大規(guī)模新能源開發(fā)和集中接入、送出以及特高壓直流的快速發(fā)展和集中接入成為我國電力系統(tǒng)發(fā)展的新特點。柔性直流輸電作為新一代直流輸電技術(shù)，在孤島供電、城市配電網(wǎng)增容改造、交流系統(tǒng)互聯(lián)、大規(guī)模新能源并網(wǎng)等方面具有較強的技術(shù)優(yōu)勢，甚至被比喻為輸電技術(shù)新生代中的“戰(zhàn)斗機”。下面就帶您一起了解什么是柔性直流輸電技術(shù)、柔性直流輸電技術(shù)的特點與發(fā)展應(yīng)用情況。
什么是柔性直流輸電技術(shù)？
柔性直流輸電技術(shù)是20世紀(jì)90年代發(fā)展起來的一種新型直流輸電技術(shù)，國際上也稱為輕型直流輸電、新型直流輸電，國內(nèi)將其命名為“柔性直流輸電”。
“柔性”一詞來源于英文Flexible，表示應(yīng)用先進的電力電子技術(shù)為電網(wǎng)提供靈活的控制手段。它將半控型電力電子器件升級為全控型電力電子器件，具有響應(yīng)速度快、可控性好、運行方式靈活、可向無源網(wǎng)絡(luò)供電、不會出現(xiàn)換相失敗、換流站間無需通信以及易于構(gòu)成多端直流系統(tǒng)等優(yōu)點，適用于可再生能源并網(wǎng)、分布式發(fā)電并網(wǎng)、孤島供電、城市配電網(wǎng)的增容改造等。
所謂柔性，主要指運行控制靈活、智能化程度高。在傳統(tǒng)的輸電技術(shù)下，比如要解決分散海島供電問題，一般采用大投入的“剛性”辦法，建大跨度的跨海輸電線路，或者干脆在海島上建大電廠。但這樣的剛性大投入不經(jīng)濟，且也難以接納海島已有的風(fēng)力發(fā)電等新能源。柔性直流輸電技術(shù)則能提升電力系統(tǒng)穩(wěn)定性，增強系統(tǒng)對清潔能源的消納能力，提高配電網(wǎng)可靠性和靈活性，就像個太極高手，具有“以柔克剛”的本領(lǐng)。如果說特高壓直流像大飛機，容量大、效率高、距離遠(yuǎn)，柔性直流就像直升機，靈活、便捷。
柔性直流輸電的優(yōu)勢有哪些？
與傳統(tǒng)直流輸電相比，柔性直流輸電的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在孤島供電、有功功率與無功功率控制等方面。如在孤島供電中，常規(guī)直流輸電是點對點單向輸電，不能實現(xiàn)雙向互通，缺乏靈活性，同時還必須依賴站用交流電啟動設(shè)備，因此不能向沒有電源點的電網(wǎng)送電，就像沒有港口大船難以靠岸，不能有效解決孤島供電問題。采用柔直輸電技術(shù)，意味著在沒有港口的島嶼之間開行了登陸艇，可實現(xiàn)電能靈活雙向調(diào)配，直接向無電源電網(wǎng)供電，分布在分散海島上的風(fēng)電電能，也能及時聯(lián)網(wǎng)送出。在有功和無功控制方面，如果將輸電線路比作淋浴房中的水管，有功功率和無功功率比作淋浴房中的熱水管和冷水管，柔性直流輸電技術(shù)就相當(dāng)于水管中的水泵，可靈活調(diào)解冷水和熱水的流向、水量、比例等，可以對有功和無功功率進行獨立控制，不再需要配置容量巨大的無功補償裝置，運行方式更加靈活，系統(tǒng)可控性獲得了極大的提升。
與交流輸電相比，柔性直流輸電的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在長距離輸電、新能源消納、成本控制等方面。如在長距離電纜輸電中，交流電纜越長，電能損耗越高，輸送的有效電能越少，就像燒好的開水沿著管子往外送，管子越長，水溫越低，末端用戶就用不上熱水了;柔性直流則相當(dāng)于一根保溫管，即使到末端用戶，水溫都是恒定的。
