适应大规模新能源友好送出的直流输电技术与工程实践

随着能源转型需求增长及新能源快速发展,中国能源结构与电力系统结构正面临着巨大变革。为了适应大规模新能源送出需求,构建以新能源为主体的新型电力系统,迫切需要研发应用灵活可靠的输电技术,基于电力电子设备的直流输电技术重要性日益凸显。目前,中国正在应用的直流输电技术包括常规直流输电技术、柔性直流输电技术及混合直流输电技术。文中基于中国直流输电技术发展和工程实践,归纳分析了大规模新能源经直流送出技术在工程应用中的关键问题,探讨了若干技术方向,为新能源送出技术发展提供了参考。     

柔性直流输电技术在大电网中的应用与实践

柔性直流输电是基于电压源换流器原理的新型直流输电技术,具有无换相失败、有功无功解耦、运行稳定等优点,改善交直流相互影响问题和提高电网稳定性的作用显著。该文对柔性直流的技术特点和发展现状进行了介绍,系统性地阐述了柔性直流输电技术提升大电网稳定性方面的作用,介绍了我国柔性直流技术在大电网应用的工程实践经验,并展望了新型电力系统下柔性直流技术在电网惯性支撑、大规模新能源传输的新技术,为柔性直流技术在新型电力系统的发展与应用提供参考。     

柔性直流输电技术：应用、进步与期望

柔性直流输电技术是构建灵活、坚强、高效电网和充分利用可再生能源的有效途径,代表着直流输电的未来发展方向,已成为新一代智能电网的关键技术之一。概述了国内外柔性直流输电工程的现状以及柔性直流输电技术在交流电网的异步互联、风电场并网、海上平台供电和城市负荷中心供电等领域的应用情况;重点介绍了世界第一个多端柔性直流输电工程———南澳多端柔性直流输电示范工程的研发情况,尤其是其技术难点;指出了直流输电混合化,高电压大容量化,直流输电网络化和直流配电网等未来柔性直流输电技术发展的主要方向;提出了柔性直流输电系统亟待解决的关键问题,诸如具有直流短路故障电流清除能力的电压源换流器拓扑结构,高压直流断路器技术和直流电网运行的基础理论及控制保护技术。     

低频输电

正低频输电技术是借助电力电子技术将50 Hz工频交流降低为15～20 Hz低频交流的新型输电技术。兼具工频系统组网灵活、电压等级易变换,及直流系统远距离大容量能量传输的优点,还具备功率控制、电压动态调整、异步电网互联等功能,且经济性良好。可用于中远距离海上风电送出、陆上新能源汇集与送出等场景。     

特变电工新能源:引领柔性直流输电技术新发展——专访特变电工新疆新能源股份有限公司新能源研究院HVDC产品线总监 林卫星

柔性直流输电技术将在远距离,大容量输电领域发挥愈来愈重要的作用,甚至取代常规直流输电,欧洲已几乎不再建设常规直流输电线路。未来,在柔性直流输电技术完全成熟之后,可以构建柔性直流大电网,与交流电网互联运行。高压大容量柔性直流输电技术的应用将对我国未来电网的发展方式产生深远影响。     

柔性低频交流输电关键技术及应用

基于电压源型换流器的柔性低频交流输电兼具交、直流输电的技术优势,是值得深入研究的新型输电技术。分析基于电压源型换流器的柔性低频交流输电技术特性,列举系统典型拓扑结构。针对海上风电送出场景,计算获得不同频率下典型截面海缆的输电能力曲线。以国内某项目为例进行了经济性对比。结果表明,柔性低频交流输电技术应用于中远距离海上风电送出时具有明显优势。此外,分析了海岛互联供电、陆上大规模新能源发电汇集送出等应用场景;分析了频率变化对高压大容量交交换流器、变压器、断路器、电缆等主要输电设备关键性能的影响;系统性地指出了柔性低频交流输电工程化应用尚需深入开展的研究工作。     

