4) 鲁西背靠背柔性直流工程
鲁西背靠背柔性直流工程位于云南省曲靖市罗平县,一期建设 1×1000MW 常规直流单元 +1×1000MW 柔性直流单元,直流电压达±350kV,于 2016 年 8 月投运,投资 35 亿元,是目前世界上首次采用大容量柔直与常规直流组合模式的背靠背直流工程,电压等级、额定有功容量均为世界第一。云南电网与南网主网异步联网二期扩建工程于 2017 年 6 月完工,鲁西背靠背换流站扩建工程将在原有基础上再建设一个 1000MW 常规直流单元,工程总规模达到 3000MW,有效缓解云南汛期弃水压力,提高西电东送输电容量。
项目供应商包括:四方继保提供直流控制和保护系统;荣信电气、西电电气提供换流阀等;西电电气拟提供电抗器等产品。
5) 大连跨海柔性直流输电科技示范工程
大连北部的狭长地带长约 10 km,受地理地形制约,市区 500 kV 及 220 kV 电网现为 C 型网架结构,以上线路承担着整个大连市区和旅顺地区的供电任务,输电通道相对单一。因此,大连将新建一条市区与东北大陆相连的跨海柔性直流输电大通道,拟以海底电缆方式,建设一条由金州新区董家沟到大连市区东港的柔性直流输电线路,实现对大连南部地区双通道环网供电。大连电网将实现由目前的 C 型网架结构闭合成完美的 O 型环形网架结构。届时,将彻底解决市区南部电网第二路电源问题,提高供电可靠性。
该跨海柔性直流输电大通道为世界上容量最大跨海柔性直流输电工程,直流线缆全长约 54 km,预计投资 51 亿元人民币。根据大连电网供电可靠性的需求以及国内现有的技术和制造水平,柔性直流输电工程规模确定为: 送端、受端换流站都按 3 台 350 MVA 单相变压器设计,直流有功输送容量 1000 MW,直流电压±320 kV,在金州新区董家沟街道建设送端换流站,直流电缆经小窑湾入海,穿过大连港海区,至东港受端换流站。
6) 渝鄂直流背靠背联网工程
2017 年 5 月,渝鄂直流背靠背联网工程正式开工建设,预计于 2018 年 10 月建成投运。在渝鄂断面现有九盘-龙泉、张家坝-恩施 500kV 输电通道上,新建 2 座柔性直流背靠背换流站,每座换流站建设 2×1250MW 直流单元,动态投资 65 亿元。工程建成后,将成为世界上电压等级最高±420kV、规模最大的柔性直流背靠背工程。实现西南电网与华中电网的异步互联,优化网架结构,有效化解电网安全稳定风险,为后续四川水电外送创造条件。
供应商方面:许继电气等提供换流阀;南瑞继保等提供互感器;湖南长高、江苏如高提供隔离开关;许继集团、四方继保提供直流控制保护装置,等等。
7) 张北柔性直流示范工程
国家电网公司规划在张家口国家级新能源综合示范区和冬奥专区建设张北可再生能源柔性直流电网示范工程。构建输送大规模风、光、抽水蓄能等多种能源的 4 端环形柔性直流电网。工程总投资 125 亿元,工程额定电压±500kV,建设 666 千米±500kV 直流输电线路,新建张北、康保、丰宁和北京 4 座换流站,实现张北新能源基地、丰宁储能电源与北京负荷中心相连,总换流容量 9000MW。2017 年 12 月获得国家核准,将于 2019 年年底至 2020 年上半年全部建成投运。张北柔性直流工程是集大规模可再生能源的友好接入、多种形态能源互补和灵活消纳、直流电网构建等为一体的重大科技试验示范工程。工程核心技术和关键设备均为国际首创,将创造 12 项世界第一,创新引领和示范意义重大。工程将在世界上率先研究直流电网技术,首次建设四端柔性直流环形电网,把柔性直流输电电压提升至±500kV,单换流器额定容量提升到 1500MW,首次研制并应用直流断路器、换流阀、控制保护等直流电网关键设备。
供应商方面:主要由国电南瑞、许继电气、四方股份提供一次二次设备供应。
8) 南澳±160千伏多端柔性直流输电示范工程
