當(dāng)前，“全球能源互聯(lián)網(wǎng)”概念方興未艾，高壓直流輸電技術(shù)研究和工程實(shí)踐十分活躍，尤其是在中國(guó)、印度、南美、歐盟等。近日，來(lái)自12個(gè)國(guó)家的300多名專家聚焦高壓大功率電力電子器件、直流輸電裝備、常規(guī)高壓/特高壓直流輸電、柔性直流輸電、直流輸電系統(tǒng)與運(yùn)行、特高壓直流輸電、柔性直流輸電、直流輸電裝備等方向，旨在推薦高壓直流輸電技術(shù)在世界范圍內(nèi)的研究和應(yīng)用。
直流輸電設(shè)備各國(guó)百花齊放
目前，我國(guó)已經(jīng)全面掌握特高壓直流輸電核心技術(shù)和整套設(shè)備的制造能力，在大電網(wǎng)控制保護(hù)、智能電網(wǎng)、清潔能源接入電網(wǎng)等領(lǐng)域取得一批世界級(jí)創(chuàng)新成果。目前建立了系統(tǒng)的特高壓與智能電網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系，編制相關(guān)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。特高壓技術(shù)裝備是我國(guó)能源領(lǐng)域自主創(chuàng)新、世界首創(chuàng)、擁有國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)主導(dǎo)權(quán)和較強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的重大技術(shù)，也是國(guó)家創(chuàng)新能力和綜合實(shí)力的重要標(biāo)志。
高壓直流輸電技術(shù)在長(zhǎng)距離跨區(qū)電能的傳輸、異步電網(wǎng)的互聯(lián)、弱電網(wǎng)的電能輸送等領(lǐng)域開(kāi)展了廣泛的應(yīng)用，換流閥技術(shù)是高壓直流輸電技術(shù)的關(guān)鍵核心。南瑞集團(tuán)中電普瑞電力工程有限公司總經(jīng)理查鯤鵬著重介紹了中國(guó)高壓直流輸電換流閥技術(shù)及應(yīng)用。目前，高壓直流輸電換流閥技術(shù)分為兩大類，一類是應(yīng)用LCC技術(shù)的換流閥，一類是應(yīng)用VSC技術(shù)的換流閥。查鯤鵬表示，中國(guó)在運(yùn)行中的超高壓/特高壓直流輸電工程大部分應(yīng)用的是LCC技術(shù)的換流閥，現(xiàn)有LCC的換流閥已到達(dá)±800千伏/5000安培的技術(shù)指標(biāo)。在現(xiàn)有±800千伏/5000安培技術(shù)的基礎(chǔ)上，將進(jìn)一步開(kāi)發(fā)±1100千伏/5500安培與±800千伏/6250安培兩種技術(shù)規(guī)格。VSC換流閥技術(shù)是新一代換流閥技術(shù)，其在新能源并網(wǎng)、海島電網(wǎng)輸電等領(lǐng)域上具備巨大的優(yōu)勢(shì)。使用該項(xiàng)技術(shù)的換流閥已經(jīng)在上海南風(fēng)工程、浙江舟山工程、福建廈門工程成功應(yīng)用，未來(lái)更高電壓、更大容量的換流閥將在2017年豫鄂背靠背等工程中應(yīng)用。
韓國(guó)曉星公司電網(wǎng)部總經(jīng)理鄭宏巨詳細(xì)分析了韓國(guó)最近用于風(fēng)電并網(wǎng)的高壓直流輸電工程——20MW的VSC-HVDC項(xiàng)目。該應(yīng)用自2012年開(kāi)始，由政府組織研究，該項(xiàng)目采用的是MMC技術(shù)。據(jù)介紹，韓國(guó)曉星公司還在STATCOM技術(shù)領(lǐng)域開(kāi)展應(yīng)用，2015年已投入運(yùn)行了100Mvar容量的STATCOM項(xiàng)目，并計(jì)劃于2016年開(kāi)展應(yīng)用MMC技術(shù)的STATCOM的研發(fā)。
關(guān)于高壓直流輸電技術(shù)中的快速隔離故障，全球能源互聯(lián)網(wǎng)研究院直流輸電技術(shù)研究所所長(zhǎng)賀之淵介紹了一種新型直流斷路器，它的主回路由一個(gè)機(jī)械斷路器及數(shù)個(gè)全橋SM模塊組成，旁路回路由數(shù)個(gè)SM模塊組成，能量吸收回路主要由避雷器組成。正常運(yùn)行時(shí)電流流經(jīng)主回路，在產(chǎn)生故障電流時(shí)主回路SM模塊閉鎖使得故障電流在100至200微秒內(nèi)流經(jīng)旁路回路，當(dāng)主回路電流為零后機(jī)械開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，之后旁路回路SM閉鎖使得直流斷路器兩段電壓上升至壓敏電阻的動(dòng)作等級(jí)，之后完成斷開(kāi)。
