2017-中国先进直流输电技术研发及应用_34页-3mb

中国先进直流输电技术总结

核心内容

中国在高压直流输电技术领域取得了显著进展，特别是在特高压直流输电和柔性直流输电方面。这些技术为实现全球能源互联网、促进清洁能源并网、提升电网互联能力提供了重要支撑。

主要观点

• 特高压直流输电技术是实现跨大区、跨国、跨洲电力调配与互济的最有效手段，是构建全球能源互联网的基础。
• 柔性直流输电技术基于IGBT器件和电压源换流，具有显著的技术优势，适用于可再生能源并网、直流网络构建、弱系统联网和大型城市供电等场景。
• 全球能源互联网旨在实现全球太阳能、风能、水能、海洋能等清洁能源的互补与互济，保障能源供应安全、提高经济效益、减少环境影响、降低社会成本。
• 中国已建成并投运多条特高压直流工程，并在建多条，技术参数持续提升，未来将向更高电压和更大容量发展。
• 为提高直流系统的稳定性，针对多直流馈入系统的换相失败问题，提出了晶闸管关断特性优化、精确预测与调节、新型换相桥路等新措施。

关键信息

特高压直流输电技术

• 已投运工程：5条，主要用于西部地区到东北地区的能源输送，包括：
  • 向上：2010年投运，容量6200MW
  • 锦苏：2012年投运，容量7200MW
  • 哈郑：2014年投运，容量8000MW
  • 溪浙：2014年投运，容量8000MW
  • 宁浙：2016年投运，容量8000MW
• 在建工程：4条，其中最大两个工程参数已达±800kV/10,000MW。
• 未来规划：计划在2020年新建4个±1100kV特高压直流输电工程，每个工程容量达12GW。

柔性直流输电技术

• 应用案例：
  • 南汇柔性直流工程：中国首个柔直工程，接入上海电网。
  • 厦门柔性直流工程：世界上首个采用对称双极结构的柔直工程，参数为±320kV/1000MW。
  • 南澳3端柔性直流工程：2014年投运，参数为200/100/50MW，±160kV。
  • 舟山5端柔性直流工程：2015年投运，参数为400/300/100/100/100MW，±200kV。
• 技术优势：
  • 可提高间歇性清洁能源并网的稳定性和利用率。
  • 实现大范围清洁能源发电的互补、汇集和消纳。
  • 支持弱系统或无源负荷的接入。

关键技术与装备

• 换流阀：
  • 国家电网公司于2014年自主研制出±1100kV/5500A特高压直流换流阀。
  • 采用6英寸大电流晶闸管，具有高能量密度、低局放设计等优点。
• 换流变压器：
  • 需要具备较高的耐受直流分量和高频谐波能力。
  • ±1100kV换流变压器在2012年完成型式试验。
• 特高压直流穿墙套管：
  • 在绝缘设计和空间电荷控制方面取得突破。
  • 1100kV套管室内长度可达11米，2012年通过定型试验。

直流电网装备

• 高压直流断路器：
  • 200kV高压直流断路器具有分断电流15kA（最大）和分断时间3ms的性能。
  • 正在应用于舟山多端柔性直流工程，计划2016年底完成。
• DC/DC变换器：
  • 用于实现不同直流电压等级之间的变换，支持直流网络、可再生能源接入和直流配电网等场景。

系统设计与运行

• 系统成套设计：
  • 包括系统接入分析、主电路设计、过电压与绝缘配合、控制和保护技术等。
• 主参数与主电路设计：
  • ±1100kV工程采用两个12脉动桥串联方案，每个换流桥承担550kV电压。
  • 整流侧交流系统电压为750kV，逆变侧为500kV。
  • 换流变压器阻抗分别为20%（整流侧）和22%（逆变侧）。
• 多端柔性直流工程：
  • 国家电网计划在华北地区建设一个包含4端换流器的直流电网工程，最大换流站参数为±500kV/3000MW，计划2018年投运。

结论

中国在特高压直流和柔性直流输电技术方面取得了显著进展，为全球能源互联网的建设奠定了坚实基础。特高压直流输电技术主要用于大规模能源输送，而柔性直流输电技术则更适用于可再生能源并网和区域性电网互联。未来，中国将继续推进这些技术的研发与应用，提升电网的稳定性与灵活性，推动能源结构的优化与可持续发展。