电力系统辅助服务与高压直流电网

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1、电力系统辅助服务与高压直流电网摘要：一种电力系统的目的是发射功率从一代加载。为此，它需要辅助服务，以保证可靠性 和质量一定的水平。随着直流电网的出现，它要求必要什么配套服务，他们可能本身需要， 以及应该如何所需的直流电网与其余互动该系统。这项研究确定了第一组基本的配套服务， 为高压直流（HVDC）电网哪些根本不存在，到目前为止，它表明这种发展可能会影响到配 套服务的交流电网。这项研究描述如何，如果一个HVDC电网被添加到现有的交流电网，并 给出的概述的辅助服务的来源可以改变现有的定义辅助服务。1 引言 从电气化到20世纪80年代初垂直集成的垄断公用事业进行管理的电力供应。这意味着，他 们负责产

2、生的电能，电能传输从一代到负荷中心和配送到个人消费者。虽然所有权和垂直整 合的程度不是在世界的每一个地区一样，在一个正常的结果地域垄断。在这段时间中，电公 用事业在工业化世界相连大多数消费者到配电网络。他们管理一段当电力消耗大约翻了一番 指数增长每八年和，同时，提高可靠性为点，人们首先检查灯泡，如果灯不工作当它们触发 开关1。与解除管制，发电，输电的任务和分布分离成独立的公司2。作为一个结果，不 同的部分之间的通信，从改变是不透明的，内部之间的通信不同的利益相关者。不同的利益 相关者的能量链交换各自的产品：节能，配套服务和传输容量。这是通过强制完成任提供或 以成本1。以商品以及强制提供可以和在

3、控制区域不同的方式设计欧洲网格的3和其它地 方。通用的术语，它描述了所需的非能源产品电能传输是辅助服务4。辅助的服务是所有 服务的系统运营商（SO）需要保证一定程度的连续性，但他无法提供完全由他自己或其他 人可能能够提供以较低的费用1。例子是电压支持，平衡储备等，这些服务是不同的利益 相关者，如电网之间交换业主，电网运营商，发电企业，载荷等。如果HVDC电网出现，它们是传送系统的一部分，并受其监管框架。由此，它是可能的特高 压直流电网所有者/经营者不得自行发电或出售能量给客户。它们将在任何情况下，使用AC 交互系统。这就是说，它们很可能需要访问配套服务设施。本文的重点不是设计或市场比较 高压直

4、流输电辅助服务，但在一个关于到配套服务的调查，一个高压直流电网需求，他们可 能来自和它是如何嵌入到现有交流电网及其配套服务。1.1 电力系统电力系统产生的电能，并从运送它发电机组的载荷以可靠和经济的方式。因此，该现有交流 电网的建设和短传输优化距离和集中式发电，以减少运输和产生的损失。这是可能的，因为 运输和储存化石燃料（煤，天然气等）的是经济，安全的，并具有低损失 5。与此相反， 再生电厂必须建立其中主要的能量可与电能必须当主能量可用来产生。与增加可再生能源生 产到显著量，例如在欧洲6中，电力系统需要改型，以管理这些新的要求7。这可以用交 流或直流技术来完成，每一个具有其自己的优点。一般情况

5、下，DC由长距离电缆青睐连接。 现有输电网络的每一个发展需要进行分析，以找到一个最佳的解决方案。然而，事实上可再 生发电厂的地方是不自由的选择可以结果在很长的传输距离（伊泰普，三峡大坝等），水下 传输（BorWinl，跨海湾电缆，BritNed等），的功率流（亚琛-列日电气可控的需要电网覆盖 （ALEGRO）链接等）的最小化可见和对环境的影响（ALEGRO链接，法国，西班牙高压直 流输电线路9等）。在每个例子中，需要能与直流技术10， 11遇到更好的。1.2高压直流输电技术发展特高压直流连接的原始动机是一个更便宜的传输大功率长距离。这仍是主壳体即使其它 方面（如可控功率流，环境影响，水的连接下

