國家電網模塊化多電平柔性直流輸電技術實現工程應用
國家電網模塊化多電平柔性直流輸電技術實現工程應用

文章來源:國家電網公司 發布時間:2015-06-30
電力供應是現代社會發展的基石,隨著全球能源利用方式加速向綠色清潔轉變,促使電能輸送方式向更加高效、靈活、環保的方向發展。柔性直流輸電技術是繼交流、常規直流之后的一種新型輸電技術,是目前世界上可控性最高、適應性最好的輸電技術,也是構建未來電力供應系統的重要手段。因此,發達國家十分重視發展柔性直流輸電技術,歐盟提出超級電網計劃,旨在建立以柔性直流輸電為骨干的電力互聯網絡,實現廣域可再生能源發電資源互補和高效利用。
此前,全球共有6個柔性直流輸電工程,均采用兩電平/三電平技術,但普遍存在運行損耗高、容量擴展困難等問題,這嚴重制約了柔性直流輸電技術的持續發展和應用。從理論上講,模塊化多電平柔性直流輸電技術可以克服上述缺陷,但一直停留在概念階段,我國要開展自主研發將面臨巨大挑戰。
為了加快我國柔性直流輸電技術的發展,國家電網組織研發團隊,依托國家973計劃等重大課題,歷經8年自主創新,在模塊化多電平柔性直流輸電技術的運行機理、核心設備、控制保護、試驗能力、仿真方法等方面取得了全面突破:一是揭示了交直流系統、多換流器系統及換流器內部等多層次間的功率交換機理,解決了系統分析、絕緣配合和參數優化等成套設計難題;二是提出了數千個功率模塊納秒級動態行為調控、換流閥復雜應力均衡優化設計方法,解決了電壓源換流器設備研制難題;三是提出了優化脈沖分配算法、環流抑制和多層面協同調控方法(控制周期10-100微秒),解決了控制保護系統設計難題;四是提出了交直流功率循環和多源注入試驗方法,解決了換流器交直流復合應力等效試驗難題;五是提出了基于等慣性時間常數和相似性原理的動態模擬方法,解決了高精度全規模仿真與驗證難題。該項成果共獲授權專利76項(其中美國發明專利1項、中國發明專利46項),編制國際標準和導則8項、中國國家和行業標準4項,編著了包括國內首部柔性直流輸電技術專著《基于電壓源換流器的高壓直流輸電技術》在內的學術著作4部。該項成果還推動成立了首個由我國主導的國際大電網組織(CIGRE)工作組,項目組成員參與了柔性直流輸電領域目前所有IEC標準編寫,顯著提升了我國在國際電工領域的影響力和話語權。該項目成果,推動了我國電力裝備產業技術進步,標志我國在柔性直流輸電領域達到國際領先地位。
該項目成果先后應用于上海南匯的世界首個風電場并網模塊化多電平柔性直流輸電科技示范工程,浙江舟山的世界上端數最多的五端柔性直流輸電工程,世界上電壓等級最高、容量最大的柔性直流換流閥產品研制,部分成果還推廣應用于英法互聯Channel Cable、英國海上風電并網EA ONE等歐洲柔性直流輸電工程的設計。上述工程投運以來,運行良好,性能穩定,進一步證明了模塊化多電平柔性直流輸電技術路線的可行性和適應性。
今后,該項目研制的模塊化多電平柔性直流輸電技術和裝備將推動我國柔性直流輸電領域的快速發展,并取得更大的經濟和社會效益,同時,還將成為中央企業實施“一帶一路”戰略的重要合作項目,助推中央企業國際產能和裝備制造合作。