更為重要的是，柔性直流輸電可攜帶來自多個站點的風(fēng)能、太陽能等清潔能源，通過大容量、長距離的電力傳輸通道，到達(dá)多個城市的負(fù)荷中心，這為新能源并網(wǎng)、大城市供電等領(lǐng)域提供了一種有效的解決方案。風(fēng)能、太陽能發(fā)電等新能源接入電網(wǎng)的最大障礙就是其間歇性和不確定性，交流系統(tǒng)電壓波動是棄風(fēng)的原因之一。而柔性直流輸電技術(shù)就像在電網(wǎng)接入了一個閥門和電源，可以有效地控制其上面通過的電能，隔離電網(wǎng)故障的擴散，而且還能根據(jù)電網(wǎng)的需求，快速、靈活、可調(diào)地發(fā)出或者吸收一部分能量，從而優(yōu)化電網(wǎng)的潮流分布、增強電網(wǎng)穩(wěn)定性、提升電網(wǎng)的智能化和可控性。專家介紹，柔性直流輸電技術(shù)至少可提高風(fēng)電利用率5%——10%。該技術(shù)已成為改變電網(wǎng)發(fā)展格局的戰(zhàn)略性選擇。
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柔性直流輸電技術(shù)的發(fā)展歷程及趨勢
一百年前的交直流之爭，交流戰(zhàn)勝了直流。此后，交流輸電成為主要的輸送方式，但是交流電網(wǎng)越建越大，輸送范圍受限，輸電走廊占用大，對新能源的接入非常有限。
直流輸電發(fā)展了40多年，廣泛應(yīng)用于點對點遠(yuǎn)距離大容量輸電，需要非常強的交流系統(tǒng)支撐，不宜構(gòu)成多端，也不能構(gòu)成網(wǎng)。
20世紀(jì)90年代出現(xiàn)了柔性直流輸電技術(shù)，這個技術(shù)是未來電網(wǎng)形態(tài)重要的發(fā)展方向，它非常容易構(gòu)成多端、構(gòu)成電網(wǎng)，所以目前來說是對新能源接入最友好的技術(shù)。
發(fā)展歷程
●上海南匯風(fēng)電場柔直工程 國家電網(wǎng)公司于2011年7月投運上海南匯風(fēng)電場柔性直流輸電工程，這是亞洲首個具有自主知識產(chǎn)權(quán)的柔直工程，直流電壓±30千伏，換流站容量18兆瓦。
●浙江舟山五端柔直工程 在柔性直流輸電技術(shù)的基礎(chǔ)上，進一步構(gòu)成多端柔性直流輸電系統(tǒng)，可攜帶來自多個站點的風(fēng)能、太陽能、地?zé)崮艿惹鍧嵞茉矗ㄟ^大容量、長距離的電力傳輸通道，到達(dá)多個城市的負(fù)荷中心。
2014年，國家電網(wǎng)公司在浙江舟山建設(shè)了世界首個五端柔性直流輸電工程，采用±200千伏直流電壓，分別在定海、岱山、衢山、洋山、泗礁建設(shè)一座換流站，實現(xiàn)多個海上風(fēng)電場同時接入和電力輸送。
●廈門±320千伏柔性直流輸電科技示范工程 2015年12月17日，世界首個雙極柔性直流輸電工程——廈門±320千伏柔性直流輸電科技示范工程正式投運，標(biāo)志著我國全面掌握了高壓大容量柔性直流輸電關(guān)鍵技術(shù)和工程成套能力，實現(xiàn)了柔性直流輸電技術(shù)領(lǐng)域的國際引領(lǐng)。該工程在浙江舟山±200千伏柔性直流工程的應(yīng)用基礎(chǔ)上，將電壓等級首次提升至±320千伏，從偽雙極提升至真雙極接線。
●張北可再生能源±500千伏柔直示范工程 為了給風(fēng)、光電力能源大基地外送提供可靠技術(shù)保證，國家電網(wǎng)公司規(guī)劃在張家口國家級新能源綜合示范區(qū)和冬奧專區(qū)建設(shè)張北可再生能源±500千伏柔性直流電網(wǎng)示范工程，構(gòu)建輸送大規(guī)模風(fēng)、光、抽蓄等多種能源的4端環(huán)形柔性直流電網(wǎng)，預(yù)計2019年投運。
