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背靠背直流输电系统没有直流输电线路,可用于两个异步的交流电力系统之间的联网或送电。背靠背直流输电系统的整流侧和逆变侧通常布置在一个换流站内,可称为背靠背换流站[1-2]。图1为柔性直流背靠背系统示意图(对称单极接线为例)。
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柔性直流背靠背工程采用全控型功率器件,具有快速、独立的有功和无功控制能力,可作STATCOM运行等优点。随着电力系统联网运行要求的增多以及功率器件的快速发展,柔性直流背靠背技术将得到更广泛的应用。目前已投运的国内外工程如表1[3-4]所示。
工程名称 国别 功率/
MW直流电压/
kV投运年份 Eagle Pass B2B 美国
墨西哥36 ±15.9 2000 Mackinac B2B 美国 200 ±70 2014 Clovis Tres Amigas SuperStation 美国
墨西哥750 ±300 2014 云南电网与南网主网
背靠背异步联网工程中国 1000 ±350 2016 渝鄂直流背靠背联网工程 中国 1250 ±420 2018 广东电网直流背靠背广州工程 中国 1500 ±300 2022 广东电网直流背靠背东莞工程 中国 1500 ±300 2022 Table 1. Back-to-back VSC-HVDC projects (statistics for 2022)
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每个背靠背换流站建设2个1500 MW柔性背靠背直流单元,每个柔直背靠背换流单元采用对称单极接线。换流器阀组采用半桥型模块化多电平拓扑结构,柔直变压器采用单相双绕组型式,接线组别为YNyn0。启动回路设置在柔直变压器阀侧,启动电阻与隔离开关并联后,一端接至换流阀侧,另一端与柔直变压器相连。直流直流极线上不设置断路器,正负极母线均装设直流电压电流测量装置、避雷器、隔离开关等设备。电气接线如图2所示。
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本工程的主要运行方式有3种,分别为:直流正向运行方式、反向输送运行方式、STATCOM运行方式。换流站两侧均能够调节无功输出,实现对换流站内无功的就地补偿和近区电网的动态无功补偿。
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本工程研发了基于压接型IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor,绝缘栅双极型晶体管)的高可靠、高性能柔性直流换流阀,具体参数如表2所示。
参数 数值 额定直流电压/kV ±300 直流电流/A 2500 直流模式无功支撑能力/Mvar ±450 STATCOM模式无功支撑能力/Mvar ±600 功率器件额定电压/V 4500 功率器件额定电流/A 3000 功率模块额定运行电压/V 2100 每桥臂功率模块数(含冗余/不含冗余) 310/286 功率模块电容容值/mF 15 Table 2. Parameters of VSC valve
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柔性直流变压器采用单相双绕组型式,接线组别为YNyn0,具体参数如表3所示。
参数 数值 柔直变压器容量(单相双绕组)/MVA 575 柔直变压器短路阻抗Uk 18% 柔直变压器网侧绕组额定(线)电压/kV 525 柔直变压器阀侧绕组额定(线)电压/kV 300 柔直变压器分接开关级数/档 +6/−6 分接开关的间隔 1.25% Table 3. Parameters of transformer
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本工程桥臂电抗器为干式空心,半户内布置,自然风冷。设计上考虑了与柔性直流变压器漏抗的配合、桥臂环流限制、最大无功输出能力和电流迅速跟踪能力,电感取值为60 mH。
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控制保护是直流输电系统的“大脑”,直接决定了工程运行的功能、性能和安全。控制保护系统的总体结构设计需要综合考虑可靠性、灵活性等因素,为了提高直流运行的可靠性,限制任一环节故障造成的影响,通常采用分层分布式结构[5-7]。
直流控制系统用于:执行运行人员控制系统或远方调度中心的控制指令;产生闭环参考波调节信号,完成解锁、闭锁和变压器分接开关控制;实现交、直流开关场的顺序控制、联锁和同期控制;对交、直流回路开关及辅助设备的状态及测量参数进行监视和传输。
背靠背直流系统的控制设备根据功能划分为:远动通信系统、运行人员控制系统、交流站控系统、单元控制系统和就地控制系统等,各子系统间通过标准接口通信,实现完整的控制功能。
直流保护系统应满足可靠性、选择性、灵敏性、速动性的基本要求,并据此进行保护原理的设计与合理的冗余配置;任一单一元件故障都不应引起保护误动或拒动;在任何运行工况下都不应使某一设备或区域失去保护。
直流保护范围包括联接变压器及其阀侧交流引线、启动回路、换流器、直流场等。直流保护必须对保护区域的所有相关的直流设备进行保护。相邻保护区域之间应重叠,不存在保护死区。
保护采用三重化配置,“三取二”逻辑出口。每重保护能独立地对所保护设备或区域进行全面、正确的保护。各重保护之间在物理上和电气上完全独立,即有各自独立的电源回路,测量回路,信号输入/输出回路,跳闸回路、通信回路,主机,以及相关通道和接口。任意一重保护因故障、检修或其他原因而完全退出时,不应影响其他各重保护,并对整个直流系统的正常运行没有影响。
New Generation High-Performance VSC-HVDC Back-to-Back Technology and Application in Project
doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2023.05.001
- Received Date: 2023-07-15
- Rev Recd Date: 2023-08-30
- Available Online: 2023-09-06
- Publish Date: 2023-09-10
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Key words:
- VSC-HVDC /
- back-to-back /
- high performance /
- high reliability /
- noise reduction /
- loss reduction /
- water saving /
- digital operation and maintenance
Abstract:
Citation: | HOU Ting, LIU Tao, YANG Liu, YUAN Zhiyong, ZHU Bo, SHI Shihong. New Generation High-Performance VSC-HVDC Back-to-Back Technology and Application in Project[J]. SOUTHERN ENERGY CONSTRUCTION, 2023, 10(5): 1-8. doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2023.05.001 |