柔性直流輸電技術(shù)進入快速應(yīng)用階段，在智能電網(wǎng)建設(shè)中發(fā)揮重要作用

我國在柔性直流輸電技術(shù)方面已經(jīng)進入快速應(yīng)用階段。柔性直流輸電技術(shù)在解決大區(qū)域電網(wǎng)與周邊弱電網(wǎng)互聯(lián)、可再生能源并網(wǎng)等問題方面有著特殊的優(yōu)勢，必將在智能電網(wǎng)建設(shè)進程中發(fā)揮重要作用。

新一代：實現(xiàn)靈活控制

柔性直流輸電是采用電壓源換流技術(shù)的直流輸電技術(shù)，也叫電壓源型直流輸電。在現(xiàn)有電網(wǎng)中使用柔性直流輸電系統(tǒng)，相當于在電網(wǎng)中接入了一個閥門和電源，它不僅可以有效控制通過的電能，隔離電網(wǎng)故障的擴散，而且還能根據(jù)電網(wǎng)需求，快速、靈活地發(fā)出或吸收一部分能量。這對增強電網(wǎng)穩(wěn)定性，提升電網(wǎng)的智能化和可控性，具有重要作用。

20世紀70年代以來，基于晶閘管換流閥的直流輸電技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用，但是，晶閘管換流閥只能控制閥的開通，不能控制閥的關(guān)斷，因此，直流輸電技術(shù)的應(yīng)用受到限制。進入90年代以后，隨著可關(guān)斷開關(guān)器件的發(fā)展，特別是絕緣柵雙極型晶體管IGBT的廣泛應(yīng)用，采用可關(guān)斷器件的電壓源換流器性能得到了改善，后來被引入到直流輸電領(lǐng)域。對于采用電壓源換流技術(shù)的直流輸電技術(shù)，國際權(quán)威電力學(xué)術(shù)組織將其定義為基于電壓源型換流器的高壓直流輸電技術(shù)。1997年，第一個柔性直流輸電工程投入工業(yè)試驗運行。

柔性直流輸電技術(shù)相比其他輸電技術(shù)，具有電流自關(guān)斷能力，可以獨立控制有功功率和無功功率，不存在交流輸電固有的頻率穩(wěn)定問題和傳統(tǒng)直流輸電的換相失敗問題。系統(tǒng)主要設(shè)備包括電壓源換流器、連接變壓器、橋臂電抗器、開關(guān)設(shè)備、直流電容、直流開關(guān)設(shè)備、測量系統(tǒng)、控制與保護裝置等。柔性直流輸電技術(shù)在大規(guī)模清潔能源并網(wǎng)、海島供電、交流電網(wǎng)同步/異步互聯(lián)、構(gòu)建直流電網(wǎng)等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。

福建廈門柔性直流輸電工程全景。資料圖

柔性直流輸電技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域。資料圖

第一條：獲得多項成果

2006年5月，國家電網(wǎng)公司確定了《柔性直流輸電系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究框架》，由此啟動了我國在柔性直流輸電關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域的全面研究。上海南匯風(fēng)電場柔性直流輸電示范工程，是我國首條柔性直流輸電工程，也是亞洲首條柔性直流輸電示范工程。項目包括兩個直流換流站和8千米直流輸電線路，額定運行容量為1.8萬千瓦，直流額定電壓為±30千伏，直流額定電流為300安。

2010年年底，南風(fēng)換流站正式開工建設(shè)。一個月后，柔性直流輸電可關(guān)斷器件閥多層級子模塊串聯(lián)、高頻寬范圍特性分析及電磁兼容設(shè)計模塊化多電平換流器試驗方法研究等關(guān)鍵技術(shù)上取得了重要突破，獲得了多項擁有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的重大成果。2011年5月3日，上海南匯風(fēng)電場柔性直流輸電示范工程順利完成工程整體試運行;2011年7月25日，上海南匯風(fēng)電場柔性直流輸電示范工程正式投入運行。中電普瑞電力工程有限公司承擔(dān)了該工程的總集成及技術(shù)總負責(zé)，并研制開發(fā)了具有國際先進水平的全套換流閥、閥基控制器及控制保護系統(tǒng)等核心裝備。工程的順利投運，標志著國家電網(wǎng)公司成為繼ABB、西門子之后，世界第三家具備柔性直流輸電系統(tǒng)總成套能力的企業(yè)。

“雙車道”：多項世界之最

福建廈門±320千伏柔性直流輸電科技示范工程在世界上首個采用真雙極接線，額定電壓和輸送容量雙雙達到國際之最。2014年7月21日，廈門柔性直流工程開工建設(shè)。工程額定電壓±320千伏，輸送容量1000兆瓦，工程新建島外浦園換流站(送端)、島內(nèi)鷺島換流站工程(受端)兩座±320千伏換流站及±320千伏彭厝—湖邊柔性直流線路工程，直流線路總長10.7千米，全部為陸纜，采用1800平方毫米大截面絕緣直流電纜敷設(shè)，通過廈門翔安海底隧道與兩座換流站連接。工程采用真雙極接線，與交流輸電線路、偽雙極接線柔性直流輸電線路相比，運行方式更靈活、可靠性更高。真雙極接線就像高速公路雙車道，A道和B道并列承載交通流量，如果任意一個車道損壞，另一車道還是可以正常通車。