示范工程系統(tǒng)接線采用雙極方式，正負(fù)極均可獨立運行，相當(dāng)于兩個獨立環(huán)網(wǎng)。一極發(fā)生故障后，通過極控系統(tǒng)，另一極在設(shè)備通流能力允許的情況下，可以轉(zhuǎn)帶故障極功率。通過在張北構(gòu)建柔性直流環(huán)形電網(wǎng)，可以實現(xiàn)大規(guī)模光伏、風(fēng)能的晝夜互補，以及新能源與儲能電源的靈活能量交互，形成穩(wěn)定可控的電源送至受端電網(wǎng)，解決大規(guī)模新能源接入后的系統(tǒng)調(diào)峰問題，減小間歇性能源對受端交流電網(wǎng)的擾動沖擊，實現(xiàn)新能源的友好接入。
發(fā)展趨勢
2011年我國首個柔直工程投運以來，我國柔性直流輸電正在快速向大容量、多端、雙極、背靠背等多個研究方向開展實踐和探索。
在探索新能源消納的道路上，柔性直流輸電已經(jīng)成為全球電力搶占的下一個制高點。目前，世界范圍內(nèi)至少有16個國家均有柔性直流輸電工程投運或在建。在歐洲，為了將遠(yuǎn)海風(fēng)電、歐洲北部水電以及來自北非的太陽能接入電網(wǎng)，一個以柔性直流輸電技術(shù)為支撐的能源互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)進入實施階段。在未來，基于全球能源互聯(lián)網(wǎng)倡議，對柔性直流輸電技術(shù)的需求顯得尤為迫切。
預(yù)計在未來10年內(nèi)，歐洲將建設(shè)20條以上的柔性直流工程，用于實現(xiàn)各個國家之間的互聯(lián)和可再生能源的并網(wǎng)互補。英國、美國也均已規(guī)劃了多條柔性直流輸電工程，并且將在未來20年逐步構(gòu)建柔性直流電網(wǎng)，以滿足其可再生能源發(fā)展的需求。
什么是柔性直流輸電技術(shù)？
柔性直流輸電技術(shù)是20世紀(jì)90年代發(fā)展起來的一種新型直流輸電技術(shù)，國際上也稱為輕型直流輸電、新型直流輸電，國內(nèi)將其命名為“柔性直流輸電”。
“柔性”一詞來源于英文Flexible，表示應(yīng)用先進的電力電子技術(shù)為電網(wǎng)提供靈活的控制手段。它將半控型電力電子器件升級為全控型電力電子器件，具有響應(yīng)速度快、可控性好、運行方式靈活、可向無源網(wǎng)絡(luò)供電、不會出現(xiàn)換相失敗、換流站間無需通信以及易于構(gòu)成多端直流系統(tǒng)等優(yōu)點，適用于可再生能源并網(wǎng)、分布式發(fā)電并網(wǎng)、孤島供電、城市配電網(wǎng)的增容改造等。
所謂柔性，主要指運行控制靈活、智能化程度高。在傳統(tǒng)的輸電技術(shù)下，比如要解決分散海島供電問題，一般采用大投入的“剛性”辦法，建大跨度的跨海輸電線路，或者干脆在海島上建大電廠。但這樣的剛性大投入不經(jīng)濟，且也難以接納海島已有的風(fēng)力發(fā)電等新能源。柔性直流輸電技術(shù)則能提升電力系統(tǒng)穩(wěn)定性，增強系統(tǒng)對清潔能源的消納能力，提高配電網(wǎng)可靠性和靈活性，就像個太極高手，具有“以柔克剛”的本領(lǐng)。如果說特高壓直流像大飛機，容量大、效率高、距離遠(yuǎn)，柔性直流就像直升機，靈活、便捷。
柔性直流輸電的優(yōu)勢有哪些？