6、等）也变得越来越重要。高压直流输电变，相 对于交流输电，在一定的距离更经济。在盈亏平衡点在水中约 100 公里，架空线是约 600 公里5。之所以平衡点是突破虽然高压直流输电具有传输损耗低，一在变流器站的额外投 资是必需的。为了交流转换为直流，两种类型的高压直流换流技术是可用的。这些是： 1线变换变换器（LCC）。2.电压源换流器（VSC）。从 60 年代后期 LCC 一直在操作，这意味着这是在设计，建造公知的技术和操作。此外，将 LCC转换器的损耗降低比VSC，和非常高的电压（高达土500千伏）导致长传输距离，低传 输损耗。在此刻，价格为LCC的转换器是比VSC也更低。然而，也有用于LCC缺

7、点：低切换 转换器的频率产生一个高谐波干扰。因此，需要庞大的过滤器。此外，有功和无功权力依赖， 所以额外的无功功率补偿如果需要改变无功功率需要独立。后两个因素导致一个更大的足迹 为换流站，以及一个要求，即LCC站连接具有较强的交流电网，以防止换相失败的情况下 交流的电压下降。LCC技术不能提供黑启动能力，因为它不能产生交流电压。此外，为了 改变功率流的方向，该电压的极性必须改变，是什么使得它复杂化建设大电网与此技术11。自上世纪90年代末安防监控已运行。因此，在设计，施工和运行实践经验都小于LCC。换 流器的损失比为LCC高，但已经在过去几年的范围内有大进展引进多层次的技术。这也减少 了谐波干

8、扰到只需要小的过滤器的水平。VSC技术还介绍了控制的可能有功和无功功率独立,所以没有无功功率需要补偿。恰恰相反， 它可以附加提供静态无功补偿器（SVC），并且可以提供一个交流电压到一个涂黑的网格。此 外，它是更容易建立网格用这种技术，因为在 VSC 技术，功率流方向可以通过使在极性的 变化是相反目前，虽然电压是在一个狭窄的范围内始终保持在每个换流站8。本文通过该直流电网将出现的假设。本意味着VSC将被用来交流转换为直流。因此，它是 也可以负载或产生连接的AC侧转换器，独立地控制活性和无功功率并提供一个交流电压。2 高压直流电网和配套服务 此刻，直流网格是在进化的早期阶段和在径向拓扑三个以上的换

9、流站系统不存在。因此，难 以使确切建议的责任未来的直流系统和复杂性。但是，此本文试图给出的不同可能性的总览 对于配套服务。2.1 配套服务的定义辅助服务在许多参考书12， 13等定义这是用来在本文辅助服务的定义是从欧洲电力联盟 12，它描述配套服务：“配套服务都需要按传输的所有服务或分配的SO,使它们能够保持完整性和传输或配电系 统的稳定性，以及电能质量。 ”这个定义留下了一样，其他每定义，数服务的类型。另外， 同样的技术过程中给出了不同的参考不同的名字。本文限制了它的范围，即保持系统完整性 服务，以避免多少服务构成了一套完整的和，讨论应该如何命名。2.2 复杂的混合暖通空调和直流输电系统 假

10、设未来混合暖通空调和直流输电系统在自由化的背景下运作，仍有几个选项怎么这么从开 始的时候，一个联合系统将工作目前的框架。每一个这样的选项可能会导致不同的对于不同 的服务之间的业务实践和需求演员未来的系统研究。要找出必要的配套服务可以来自一个通 用的方法是使用。它分析设备，可以提供辅助的关系服务和需要辅助服务的传输系统。 因此，整个电力系统简化为技术和业务必需的元素。在这样的方案，一个的SO管理系统， 并负责与相互作用所有利益相关者连接到系统。这是真实的，即使系统在完全不同的方式管 理比较与目前的做法，例如，通过多个分布式控制。此外，每一个辅助服务是由一些提供 样的装备。例如，发电机，变压器，直