±500 kV多端柔性直流输电系统监视功能设计

柔性直流输电系统在交直流系统互联、大规模风光并网等方面具有较强的技术优势,随着高压大容量多端柔性直流输电系统的逐步应用和推广,现有调度主站的监控功能已不能满足其发展需求。文中详细分析了华北±500 k V/3000 MW四端环形柔性直流电网的拓扑结构和关键设备特性,面向半桥型模块化多电平换流器+直流断路器的组网方式,以换流站无人职守为目标,提出了基于主站调度控制系统的监视功能框架,给出了电网建模、信息采集、拓扑分析及智能告警等主要监视模块的功能方案,以支撑对高压大容量柔性直流电网的监视,为后期工程实施提供借鉴。     

柔性直流输电技术的现状与展望*

柔性直流输电能灵活地适应新能源的发展和现代电网体系多样化的需求,是未来直流输电系统的发展趋势。为此,对柔性直流输电的发展和应用进行了综述。首先,对国内外典型柔性直流输电工程进行了概述,同时介绍了工程中电力电子器件、柔直换流阀、高压直流断路器、桥臂电抗器、直流电缆核心器件的研究进展。最后,探讨了柔性直流输电技术在可再生能源发电并网、大电网异步互联、城市电网改造等领域的未来发展趋势。     

百万千瓦级柔性直流接入大连电网后的系统特性分析

基于电压源换流器和脉宽调制控制的柔性直流输电是一种新一代的高压直流输电技术,应用前景广阔。继上海南汇风电场柔性直流接入示范工程后,根据规划,2014年大连电网将投运世界上首个百万千瓦级柔性直流输电工程。为保障工程顺利实施,需详细分析大容量柔性直流接入对电网的影响。文中首先在国内广泛使用的电力系统机电暂态仿真程序中,开发了柔性直流输电系统模型与算法,并通过与电磁暂态计算的对比,验证了模型与算法的正确性。针对柔性直流接入后大连电网典型运行方式,研究了送受端交流电网故障以及直流控制方式和控制参数等对混联电网恢复特性的影响。研究结论为混联电网和交直流设备的安全稳定运行提供了技术支撑。     

交直流混联电网下直流输电系统运行面临的挑战及对策

目前,国家电网公司已经投运了十三回特高压直流输电工程和多回常规直流、柔性直流工程,实现了大区电网之间利用远距离直流和背靠背直流的异步互联,形成了复杂的大型交直流混联系统.该文从直流输电控制保护基本特性出发,分析了直流系统与交流系统、直流系统与新能源之间的相互影响以及直流系统对电网三道防线的影响,总结了近年来由于多回大容...     

百万千瓦级柔性直流接入大连电网后的系统特性分析

基于电压源换流器和脉宽调制控制的柔性直流输电是一种新一代的高压直流输电技术,应用前景广阔.继上海南汇风电场柔性直流接入示范工程后,根据规划,2014年大连电网将投运世界上首个百万千瓦级柔性直流输电工程.为保障工程顺利实施,需详细分析大容量柔性直流接入对电网的影响.文中首先在国内广泛使用的电力系统机电暂态仿真程序中,开发了柔性直流输电系统模型与算法,并通过与电磁暂态计算的对比,验证了模型与算法的正确性.针对柔性直流接入后大连电网典型运行方式,研究了送受端交流电网故障以及直流控制方式和控制参数等对混联电网恢复特性的影响.研究结论为混联电网和交直流设备的安全稳定运行提供了技术支撑.     

“特高压直流输电控制保护”专栏征稿启事

正中国地域辽阔,一次能源与用电负荷逆向分布,远距离、大容量的特高压直流输电可有效解决新能源送出、负荷中心电力供应的迫切需求。目前,国家电网公司已建成"五纵五横"特高压电网骨干网架,包含27条特高压线路,形成450 GW的输送能力,其中特高压直流输电工程占了一半以上。这些特高压直流输电工程的投运为实现电网互联、跨区电力资源优化配置发挥了重要作用。     

海上柔性直流输电工程直流电压等级确定方法

随着海上风电机组大型化以及投资规模的不断扩大和建设成本逐渐下降,近海风电资源日趋紧张,基于柔性直流输电技术的大规模、远距离海上风电送出工程得到了较大的应用。在海上风电柔性直流输电工程中,直流电压等级是体现输送能力的重要技术参数。文中基于IGBT器件的稳态和暂态通流能力以及直流海缆载流量限制要求,提出了一种海上风电柔性直流输电工程的直流电压等级确定方法。并在此基础上,以某900 MW海上风电柔性直流输电工程为例,给出了工程案例的直流电压等级确定流程。所提出的海上风电柔性直流输电工程的直流电压等级确定方法,有利于降低工程建设成本并推进中国远海风电大规模集约开发与并网技术的发展。     