與傳統(tǒng)直流輸電相比，柔性直流輸電的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在孤島供電、有功功率與無功功率控制等方面。如在孤島供電中，常規(guī)直流輸電是點對點單向輸電，不能實現(xiàn)雙向互通，缺乏靈活性，同時還必須依賴站用交流電啟動設(shè)備，因此不能向沒有電源點的電網(wǎng)送電，就像沒有港口大船難以靠岸，不能有效解決孤島供電問題。采用柔直輸電技術(shù)，意味著在沒有港口的島嶼之間開行了登陸艇，可實現(xiàn)電能靈活雙向調(diào)配，直接向無電源電網(wǎng)供電，分布在分散海島上的風(fēng)電電能，也能及時聯(lián)網(wǎng)送出。在有功和無功控制方面，如果將輸電線路比作淋浴房中的水管，有功功率和無功功率比作淋浴房中的熱水管和冷水管，柔性直流輸電技術(shù)就相當(dāng)于水管中的水泵，可靈活調(diào)解冷水和熱水的流向、水量、比例等，可以對有功和無功功率進行獨立控制，不再需要配置容量巨大的無功補償裝置，運行方式更加靈活，系統(tǒng)可控性獲得了極大的提升。
與交流輸電相比，柔性直流輸電的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在長距離輸電、新能源消納、成本控制等方面。如在長距離電纜輸電中，交流電纜越長，電能損耗越高，輸送的有效電能越少，就像燒好的開水沿著管子往外送，管子越長，水溫越低，末端用戶就用不上熱水了;柔性直流則相當(dāng)于一根保溫管，即使到末端用戶，水溫都是恒定的。
更為重要的是，柔性直流輸電可攜帶來自多個站點的風(fēng)能、太陽能等清潔能源，通過大容量、長距離的電力傳輸通道，到達(dá)多個城市的負(fù)荷中心，這為新能源并網(wǎng)、大城市供電等領(lǐng)域提供了一種有效的解決方案。風(fēng)能、太陽能發(fā)電等新能源接入電網(wǎng)的最大障礙就是其間歇性和不確定性，交流系統(tǒng)電壓波動是棄風(fēng)的原因之一。而柔性直流輸電技術(shù)就像在電網(wǎng)接入了一個閥門和電源，可以有效地控制其上面通過的電能，隔離電網(wǎng)故障的擴散，而且還能根據(jù)電網(wǎng)的需求，快速、靈活、可調(diào)地發(fā)出或者吸收一部分能量，從而優(yōu)化電網(wǎng)的潮流分布、增強電網(wǎng)穩(wěn)定性、提升電網(wǎng)的智能化和可控性。專家介紹，柔性直流輸電技術(shù)至少可提高風(fēng)電利用率5%——10%。該技術(shù)已成為改變電網(wǎng)發(fā)展格局的戰(zhàn)略性選擇。
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柔性直流輸電技術(shù)的發(fā)展歷程及趨勢
一百年前的交直流之爭，交流戰(zhàn)勝了直流。此后，交流輸電成為主要的輸送方式，但是交流電網(wǎng)越建越大，輸送范圍受限，輸電走廊占用大，對新能源的接入非常有限。
直流輸電發(fā)展了40多年，廣泛應(yīng)用于點對點遠(yuǎn)距離大容量輸電，需要非常強的交流系統(tǒng)支撐，不宜構(gòu)成多端，也不能構(gòu)成網(wǎng)。
20世紀(jì)90年代出現(xiàn)了柔性直流輸電技術(shù)，這個技術(shù)是未來電網(wǎng)形態(tài)重要的發(fā)展方向，它非常容易構(gòu)成多端、構(gòu)成電網(wǎng)，所以目前來說是對新能源接入最友好的技術(shù)。
發(fā)展歷程
●上海南匯風(fēng)電場柔直工程 國家電網(wǎng)公司于2011年7月投運上海南匯風(fēng)電場柔性直流輸電工程，這是亞洲首個具有自主知識產(chǎn)權(quán)的柔直工程，直流電壓±30千伏，換流站容量18兆瓦。