2015年12月17日，示范工程正式投運。工程投運后，能有效增強廈門地區(qū)電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，不僅可以補充電力缺額，滿足負荷增長需求，還具備動態(tài)無功補償功能，有力地提高了電網(wǎng)的供電可靠性、輸電能力和穩(wěn)定運行水平。工程的建成投運，標志著我國全面掌握高壓大容量柔性直流輸電工程設(shè)計、設(shè)備制造、工程施工調(diào)試、運營等關(guān)鍵技術(shù)，具備工程成套能力，對于進一步提高我國直流輸電技術(shù)水平和電力裝備制造水平具有重要意義，為更高、更大輸送容量柔性直流輸電工程的建設(shè)提供了可復(fù)制、可推廣的經(jīng)驗。發(fā)電機

大容量：綠色奧運歡迎你

張北柔性直流電網(wǎng)試驗示范工程于2017年12月14日獲得國家發(fā)改委核準批復(fù)，計劃于2020年6月建成投產(chǎn)，對支撐低碳和綠色奧運具有重要意義。2018年2月28日，張北可再生能源柔性直流電網(wǎng)試驗示范工程開工動員大會在北京召開。該工程是世界上首次提出并建設(shè)具有網(wǎng)絡(luò)特性的直流電網(wǎng)工程，是目前世界上電壓等級最高、輸送容量最大的柔性直流電網(wǎng)工程，是世界上首次采用高電壓(±500千伏)、大電流(25千安)、高速直流斷路器作為架空線故障清除設(shè)備的工程。該工程由4座柔性直流換流站、4條直流架空線路組成，總換流容量900萬千瓦，構(gòu)建起輸送大規(guī)模風(fēng)電、光伏、抽蓄等多種能源的4端環(huán)形柔性直流電網(wǎng)。分別在張家口市康?？h、張北縣建設(shè)2座±500千伏送端柔性直流換流站，在承德市豐寧縣建設(shè)1座±500千伏調(diào)節(jié)換流站，在北京建設(shè)1座±500千伏受端柔性直流換流站，4條直流架空線路分別為張北—康保、康?！S寧、豐寧—北京和北京—張北±500千伏直流架空線路，總長654.2千米。

國網(wǎng)冀北電力有限公司以建設(shè)張北可再生能源柔性直流電網(wǎng)工程為契機，通過示范應(yīng)用柔性直流輸電等先進技術(shù)，積極構(gòu)建大規(guī)模新能源安全智能外送新路徑，提升電網(wǎng)接納和配置多種能源的能力。工程的建設(shè)對于試驗示范柔性直流電網(wǎng)技術(shù)，實現(xiàn)弱送端條件下新能源大規(guī)模送出，提高電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定水平，推動張北可再生清潔能源的送出與消納，滿足張家口可再生能源綜合示范區(qū)建設(shè)需要意義重大。工程將會推動大容量柔性直流換流閥、高電壓等級直流斷路器、控制保護系統(tǒng)等柔性直流電網(wǎng)關(guān)鍵設(shè)備的自主研發(fā)，提升我國電力裝備制造水平，為我國大規(guī)模應(yīng)用柔性直流輸電技術(shù)積累技術(shù)與運行經(jīng)驗。

【你知道嗎?】

2003年，美國東北部地區(qū)發(fā)生大停電事故，電網(wǎng)采用的柔性直流輸電系統(tǒng)提供了必要的電壓和頻率支持，幫助電網(wǎng)系統(tǒng)快速恢復(fù)了供電。

柔性直流輸電技術(shù)未來發(fā)展方向：1.高電壓大容量。特高壓大容量柔性直流輸電系統(tǒng)未來將成為解決大規(guī)模可再生能源并網(wǎng)問題的一個重要手段。2.架空線應(yīng)用。已投運的柔性直流輸電工程均由電纜來傳輸電能，但電纜會大大增加工程投資，未來柔性直流輸電技術(shù)的發(fā)展將逐漸趨于架空線應(yīng)用。3.成本逐漸降低。未來隨著IGBT器件的國產(chǎn)化逐步成熟，柔性直流系統(tǒng)的造價將進一步降低。

本版內(nèi)容來源于《電網(wǎng)新技術(shù)讀本》、國網(wǎng)上海市電力公司、國網(wǎng)福建省電力有限公司、國網(wǎng)冀北電力有限公司、中國電力科學(xué)研究院、中電普瑞電力工程有限公司等，王靖、林麗平、王彥、金雍奧、熊雄、張東岳對本文有貢獻。