四、柔性直流输电技术
柔性直流输电是继交流输电、常规直流输电后的一种新型直流输电方式,是目前世界上可控性最高、适应性最好的输电技术,为电网升级提供了一种有效的技术手段。
1、柔性直流在欧洲电网升级中发挥巨大作用。
欧洲正大力推进能源结构转型,实现高比例可再生能源的开发利用。计划将北海和大西洋的远海风电、芬兰和挪威的水电、非洲北部的太阳能接入电网,迫切需要新型的输电技术。为此,欧洲规划了一个基于柔性直流的全新输电网,用来实现可再生能源的大范围接纳和配置。
2、我国电网发展迫切需要柔性直流技术。
我国西部和东部沿海地区风力资源丰富,未来局部地区可再生能源发电比例将超过50%,需要更加灵活的并网技术。东部和南部沿海岛屿众多,供电可靠性和质量无法满足人民生活水平提升要求,需要更加高效、可控的输电技术。华东和广东两大负荷中心,直流输电较为集中,连锁换相失败故障导致的停电隐患始终存在。
3、柔性直流输电技术特点。
1)新型输电技术内在规律复杂,运行机理分析与描述困难。现有两种输电方式,交流传输功率为自然分配,常规直流仅能控制有功功率。柔性直流这种新型输电方式要首次实现有功和无功功率同时控制。
2)组件规模最大、结构最复杂输电设备,设计面临全新挑战。柔性直流首次将全控器件IGBT用到数十至数百千伏高压场合,设备中功率开关器件可达5000个以上,长期运行可用率要求高(99.5%以上),多物理场相互作用关系复杂。
3)换流器采用全新的换流方式,高速协同调控困难。模块化多电平技术首次突破了“开关式”换流方式,通过数千个功率单元的独立控制,在换流器内部进行能量“重构”来实现交直流变换。
4)试验与常规电气设备有显著差异,等效机理复杂。柔性直流换流器的运行工况复杂且与电网存在更强耦合关系,试验要同时实现多种应力(高压、大电流、陡波、冲击电压、速变电流等)的综合考核,试验方法与常规电气设备有显著差异。
5)多换流单元无法直接简化等效,动态模拟方法需再造。此前直流输电均采用串联开关器件,模拟系统可以通过开关器件直接简化等效。模块化多电平换流器中包含数千个状态和控制均独立的功率单元,运行状态多、随机性强,无法简化等效。