●浙江舟山五端柔直工程 在柔性直流輸電技術(shù)的基礎(chǔ)上，進一步構(gòu)成多端柔性直流輸電系統(tǒng)，可攜帶來自多個站點的風(fēng)能、太陽能、地?zé)崮艿惹鍧嵞茉矗ㄟ^大容量、長距離的電力傳輸通道，到達(dá)多個城市的負(fù)荷中心。
2014年，國家電網(wǎng)公司在浙江舟山建設(shè)了世界首個五端柔性直流輸電工程，采用±200千伏直流電壓，分別在定海、岱山、衢山、洋山、泗礁建設(shè)一座換流站，實現(xiàn)多個海上風(fēng)電場同時接入和電力輸送。
●廈門±320千伏柔性直流輸電科技示范工程 2015年12月17日，世界首個雙極柔性直流輸電工程——廈門±320千伏柔性直流輸電科技示范工程正式投運，標(biāo)志著我國全面掌握了高壓大容量柔性直流輸電關(guān)鍵技術(shù)和工程成套能力，實現(xiàn)了柔性直流輸電技術(shù)領(lǐng)域的國際引領(lǐng)。該工程在浙江舟山±200千伏柔性直流工程的應(yīng)用基礎(chǔ)上，將電壓等級首次提升至±320千伏，從偽雙極提升至真雙極接線。
●張北可再生能源±500千伏柔直示范工程 為了給風(fēng)、光電力能源大基地外送提供可靠技術(shù)保證，國家電網(wǎng)公司規(guī)劃在張家口國家級新能源綜合示范區(qū)和冬奧專區(qū)建設(shè)張北可再生能源±500千伏柔性直流電網(wǎng)示范工程，構(gòu)建輸送大規(guī)模風(fēng)、光、抽蓄等多種能源的4端環(huán)形柔性直流電網(wǎng)，預(yù)計2019年投運。
示范工程系統(tǒng)接線采用雙極方式，正負(fù)極均可獨立運行，相當(dāng)于兩個獨立環(huán)網(wǎng)。一極發(fā)生故障后，通過極控系統(tǒng)，另一極在設(shè)備通流能力允許的情況下，可以轉(zhuǎn)帶故障極功率。通過在張北構(gòu)建柔性直流環(huán)形電網(wǎng)，可以實現(xiàn)大規(guī)模光伏、風(fēng)能的晝夜互補，以及新能源與儲能電源的靈活能量交互，形成穩(wěn)定可控的電源送至受端電網(wǎng)，解決大規(guī)模新能源接入后的系統(tǒng)調(diào)峰問題，減小間歇性能源對受端交流電網(wǎng)的擾動沖擊，實現(xiàn)新能源的友好接入。
發(fā)展趨勢
2011年我國首個柔直工程投運以來，我國柔性直流輸電正在快速向大容量、多端、雙極、背靠背等多個研究方向開展實踐和探索。
在探索新能源消納的道路上，柔性直流輸電已經(jīng)成為全球電力搶占的下一個制高點。目前，世界范圍內(nèi)至少有16個國家均有柔性直流輸電工程投運或在建。在歐洲，為了將遠(yuǎn)海風(fēng)電、歐洲北部水電以及來自北非的太陽能接入電網(wǎng)，一個以柔性直流輸電技術(shù)為支撐的能源互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)進入實施階段。在未來，基于全球能源互聯(lián)網(wǎng)倡議，對柔性直流輸電技術(shù)的需求顯得尤為迫切。
預(yù)計在未來10年內(nèi)，歐洲將建設(shè)20條以上的柔性直流工程，用于實現(xiàn)各個國家之間的互聯(lián)和可再生能源的并網(wǎng)互補。英國、美國也均已規(guī)劃了多條柔性直流輸電工程，并且將在未來20年逐步構(gòu)建柔性直流電網(wǎng)，以滿足其可再生能源發(fā)展的需求。
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