案中,在换流阀与换流变之间接入固定电容器。这一方案对换流器的无功消耗有一定的帮助,而对换相失败的改善非常有限。究其原因,主要是固定电容器是刚性的(即不可控的)。这一方案的本质是以刚克刚,即以不可控的固定电容器抵御换相失败的刚性,因而无法根本解决传统直流输电系统换向失败问题。

图2利用固定电容器解决传统直流输电系统的换相失败(以刚克刚的实例)

可以想见,如能克服传统直流输电系统的缺点,即逆变侧交流故障引起的换相失败,换流器的大量无功消耗,无法提供快速无功与电压控制,我们就可以使这项技术更为优越。此处传统直流输电系统的刚性在于逆变侧交流故障引起的换相过程的不可控性。为了克服传统直流输电系统的刚性,伯明翰大学最近提出了柔性传统直流系统,我们在传统直流输电系统的换流阀与变压器之间引入了由电力电子完全可控的电容器(即柔性可控的电容器),如下图3所示。其实质是在传统直流系统中引入可控(柔性)电容器,提供稳定的换相电压,从而消除交流侧故障及无功功率的刚性,即不可控性,从而使直流系统换向过程完全可控,即完全实现直流系统换向过程的柔性化。这使得柔性传统直流系统结合了传统直流系统与柔性直流输电系统的优点,而克服各自的不足。在图3中,由于柔性技术的引入,使得如传统直流输电系统能够完全消除逆变侧交流故障引起的换相失败,并能提供快速无功与电压控制。我们称这项技术为:柔性传统直流输电系统(Flexible AC Transmission Systems)。

图3柔性传统直流输电系统抵御换相失败(以柔克刚的实例)

图4柔性传统直流输电系统的换相过程:从a相换到b相

图4显示柔性传统直流输电系统的换相过程:从a相换到b相。由于换相过程中可控电容的柔性作用,使得换相过程稳定、可控,即柔性。

如上所述,笔者认为能源互联网的根本挑战是系统的挑战。各种技术发展应服从于系统问题的解决。以柔克刚是能源互联网系统刚性挑战的根本解决之道。希望有更多的学者参加讨论,推动新型柔性技术的研发,助力低碳能源互联网的发展。

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