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行业新闻

直流电网断路器技术基础性探讨

时间:2014-09-01 09:47??阅读:
     随着可再生能源发电的发展及用户对电能要求的不断提高,电网结构同时面临发电端与用电负荷的随机性波动。传统交流电网采用无功补偿稳定电压,依靠交流断路器实现潮流调整,已难以满足可再生能源发电和负荷随机波动性对电网快速反应的要求。而直流电网中,电压源换流器可以限制电压波动;基于电力电子技术的直流断路器可ms级分断电流,配合运行控制系统可以实现潮流的快速调整。因此,建立直流电网,将可再生能源与传统能源广域互联,可以充分实现多种能源形式、多时间尺度、大空间跨度、多用户类型之间的互补,是未来电网的重要发展方向。 

     目前,国外已有较成熟的直流输电网规划。德国在非洲撒哈拉沙漠启动建设了大型太阳能项目,计划在南欧和北非打造有史以来规模最大的太阳能集中发电工程,通过组建跨越沙漠和地中海的电力供应线来覆盖全欧电力需求的15%[9-10]。2010年1月,欧洲北海沿岸国家,提出了北海super gird计划,准备利用直流电网技术将各国的风力发电、太阳能发电和水力发电资源进行整合,建设连接北海沿岸清洁能源项目的超级电网

     比起目前使用的传统交流电,直流电拥有大发国际娱乐登录入口优势,例如,电网和电子装置的耗损会比交流电减少5%~7%,还能更有效地从再生来源将电源送入电网和能源储存体,同时改善电网的稳定性;采用直流电还可打造体积更精巧的电子装置。
新疆直流电网输电工程

      由于以往欠缺高效率且符合成本效益的电路断路器技术,因此无法让直流电在例如资料中心、光伏(太阳能发电)和电信系统的配电网,或航空及运输、电动车和铁道技术的内部电网等领域发挥最大的功效。目前唯一的机电动力式电路断路器在切换直流电和电压时可能会产生电弧,且反应慢、重量重、不易使用且价格昂贵。
 
     「NEST-DC」研究计划系由德国教育研究部(BMBF)资助,旨在针对直流电网和应用研发创新半导体及完全电子式的电路断路器。全新的电路断路器除了能开启直流电,更重要的是能在高达 1,500V 的电压下,快速且安全的关闭功能。
 
     「NEST-DC」研究计划旨在针对直流电网和应用研发创新半导体及完全电子式的电路断路器。
 
      此外,NEST-DC也将开发创新的半导体元件,例如过电流中断场效电晶体(OCB-FET)等,也将针对采用OCB-FET的电路断路器,就其全新结构和连接技术及切换拓朴进行规划及测试。研究成果将应用于航太内部电网、电动行动力、光伏(太阳能发电),以及直流配电网路等领域。
直流电网示意图

NEST-DC专案成员职责
 
      NEST-DC专案成员涵跨半导体晶片到直流电网系统的整体价值创造链,包括德国布莱梅大学电机驱动及电力电子与装置学会(IALB),以及空中巴士集团(Airbus Group)、E-T-A Elektrotechnische Apparate公司、西门子公司(Siemens AG)和英飞凌(Infineon Technologies AG)(负责计划协调)4间公司。此外,总部设于德国纽必堡的欧洲电力电子中心(ECPE) 亦提供支援。
国网华东直流电网工程规划

      在此计划中,IALB负责调查及模拟OCB-FET内所用的全新半导体结构、新开发电路断路器的静态及动态测量,以及测试装置的散热性和崩坏极限。空中巴士集团负责定义航空应用的需求、研究合适的拓朴,并与NEST-DC成员一同研发应用展示。空中巴士集团将在德国奥托布伦(Ottobrunn)进行硬体测试。
 
     西门子将专注于电路断路器的结构及连接技术。E-T-A Elektrotechnische Apparate将定义工业应用的需求,并与专案成员一同验证高达 1,500V电压等级的电路断路器。英飞凌负责主导该计划,贡献在功率半导体领域的专业知识,研究用于OCB-FET的功率半导体。
 
     NEST-DC研究计划由BMBF资助约230万欧元,资助发展「提升能源效率的电力电子」。计划始于2013年10月,为期3年。NEST-DC 为德文缩写,意思是「适用于再生能源和内部电网的创新电子直流电路断路器」。

     基于上述分析,本文提出未来果博东方足彩比分直播官网直流输电网络的主干结构设想,如图2所示。通过背靠背直流工程或远距离高压直流输电工程,高效安全地引入多宝平台网址远东、西伯利亚、蒙古及中亚各国能源基地发出的低价电能。将西南地区丰富的水能资源通过高压直流输电工程送往中东部负荷中心区域,并形成多端高压直流输电网络。利用VSC-HVDC技术将果博东方足彩比分直播官网西北、华北地区丰富的太阳能、风能连接成直流输电网,最大限度减小可再生能源发电的间歇性及不稳定性问题。在青藏等高海拔地区利用直流电网建设成本相对较低的优势,将丰富的太阳能、地热能连接成网,解决高海拔地区用电问题;同时将东南沿海地区丰富的风能、大型油气田电能连接成直流电网,输送至沿海负荷中心,充分利用沿海地区能源储量大、距负荷中心近的优势。

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