柔性直流輸電技術在我國的發展
發布者:lzx | 來源:國家電網報 | 0評論 | 550查看 | 2020-02-25 11:16:30    

自20世紀20年代起,高壓直流輸電技術經歷了三次技術革新,其主要推動力來自換流器基本元件的重大變化。第一代直流輸電技術采用的換流元件是汞弧閥,其換流器拓撲是6脈動Graetz橋,主要應用于20世紀70年代以前。第二代直流輸電技術采用的換流元件是晶閘管,其換流器拓撲與第一代直流輸電技術相同,主要在20世紀70年代初至20世紀90年代得以應用。


基于可控關斷器件的第三代直流輸電技術誕生于20世紀90年代初,被國際權威學術組織命名為“電壓源換流器型直流輸電”(VSC-HVDC),又稱為“輕型直流輸電”(HVDC Light)、“新型直流輸電”(HVDC Plus)。我國將此技術命名為“柔性直流輸電”。


柔性直流輸電技術是當今電網科技領域具革命性和挑戰性的一項嶄新技術,其可控性好、適應性強、運行方式靈活、適用場合多,在新能源消納和智能電網建設中具有廣闊的應用前景。


有何技術特點——有效控制系統中的電流,快速切除和隔離故障,更加靈活地響應電網需求


柔性直流輸電是采用可自關斷的全控型電力電子器件(如IGBT等)的新一代直流輸電技術。在電網中應用柔性直流輸電技術,相當于在電網中接入了電源和閥門,不僅能有效控制系統中的電流,快速切除和隔離故障,還可以更加靈活地響應電網需求。


與傳統直流輸電技術相比,柔性直流輸電技術的“柔性特質”有哪些具體表現?一是具有動態無功支撐能力,可有效抑制電壓波動;二是不存在換相失敗問題,可接入弱電網,可為無源系統供電,適用于孤島、海上新能源并網;三是可實現有功功率和無功功率的獨立控制,控制方式更加可靠靈活;四是潮流反轉迅速,易于構建多端直流系統或直流電網;五是在同等電壓容量的條件下占地面積小,且規避了諧波大、交直流濾波器占地大等缺點。然而,由于元器件和調制技術的限制,柔性直流輸電技術也存在損耗較大、設備成本較高及容量相對較小等不足。


綜合考慮上述技術特點,柔性直流輸電技術在提升電力系統穩定性、提高配電網的靈活性、增強電網對清潔能源的消納能力等方面有顯著優勢,為解決多端直流聯網、緩解城市集群負荷壓力等提供了全新的技術方案。這一技術是實現孤島供電、海上風電傳輸的可靠和有效技術手段,也是構建多種形態能源互聯網與智能電網的有力選擇。


我國應用實踐——在大電網互聯、海上風電輸送、大規模可再生能源并網等領域迅速發展


國家電網公司于2006年提出柔性直流輸電技術總體規劃,正式啟動柔性直流輸電重大科技專項。在這一規劃的指導下,國網經濟技術研究院迅速響應并組建了柔性直流技術攻關團隊,針對柔性直流輸電成套技術開展系統化研究。歷經十余年科研攻關與創新實踐,我國已完全掌握了柔性直流成套技術,并不斷在實際工程中應用實踐,取得多個“世界首創”,有力推動了柔性直流裝備國產化及相關產業鏈的全面進步。


2014年,±200千伏舟山多端柔性直流輸電科技示范工程即世界首個五端柔性直流輸電工程成功投運,舟山群島實現電網互聯和可靠供電。這是柔性直流成套技術自主化的首次應用,標志著我國在柔性直流輸電技術領域取得重大突破。2015年年底,廈門±320千伏柔性直流輸電科技示范工程正式投入運行。這是世界第一個采用對稱雙極接線方案的柔性直流輸電工程,攻克了高壓大容量柔性直流輸電多項關鍵技術難關。


與此同時,我國柔性直流輸電技術在大電網互聯、海上風電輸送、大規模可再生能源并網等領域迅速發展。2018年,渝鄂背靠背柔性直流聯網工程投運,在世界上首次將柔性直流輸電電壓提升至±420千伏。該工程輸送容量達到500萬千瓦,有效提高了川渝電網與華中電網間的互濟能力,促進了西南水電的開發和大規模外送。2019年,江蘇如東和射陽海上風電柔性直流工程啟動,這兩項工程是我國首批海上風電經柔性直流送出項目。2019年12月24日,世界首個柔性直流電網——張北柔性直流電網試驗示范工程完成工程建設、全線架通,計劃在2020年投入運行。該工程以柔性直流輸電為核心技術,實現了大規模可再生能源匯集與接入、多種形態能源互補與消納、交直流電網構建等諸多新技術融合,是柔性直流輸電技術發展史上的里程碑。


未來發展之路——應用場景和范圍廣闊,為傳統輸電方式轉換和大電網發展帶來全新變革


從世界范圍來看,能源形勢正在發生深刻變革,全球電網將朝著智能控制、多能互補、環保高效的方向發展。柔性直流輸電技術作為當今世界前沿的電網技術,在新一代能源革命及全球電網建設中扮演著愈發重要的角色。


目前,世界各國已認識到柔性直流輸電技術的獨特優勢及巨大的市場價值。柔性直流輸電工程在歐美快速發展,美國、英國、德國等國在未來幾年內規劃了多達50項柔性直流工程,柔性直流輸電工程的市場規模逐漸擴大。


伴隨著新型換流閥的應用、控制技術的發展、換流器拓撲結構的升級和直流保護手段的突破,柔性直流輸電工程的電壓等級和輸送容量將會不斷提升,而工程造價有望顯著下降,柔性直流輸電技術的應用場景和范圍將更加廣闊。此外,隨著新能源、柔性直流和交流系統交互影響機理研究的日益深入,柔性直流輸電技術將在“源-網-荷-儲”一體化模式中發揮更加重要的協調作用,為傳統輸電方式的轉換和大電網發展帶來全新變革。


我國始終堅持自主創新道路,已全面完成了柔性直流輸電技術從追趕到引領的跨越式發展,并向高電壓、大功率、多端、雙極、背靠背、混合直流輸電、新能源并網、孤島接入、海上風電外送等多個方向開展探索與實踐。我國自主研發的柔性直流技術及工程應用成果得到了國際社會的廣泛關注。隨著“一帶一路”建設的深入推進,我國將越來越多地參與到全球電網建設中,柔性直流輸電技術也會成為我國電力技術“走出去”的閃亮名片。

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