高压直流输电的前沿技术

大容量、远距离输电已经成为我国电网发展的趋势，而直流输电技术在大容量、远距离输电中占有极其重要的地位。开展高压直流输电的前沿技术研究，对我国电网的建设和安全稳定运行均具有重要的意义。结合高压直流输电技术在南方电网中的应用，重点介绍中国南方电网公司在直流输电和交直流混合电网运行技术、直流输电工程技术自主化及特高压直流输电技术方面研究的最新进展，包括在高压直流输电前沿技术方面的研究成果及其在南方电网中的应用。     

南网科研院引领柔性直流输电技术发展

正近日,由南网科研院牵头的"十三五"国家重点研发计划"高压大容量柔性直流输电关键技术研究与工程示范应用"项目通过了国家工业和信息化部组织的专家评审。该项目将突破特高压、大容量、远距离、架空线、混合直流输电技术,代表了未来直流输电发展方向,推动传统电网结构实现升级。据介绍,2016年国家重点研发计划"高压大容量柔性直流输电关键技术研究与工程示范应用",在柔性直流输电灵活接入技术,特高压、大容量、远距离、架空线、混合直流输电技术,±800kV/5000 MW等级特高压柔性直流输电换流阀装备研制,特高压柔性直流输电控制保护关键     

特约主编寄语

随着能源系统正在不断向低碳化转型,风电、光伏等清洁能源发电占比不断增大,传统电网的结构形态也需要随之变化,其灵活性和可控性也需要进行提升。柔性直流输电技术的出现,为电网灵活可控、远距离大容量输电、高效接纳新能源提供了新的手段。尤其是采用柔性直流技术可以很方便地构建直流电网,使得电能的直流网络化传输成为可能,在延续100多年的交流电网之外,开始出现了新的电网形态。     

柔性直流分区技术在多直流馈入的受端电网中的应用研究

多直流馈入的受端电网由于多直流落点受端系统的交直流相互作用复杂、直流馈入功率大,存在着交流故障引起多条直流同时发生换相失败的风险、区域间潮流交换困难、短路电流水平超标等问题.柔性直流输电以其快速灵活的调节功率、不增加系统短路容量等优越特性,在远距离大容量输电、异步联网等方面获得了广泛的应用.利用柔性直流输电的技术优势来...     

柔性直流输电技术研究分析

介绍了柔性直流输电的技术原理和控制策略,指出当前控制方法研究成果中存在的问题,比较了柔性直流输电技术几种发展方向的研究现状,分析了基于模块化多电平换流器的输电方式,根据目前国内外柔性直流输电示范工程,说明了柔性直流输电技术在新能源、城市电网和智能电网中的应用前景。     

混合直流输电技术及发展分析

混合直流输电系统结合常规直流输电系统和柔性直流输电系统的优点,是一种新型直流输电拓扑结构。文中从混合直流输电系统的主接线和换流器拓扑结构、控制和保护技术等方面进行了系统分析,指出了混合直流输电技术的难点及未来的发展目标和方向。介绍了混合直流输电技术可能适用的场景及目前的应用现状。最后结合中国能源发展战略和未来电网的发展特点及需求,分析了混合直流输电技术研究及工程应用的趋势。     

双柱折叠式直流隔离开关研究与开发

高压直流输电在远距离大容量输电和电力系统联网方面具有明显的优势,它在中国西电东送和全国联网工程中起到重要的作用。直流隔离开关的技术要求相对交流隔离开关要严格的多,文中针对特高压直流输电工程的实际需要,从产品选型、触头结构、均压环设计、抗震分析等方面进行了深入探讨,对关键设计点提出了一些新的设计思路和观点。通过理论分析、试验验证以及工程应用,结果表明,双柱折叠插入式隔离开关更适合特高压直流输电工程长期通流及安全可靠运行需要。