2024年面向双高电力系统发展需求的柔性直流输电技术报告_49页_12mb

柔性直流输电与双高电力系统发展总结

核心内容概述

随着“双碳”目标的推进，我国新能源装机容量和发电量快速增长，预计到2060年风电、光伏装机将超过50亿千瓦，占总装机比例超过50%。这一趋势使得新型电力系统呈现出“双高”特性：高比例可再生能源和高比例电力电子设备。然而，这种特性也带来了系统支撑能力弱、震荡风险提升、随机波动增加、抗扰能力减弱等挑战。

为应对这些挑战，柔性直流输电技术因其可控性高、适应性强，成为支撑新型电力系统的重要手段。构网型柔性直流输电技术通过模拟同步机特性，提供电压、频率支撑，提升电网稳定性，是未来发展方向。

主要观点

• 新能源发展迅猛：我国风电、光伏装机规模近十年增长10倍，2023年清洁能源发电装机占比达58.2%，新增清洁能源发电量占全社会用电增量一半以上。
• 南方电网新能源发展：2024年已成为最大装机电源，预计2035年前成为第一大发电量电源，2060年将成为全网主体电源。
• 新能源对电网的影响：新能源设备缺乏同步支撑能力，导致系统频率、电压调节能力下降，暂态稳定性减弱，宽频振荡风险增加。
• 柔性直流输电发展：截至2021年，全球已有54个柔性直流工程，总容量约63GW，我国占比分别为20.4%和55%。我国在发展速度和容量上均呈现赶超趋势。
• 构网控制技术：构网型设备具备自同步电压源特性，能自行构建系统电压/频率，维持稳定。构网控制策略包括功率同步控制、虚拟同步机控制和匹配控制。
• 构网型设备类型：包括储能变流器、SVG、柔直、风电、光伏并网变流器等，其中柔直在支撑电网方面作用尤为关键。
• 构网技术标准：国内外已有多个标准和规范，如ENTSO-E、VDE FNN、NGESO、AEMO、FINGRID、NERC、GB/T 38983.1-2020等，推动构网技术发展。

关键信息

柔性直流技术发展现状

• 应用场景：柔性直流广泛应用于电网互联、远距离输电、新能源送出、中低压配电等。
• 电压与容量提升：柔性直流工程电压从±320kV提升至±800kV，容量从1000MW提升至5000MW。
• 技术优势：相比传统电网，柔性直流具有更强的适应性和稳定性，适用于弱电网和孤岛运行。

构网控制策略

• 功率同步控制：结构简单，响应速度快，但缺乏惯性和阻尼特性。
• 虚拟同步机控制：具备惯性和阻尼特性，结构更复杂，响应速度较慢。
• 匹配控制：基于电容微分特性，具有惯性和阻尼特性，但稳定裕度较低。

新型器件与拓扑

• IGBT器件：电压等级提升至6500V以上，结温提升至150°C，过载能力增强。
• SiC材料：具有更高的禁带宽度、击穿电场强度和热导率，适合高频、高压、高温应用。
• 能量自平衡换流阀：通过集成泄能电阻和电力电子开关，实现模块间能量均衡，提升系统稳定性。
• MMC拓扑：在高压输电中广泛使用，近年发展出高功率密度和紧凑化设计。
• 非MMC拓扑：如模块化换向式换流器（MCC）和多源自适应换相换流器（SLCC），融合多种换流器优点，提升效率和适应性。

构网型柔直技术应用

• Caprivil Link工程：采用构网控制，实现弱系统稳定运行。
• 张北直流电网：从V/f控制转向虚拟同步机控制，提升稳定性。
• 湖北荆门新港储能电站：国内首座大型构网型储能电站，提供频率和电压支撑。
• 河北康保风电项目：国内首个构网型风电机组商业化项目，提升新能源接入能力。
• 四川成都电网侧构网SVG项目：世界首套66kV构网型SVG设备，提升电网调节能力。

技术对比与优势

柔性直流未来发展方向

• 高性能器件：如IGCT、SiC器件，提升电压、电流、温度等性能。
• 新型换流拓扑：如能量自平衡换流阀、全半桥混合换流器、模块化换向式换流器（MCC）等，提升系统效率和稳定性。
• 技术融合：结合构网技术、黑启动、故障清除等，提升系统适应性和安全性。

总结

柔性直流输电技术在应对“双高”电力系统挑战中发挥着关键作用。通过构网控制策略，提升新能源的主动支撑能力，实现电压、频率稳定。同时，新型器件和换流拓扑的发展，进一步增强了系统的性能和适应性。未来，柔性直流输电将在新能源送出、电网互联等方面持续创新，为新型电力系统提供更强的技术支撑。