11、流斩波器， AC / DC 变换器等。此外，作为本文的重 点是如何当直流电网的出现，这些实际情况将发生变化元件可提供在AC或DC电网。因此, 我们需要识别六类利益相关者相互交互的：交流电网 - SO（AC SO）。交流电网-设备能够提供某种形式的辅助服务（交流EQ）。交流电网-AC和DC之间的接口，还可以提供辅助服务（I / F）。直流电网-系统运营商（DC SO）。直流电网-设备能够提供一些辅助的服务（直流EQ）。直流电网-AC和DC之间的接口，还可以提供辅助服务（I / F）。这些元素的所有可能的组合会显示所有可能的直流电网的整合，相关配套服务。要分析所有 组合，一个矩阵用于指列代表在电力

12、系统和元件的可能的行组合（2.1）a2ana2a22a2n. （2）如果A具有两个状态（ns= 2）， 1来表示一个元素存在或0以表示一个元素不存在，m与 mnn 的关系式：m=sn使用矩阵A,但也可以用于分析电力系统一些交流和直流控制区。然而，只有每一个是足以 证明拥有所有相关的新组合成为可能。要获取供应商，流程和辅助服务中的用户电力系统与高压直流网格，要分析的六个它是足够 简单的元素。因此，矩阵A的维数n =6nm= 26 = 64。在对64个可能的组合，有可能放弃其 中一些：那些是不符合逻辑的（例如没有AC SO也不是DC SO）和那些是双（例如，一个SO 与交流设备，直流设备和AC之间

13、的界面和DC）。然后，将15种可能的组合保持。为了更好 地理解，能够绘制不同的图交流可能的组合;选择显示在图.1.可以看出，辅助服务一般提供 由某种设备。这是图。 1 所代表深灰色矩形和其被分组，依赖于所连接的格，在交流设备， 直流设备和AC / DC设备（灰色）。每个可含有特定成分，如发电机，交流/直流转换器，变 压器等，其可以提供一些一种配套服务。每个组件被至少连接到一格。黑色箭头代表某种辅 助的服务，它来自设备和被输送到电网。交流电网是灰色，并且可以包含交流线，变压器， 变电站，断路器等的直流电网是非常浅的灰色和能包含直流线路，直流/直流转换器，变电 站，断路器等所述网格和所述设备是由至

14、少一个SO谁是操作负责一个控制区。控制区之间 的边界用虚线表示。分析图。 1 给出了已经是配套服务交流的可能供应商概观电力系统高 压直流电网。忽略操作职责和下面的箭头导致图。 2.显示有辅助服务的四种可能的起源传 输系统与AC和DC电网，即： 从AC设备的交流电网2.4节配套服务设施。 从直流设备交流电网2.5节配套服务设施。从AC设备配套服务，为DC网格2.6节。 从直流设备配套服务，为DC网格2.7节。AQDC Equipn垮俺AC祈At9ContiolArEia DCConlrol Area DC#匚 f qiiipmcniAC EnuiprnoniGcmglAr 师 ACconirol

15、 Area ACCanlral Area DCCiirtlrbl Area DCC Equlpiri出tIACJDC EtiuipnnCACDC EquipmemAC Ejiinenc巴Coinlrul ArcM ACCQiUfQlAieaACConnolArea DCCanirDlArea DCDC EqucirneflEAC EquipmsnlAC Equ?iE 脚 fCDJiFDlAreaAGCwitralArea ACtf .ACfDC Epdipmenl:DC ACJDC EqdlpfflfiEACJdU Eqyiprrent图. 1 选择的理论可能的组合：设备交直流（浅灰色）之间，

16、可以提供辅助服务（深灰色）接口，交流电网（浅灰色），DC电网（很浅灰色）和辅助服务的方式（黑色）2.3 高压直流电网在电力系统责任 它是不可能说如何操作职责是在一个共享未来电力系统高压直流电网的许多选项存在。一 选项是，它是组织在一个类似的方式，如在今天的交流电网14。直流电网被分成不同的控 制区域，每个操作由SO谁也经营的一个控制区域交流电网在相同的地理区域。另一种可能 性是有一个DC电网运营商是谁无关从交流电网运营商或两个以前的的组合，多个直流电网 运营商各自独立的由交流电网运营商和彼此。然而，同样的操作的其他方式是可以想象的。 幸运的是，责任的准确定义并不重要讨论的起源或辅助的定义服务，只要在产生