支持风力发电及太阳能发电节能输电的电力电容器解决方案

电子工程世界 2020-12-14 00:00

【有奖直播】深入学习Microchip时钟和全新单片机方案 【有奖直播】提升毫米波信号测试精度

随着社会普遍寻求节约能源和减少其对环境及气候的影响的方法，人们的注意力开始转向将消费人群与可再生能源（如海上风电场和远程太阳能发电厂）连接起来所需的电力传输手段。毕竟，长距离电力传输上的功率损耗可能很大。出于这个原因，全球的电力传输系统运营商越来越多地采用VSC HVDC传输系统，这些系统能够最大限度地减少这些损耗。

HVDC系统的市场规模将在未来几年强劲增长。在2018年仅高于70亿美元的市场规模，预计将在2025年将增长60%以上，达到115亿美元。

预期增长的主要原因不仅是电动汽车和数据中心的电力需求增加，还有可再生能源的增长。由于大型风电场和太阳能发电厂通常距离消费人群很远，因此它们需要的传输链路比传统的交流传输技术具有更低的损耗。这些高压直流传输系统（HVDC）中的变流器提供恒定的DC电压，因此被称为电压源变流器（VSC）。在长距离上，VSC HVDC系统具有比AC传输系统低得多的损耗，这使之能够通过海底电缆和长距离陆地链路从远程发电设施有效地传输电能。VSC HVDC输电技术（国内称柔性直流传输）特别适用于海上风电场等可再生能源，因为其换流站足够紧凑，可轻松安装在海上平台上。此外，该技术能够实现电压不同的多个子电网的互连，并且比AC系统更易于控制。此外，VSC HVDC（柔性直流传输）系统还具有降低电缆敷设和其他安装工作成本的优点。

HVDC系统面临的一个关键挑战是实现稳定的电压。在长距离传输电力期间电压容易变得不稳定，从而产生诸如配电系统和用户设备容易损坏等问题的可能性。解决这些问题需要具有高电流能力的电力电容器，使其能够承受大的电压波动。此外，由于这种电力电容器用于工业电力基础设施和铁路运输应用，因此它们还需要具有高水平的耐用性和可靠性。

电动汽车及数据中心的电力需求高涨及可再生能源的增加，推动着HVDC市场的发展。

位于图片中间位置的是变流站。电力电容器在这里将电力调整平稳。

TDK的电力电容器是位于HVDC链路两端的换流站中的关键部件，它将交流电转换为直流电流进行传输，然后在另一端再转换回交流电，以便将电能反馈到电网中。在为长距离传输准备电源的升压站中，电容器组用于稳定变流器的DC电压。在HVDC链路末端的站中，它们确保交流输出电压适合馈入电网。随着可再生能源在全世界的使用持续增长，这些电容器同样将继续有助于降低传输功率损耗并达到节省能源的目的。

在技术特性方面，采用TDK专有扁平绕卷技术的电力电容器可实现约95%的体积填充系数。同时，电容器的最大电容值超过10,000μF。这类电力电容器具有非常高的电流密度，尺寸紧凑（350×600×160mm）它们能够在海上变流站的密闭空间展示出卓越的性能，控制电压波动。此外，它们具有自愈的功能，即使过压导致电容器内部发生电气故障，绝缘层也会在几微秒内恢复，防止短路。其温度和电气特性的长期稳定性，它们可提供长达 40 年的极其可靠的工作寿命。

TDK电容器已经安装在欧洲、美国、中国等多个HVDC项目中，TDK作为HVDC系统的主要电力电容供应商，已经确立了稳固的市场地位，例如，应用于北京与张家口之间的HVDC项目（张家口位于中国首都西北约250公里处）。该新电网由中国国家电网公司(SGCC)设计，该公司是全球领先的电力公司之一。它将在为2022年北京冬季奥运会提供远程风能、光伏和水力发电清洁能源方面发挥关键作用。高压直流电网具有世界上最高电压水平(550千伏)和最大的传输能力。电容器是转换器站的关键组件，可将每个HVDC链路在开始馈入的交流电流转换为直流电流，为长距离传输做好准备。它们还安装在变流站中，将直流电流转换回另一端的交流电。