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柔性直流输电技术促高压直流输电系统市场繁荣
日期:2017-02-17 16:06:31 | 来源:北极星输配电网整理 | 点击率:1199
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自从七十多年前在瑞典开发第一条测试线路以来,高压直流(HVDC)输电系统迅速普及并越来越多地被采用。从那时起,主要的技术变革和前沿研究已经在世界各地发生,以提炼出柔性直流输电技术(HVDC VSC)。

随着越来越多的新能源接入、环境恶化的加剧,对传统输电系统的安全以及性能也随之提出了更高的要求。这时主要的技术变革和前沿研究已经在世界各地发生,以提炼出柔性直流输电技术(HVDC VSC)。

柔性直流的提出

柔性直流是继交流、常规直流之后,以电压源换流器为核心的新一代直流输电技术,是目前世界上可控性最高、适应性最好的输电技术,被誉为“电力电子技术皇冠上的宝石”与“21世纪最为振奋人心的输电技术革命”。

柔性直流输电技术不存在换相失败问题,可实现有功、无功功率的独立控制,易于构建多端直流网络,可改善可再生能源接入性能,提高低电压穿越能力和系统稳定性。该技术为多端直流联网、大型城市中心负荷供电提供了一个崭新的解决方案,可向孤岛、边远地区等比较薄弱的电网安全、经济、高效地输电,是远海风电并网的最佳技术手段,是构建智能电网和全球能源互联网最具特色的技术之一,将给输电方式和电网架构带来重要的变革。近几年来在欧美呈井喷式发展态势。

柔性直流输电具有独立调节有功及无功功率等特点,构建柔性直流电网对于大规模新能源并网、提高电网大规模远距离输电能力、提高配电网供电的灵活性及可靠性意义重大,将给新能源的高效利用及电网发展带来革命性的变化。

我国柔性直流发展历程

2006年公司组织,国网智研院柔性直流团队牵头,制定《柔性直流输电系统关键技术研究框架》,标志公司柔性直流输电技术研究正式启动。

2007年国网智研院推动成立我国主导的首个国际大电网组织(CIGRE)工作组——CIGREB4.48,汤广福博士担任工作组召集人。

2009年4月,国网智研院确定基于模块化多电平电压源换流器拓扑的柔性直流输电技术路线。

2011年7月25日,亚洲首项柔性直流输电示范工程——上海南汇风电场柔性直流输电工程投入正式运行,公司成为继ABB、西门子之后,世界第三家具备柔直成套设备研发和工程实施能力的企业。

2013年1月17日,国网智研院在世界上率先研制成功±320千伏/100万千瓦柔性直流换流阀及阀控设备,并在DNVKEMA实验室见证下通过所有型式试验,该实验室认为此项成果具有打破世界纪录的电压和容量水平。

2015年12月17日,世界上电压等级最高、输送容量最大的双极柔性直流输电工程——厦门±320千伏/100万千瓦柔性直流输电科技示范工程正式投运。

2016年11月6日,许继集团自主研制的舟山柔性直流输电200千伏高压直流断路器,在全球能源互联网研究院电力电子实验室顺利通过全部型式试验,试验项目和试验参数完全符合国标和IEC标准要求,各项技术指标均达到国际先进水平。

柔性直流推动技术、设备的不断创新发展

没有快速断开直流电流的设备,柔直工程始终埋藏着隐患

大功率直流输电不同于目前的交流输电,电流及电压连续不间断,相当于高速奔驰的高铁,能量巨大。柔性直流电网设备故障时短路电流上升极快,为确保设备安全及系统安全运行,要求直流断路器在3毫秒内断开故障电流、隔离故障点,这相当于将一列高速奔驰的列车在几毫秒的时间内停下来,难度极大,现有的开断技术无法满足要求。如何解决大功率直流开断的问题,长期困扰着国内外学术界,因此被称为电力技术领域的百年难题。

国网浙江省电力公司、国网智能电网研究院、南京南瑞继保电气有限公司、舟山供电公司展开协同攻关,研制出200千伏高压直流断路器样机、阻尼恢复系统,并相继通过了中国电机工程学会组织的技术鉴定。

据中国电机工程学会的专家鉴定,舟山200千伏高压直流断路器作为全球首个投入工程应用的高压直流断路器,整体技术达到国际领先水平。该断路器基于超高速机械开关和级联全桥模块混合,可实现双向故障电流的快速断开,整体控制简单,可靠性高,可在3毫秒内断开一条200千伏高压直流输电线路产生的高达15000安的故障电流,速度比人类眨眼还要快100倍。

以海上风电为例,搭载了直流断路器的柔性直流输电系统,能快速灵活地实现单个远距离海上风电的投入和退出,保证海上风电能源高效消纳和电力网络可靠运行。

不仅如此,200千伏高压直流断路器在工程领域的首次示范应用,也为后续的±500千伏张北柔性直流电网示范工程的建设奠定了坚实基础,更对我国直流电网的加快发展、大规模新能源的高效并网消纳、抢占高端电工装备制造业制高点具有重要意义。

众所周知,直流输电损耗低,特别适用于远距离传输,如果将直流线路连成网络,将给能源的高效利用带来革命性的变化。加装直流断路器后,断路器可以快速切断故障电流,对直流输电系统和直流电网的安全可靠运行有着极其重要的作用。同时,直流电网作为未来电网的重要发展方向,可以与目前技术成熟的交流电网形成互补,有力推动电网互联互通。高压直流断路器正是直流“成网”的关键技术所在。

200千伏高压直流断路器在舟山柔直工程的成功应用,也对我国新能源的发展具有重要示范作用。柔性直流输电工程配置断路器之后,将提高新能源并网与外送工程运行可靠性、灵活性,有力支撑新能源高效并网和消纳。

此外,200千伏高压直流断路器作为我国电工装备制造业的世界级成果,将推动直流输电技术的快速发展,从而带动功率半导体、高压开关等产业技术发展和制造工艺提升,构建高压直流技术装备产业链,带动我国电力电子与电工装备制造业的进步,抢占电工装备制造业制高点,推进“一带一路”建设等战略的实施。

未来的市场发展预期

如今,VSC预计在预测期内以最高增长率增长。VSC技术使用绝缘栅双极晶体管以弥补常规方法引起的缺点,因此越来越受欢迎。电容器整流转换器正越来越受欢迎,并预计促进其他组件的增长。

2015年,VSC细分市场价值超过30亿美元,预计到2016年底将达35亿美元,同比增长率为9.1%;

到2026年,预计VSC细分市场价值将接近90亿美元,预测期内的年复合增长率达10.2%;

2016-2026年,预计VSC细分市场将在创造接近55亿美元的增值机会;

另外,预期VSC细分市场在整个预测期内的同比年增长率较高。

多端柔性直流输电系统由于能够实现多电源供电、多落点受电,更灵活快捷等优点在新能源并网、构筑直流电网等领域具有广阔的应用前景。与两端柔性直流输电系统不同,多端直流输电线路要求更快速地切除故障电流,隔离故障线路,保证非故障线路正常运行。两端直流输电系统中依靠闭锁换流器,跳开交流侧断路器、停运多个换流站的故障处理方法将不适用于多端直流输电系统。

未来多柔性直流输电工程的广泛建设与发展,更期待的是由已建成的两端柔性直流系统拓展而成。因此对于可拓展成多端直流系统的两端柔性直流输电系统,需要考虑多端系统的特征,对线路保护原理和故障处理方案进行深入研究,以适应多端柔性直流线路故障处理和保护的需求。

 

下一条: 多端柔性直流系统故障保护方案简介
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