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柔性直流:直流输电技术新变革

北极星输配电网  来源:云顶娱乐官网登录入口报  编辑:郭铭群  2020/2/25 9:24:39  我要投稿  

北极星输配电网讯:自20世纪20年代起,高压直流输电技术经历了三次技术革新,其主要推动力来自换流器基本元件的重大变化。第一代直流输电技术采用的换流元件是汞弧阀,其换流器拓扑是6脉动Graetz桥,主要应用于20世纪70年代以前。第二代直流输电技术采用的换流元件是晶闸管,其换流器拓扑与第一代直流输电技术相同,主要在20世纪70年代初至20世纪90年代得以应用。

基于可控关断器件的第三代直流输电技术诞生于20世纪90年代初,被国际权威学术组织命名为“电压源换流器型直流输电”(VSC-HVDC),又称为“轻型直流输电”(HVDC Light)、“新型直流输电”(HVDC Plus)。我国将此技术命名为“柔性直流输电”。柔性直流输电技术是当今电网科技领域具革命性和挑战性的一项崭新技术,其可控性好、适应性强、运行方式灵活、适用场合多,在新能源消纳和智能电网建设中具有广阔的应用前景。

有何技术特点

有效控制系统中的电流,快速切除和隔离故障,更加灵活地响应电网需求

柔性直流输电是采用可自关断的全控型电力电子器件(如IGBT等)的新一代直流输电技术。在电网中应用柔性直流输电技术,相当于在电网中接入了电源和阀门,不仅能有效控制系统中的电流,快速切除和隔离故障,还可以更加灵活地响应电网需求。

与传统直流输电技术相比,柔性直流输电技术的“柔性特质”有哪些具体表现?一是具有动态无功支撑能力,可有效抑制电压波动;二是不存在换相失败问题,可接入弱电网,可为无源系统供电,适用于孤岛、海上新能源并网;三是可实现有功功率和无功功率的独立控制,控制方式更加可靠灵活;四是潮流反转迅速,易于构建多端直流系统或直流电网;五是在同等电压容量的条件下占地面积小,且规避了谐波大、交直流滤波器占地大等缺点。然而,由于元器件和调制技术的限制,柔性直流输电技术也存在损耗较大、设备成本较高及容量相对较小等不足。

综合考虑上述技术特点,柔性直流输电技术在提升电力系统稳定性、提高配电网的灵活性、增强电网对清洁能源的消纳能力等方面有显著优势,为解决多端直流联网、缓解城市集群负荷压力等提供了全新的技术方案。这一技术是实现孤岛供电、海上风电传输的可靠和有效技术手段,也是构建多种形态能源互联网与智能电网的有力选择。

我国应用实践

在大电网互联、海上风电输送、大规模可再生能源并网等领域迅速发展

云顶娱乐官网登录入口企业于2006年提出柔性直流输电技术总体规划,正式启动柔性直流输电重大科技专项。在这一规划的引导下,国网经济技术研究院迅速响应并组建了柔性直流技术攻关团队,针对柔性直流输电成套技术开展系统化研究。历经十余年科研攻关与创新实践,我国已完全掌握了柔性直流成套技术,并不断在实际工程中应用实践,取得多个“世界首创”,有力推动了柔性直流装备国产化及相关产业链的全面进步。

2014年,±200千伏舟山多端柔性直流输电科技示范工程即世界首个五端柔性直流输电工程成功投运,舟山群岛实现电网互联和可靠供电。这是柔性直流成套技术自主化的首次应用,标志着我国在柔性直流输电技术领域取得重大突破。2015年年底,厦门±320千伏柔性直流输电科技示范工程正式投入运行。这是世界第一个采用对称双极接线方案的柔性直流输电工程,攻克了高压大容量柔性直流输电多项关键技术难关。

与此同时,我国柔性直流输电技术在大电网互联、海上风电输送、大规模可再生能源并网等领域迅速发展。2018年,渝鄂背靠背柔性直流联网工程投运,在世界上首次将柔性直流输电电压提升至±420千伏。该工程输送容量达到500万千瓦,有效提高了川渝电网与华中电网间的互济能力,促进了西南水电的开发和大规模外送。2019年,江苏如东和射阳海上风电柔性直流工程启动,这两项工程是我国首批海上风电经柔性直流送出项目。2019年12月24日,世界首个柔性直流电网——张北柔性直流电网试验示范工程完成工程建设、全线架通,计划在2020年投入运行。该工程以柔性直流输电为核心技术,实现了大规模可再生能源汇集与接入、多种形态能源互补与消纳、交直流电网构建等诸多新技术融合,是柔性直流输电技术发展史上的里程碑。

未来发展之路

应用场景和范围广阔,为传统输电方式转换和大电网发展带来全新变革

从世界范围来看,能源形势正在发生深刻变革,全球电网将朝着智能控制、多能互补、环保高效的方向发展。柔性直流输电技术作为当今世界前沿的电网技术,在新一代能源革命及全球电网建设中扮演着愈发重要的角色。

目前,世界各国已认识到柔性直流输电技术的独特优势及巨大的市场价值。柔性直流输电工程在欧美快速发展,美国、英国、德国等国在未来几年内规划了多达50项柔性直流工程,柔性直流输电工程的市场规模逐渐扩大。

伴随着新型换流阀的应用、控制技术的发展、换流器拓扑结构的升级和直流保护手段的突破,柔性直流输电工程的电压等级和输送容量将会不断提升,而工程造价有望显著下降,柔性直流输电技术的应用场景和范围将更加广阔。此外,随着新能源、柔性直流和交流系统交互影响机理研究的日益深入,柔性直流输电技术将在“源-网-荷-储”一体化模式中发挥更加重要的协调作用,为传统输电方式的转换和大电网发展带来全新变革。

我国始终坚持自主创新道路,已全面完成了柔性直流输电技术从追赶到引领的跨越式发展,并向高电压、大功率、多端、双极、背靠背、混合直流输电、新能源并网、孤岛接入、海上风电外送等多个方向开展探索与实践。我国自主研发的柔性直流技术及工程应用成果得到了国际社会的广泛关注。随着“一带一路”建设的深入推进,我国将越来越多地参与到全球电网建设中,柔性直流输电技术也会成为我国电力技术“走出去”的闪亮名片。

(编辑单位:国网经济技术研究院有限企业)

原标题:柔性直流:直流输电技术新变革

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