利用南澳岛风力资源丰富,有超过200台大风车在为南澳提供电力,这个项目中使用了架空线、海底电缆。在过程中考虑了岩石丘陵地带的地形的测试需要使用阀门类型,而且要考虑到不同情况的故障,特别是DC故障出现的情况。在初期,进行了控制和保护测试,也进行了DC的故障测试,另外还有很多的VSC的模块进行试用,具有一定的可靠性。从2016年到现在运行来看,故障率很低,AC电压也更稳定。
柔性直流输电主要设备
1)柔性直流换流阀
换流阀是柔性直流输电工程的核心设备,其成本约占换流站成套设备的 22~25%,主要由 IGBT、控制驱动单元、冷却系统、饱和电抗器、电容、电阻等组成。
不同于常规直流输电工程使用的半控器件晶闸管,柔直工程换流阀多采用全控器件 IGBT,通过控制其开通关断,实现交流电与直流电的转换。目前国内主要换流阀生产商依然是传统电力设备龙头,包括南瑞集团、许继电气、西电电气等。
2)高压直流断路器
高压直流断路器是直流换电站的主要电气保护设备,发生故障时能够及时切断线路,隔离故障区域和故障点,实现线路的并网与离网。直流输电单条线路向多端的直流电网,乃至更为庞杂的直流系统的升级发展的关键,就在于可提供及时切断线路的设备。断路器设备提供商最强的是南瑞集团旗下子公司,以及思源电气、中国西电等。
3)换流变压器
用于将交流系统的电能送到换流阀,或从换流阀接收电能送到交流系统的变压器设备。 2015 年 5 月,“厦门柔性直流”项目 6 号换流变压器顺利通过全部型式试验,各项性能指标达到国际先进水平。此举标志着山东电工电气所属山东电力设备公司圆满完成了“厦门柔性直流”项目全部 6 台低端换流变压器生产任务。
此外,在特高压直流输电工程中,换流变压器也被广泛投运。相关设备生产公司有:保变电气、西电集团、特变电工、中电装备、ABB、西门子、阿尔斯通等。
4)柔性直流输电控制保护系统
直流控保系统为直流输电工程换流站起控与保护作用。换流阀接收直流控保系统的指令,通过 IGBT 驱动并转换为开关信号控制 IGBT 的导通关断,实现了两个换流站之间的直流电能的可控传输。同时,还可以根据需求提供电网的补偿支撑。目前控制保护系统主要提供商包括南瑞集团、四方电气等。
5)直流电抗器/平波电抗器
直流电抗器主要用于换流阀的直流侧,将叠加在直流电流上的交流分量限定在某一规定值,保持整流电流连续,减小电流脉动值,改善输入功率因数,并可以抑制变流装置产生的谐波。特变电工、北京电力设备公司、西电电气是电抗器主要设备研发生产商。
目前国内电网投资规模稳步增长,跨区输送能力也大幅提升。截止 2017 年底特高压投运项目共计五条直流、两条交流。2017 年新增跨区输电能力 4600 万 kW;全国跨区输电能力达到 1.3 亿 kW,其中交直流联网跨区输电能力超过 1.1 亿 kW,跨区点对网送电能力达到 1344 万 kW;中国与俄罗斯、蒙古国、越南和缅甸等周边国家跨国电力交易初步实现。
预测
柔性直流输电技术未来发展方向
1.高电压大容量。特高压大容量柔性直流输电系统未来将成为解决大规模可再生能源并网问题的一个重要手段。
2.架空线应用。已投运的柔性直流输电工程均由电缆来传输电能,但电缆会大大增加工程投资,未来柔性直流输电技术的发展将逐渐趋于架空线应用。
3.成本逐渐降低。未来随着IGBT器件的国产化逐步成熟,柔性直流系统的造价将进一步降低。
柔性直流技术以其有功无功独立调节、无源供电能力以及易于构建直流电网等特点,越来越受到人们的关注。同时,可关断器件、直流电缆等设备技术水平的不断提高,有效增强了柔性直流的输送容量水平,使柔性直流输电成为电网可采用的主要输电方式之一。可以预见,随着未来可再生能源接入和电网改造升级等需求,世界范围内的柔性直流输电应用将会获得日益广阔的发展。(本文由北极星输配电网整理 部分内容来源于天风证券、国家电网公司、亮报等)