如今，特高壓、大容量的輸電特性對(duì)換流變壓器提出了很高的工藝要求，因此采用多端的特高壓直流輸電技術(shù)就成了解決上述問(wèn)題的一種方案，多端特高壓直流輸電技術(shù)還具備運(yùn)輸方式多樣、靈活的輸電特點(diǎn)。瑞士ABB中國(guó)電網(wǎng)項(xiàng)目開(kāi)發(fā)經(jīng)理王衛(wèi)國(guó)介紹了ABB公司的特高壓多端直流輸電及柔性直流電網(wǎng)的發(fā)展：ABB公司通過(guò)逆導(dǎo)IGBT概念形成的雙模式絕緣柵晶體管BIGT技術(shù)會(huì)進(jìn)一步使得VSC換流閥達(dá)到3000安培/800千伏的技術(shù)指標(biāo)。目前ABB公司已具備生產(chǎn)525千伏直流電纜的能力，下一步將研發(fā)更大容量的，電壓等級(jí)達(dá)到600千伏至800千伏的直流電纜。
柔性直流技術(shù)電網(wǎng)升級(jí)利器
柔性直流輸電是繼交流輸電、常規(guī)直流輸電后的一種新型直流輸電方式，是目前世界上可控性最高、適應(yīng)性最好的輸電技術(shù)，為電網(wǎng)升級(jí)提供了一種有效的技術(shù)手段。
歐洲正大力推進(jìn)能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型，實(shí)現(xiàn)高比例可再生能源的開(kāi)發(fā)利用。計(jì)劃將北海和大西洋的遠(yuǎn)海風(fēng)電、芬蘭和挪威的水電、非洲北部的太陽(yáng)能接入電網(wǎng)，迫切需要新型的輸電技術(shù)。為此，歐洲規(guī)劃了一個(gè)基于柔性直流的全新輸電網(wǎng)，用來(lái)實(shí)現(xiàn)可再生能源的大范圍接納和配置。
在中國(guó)，對(duì)于柔性直流輸電技術(shù)的探索正在進(jìn)行。我國(guó)西部和東部沿海地區(qū)風(fēng)力資源豐富，未來(lái)局部地區(qū)可再生能源發(fā)電比例將超過(guò)50%，需要更加靈活的并網(wǎng)技術(shù)。東部和南部沿海島嶼眾多，供電可靠性和質(zhì)量無(wú)法滿足人民生活水平提升要求，需要更加高效、可控的輸電技術(shù)。華東和廣東兩大負(fù)荷中心，直流輸電較為集中，連鎖換相失敗故障導(dǎo)致的停電隱患始終存在。因此，我國(guó)電網(wǎng)發(fā)展迫切需要柔性直流技術(shù)。
韓國(guó)LSIS公司研發(fā)中心高壓直流實(shí)驗(yàn)室主任鐘永豪介紹了基于MMC的柔性直流系統(tǒng)及靈活交流系統(tǒng)的控制平臺(tái)。VSC-HVDC技術(shù)現(xiàn)有三種換流閥構(gòu)成方式：兩電平方式、三電平方式與MMC方式。MMC方式相較于前兩種構(gòu)成方式，擁有低頻率開(kāi)斷、高效率、易擴(kuò)展、低諧波的特點(diǎn)。環(huán)流部分的控制主要就是考慮三相換流閥臂間的電流平衡與上下橋臂間的電流平衡?？刂葡到y(tǒng)通過(guò)使用A/B系統(tǒng)互為備用的方式實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的冗余能力。通過(guò)應(yīng)用支持IEC標(biāo)準(zhǔn)的工具，可以記錄與監(jiān)控運(yùn)行數(shù)據(jù)并構(gòu)建數(shù)據(jù)庫(kù)。
對(duì)于直流電網(wǎng)的保護(hù)，與會(huì)專家認(rèn)為主要存在四種挑戰(zhàn)：其一是故障電流的上升速率很高，基本上在10毫秒內(nèi)其將達(dá)到穩(wěn)態(tài)水平；其二是穩(wěn)態(tài)故障電流幅值將會(huì)達(dá)到10倍的額定電流值；其三是故障電流是單極性的，因此不存在過(guò)零點(diǎn)，這樣將導(dǎo)致故障電流很難被消除；其四是對(duì)于快速切除故障電流能力的要求非常高，基本上需要在5毫秒內(nèi)將其切除，否則將會(huì)對(duì)設(shè)備安全造成威脅。
談及直流電網(wǎng)的控制及保護(hù)故障策略，浙江大學(xué)教授徐政提出兩種方式的保護(hù)邏輯，其一是常規(guī)策略，通過(guò)診斷故障區(qū)域然后將其切除，這種方式可能造成故障電流等級(jí)非常大；其二是就地診斷與動(dòng)作，其原理是如果在直流斷路器區(qū)域與換流閥區(qū)域偵測(cè)到數(shù)倍的額定電流，則直流斷路器與換流閥將不再需要保護(hù)信號(hào)迅速動(dòng)作，斷開(kāi)斷路器、閉鎖換流閥，以此降低開(kāi)斷電流的等級(jí)。
對(duì)于交直流系統(tǒng)對(duì)直流電網(wǎng)保護(hù)設(shè)計(jì)的功能性要求，比利時(shí)魯汶大學(xué)教授德德克˙萬(wàn)赫頓認(rèn)為，直流電網(wǎng)是一個(gè)非常好的供電解決方案，將會(huì)成為未來(lái)的一種發(fā)展趨勢(shì)。交流電網(wǎng)的保護(hù)可以做到有選擇性地隔離故障區(qū)域，當(dāng)主保護(hù)未能正確動(dòng)作時(shí)后備保護(hù)，確保故障被隔離，整個(gè)過(guò)程將在60~200毫秒內(nèi)完成。直流電網(wǎng)保護(hù)的需求可以在交流電網(wǎng)保護(hù)需求的基礎(chǔ)上建立，同時(shí)需要考慮電網(wǎng)對(duì)頻率波動(dòng)、功率損耗的接受能力。
直流國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)前沿參與者制定
隨著特高壓輸電技術(shù)的發(fā)展以及在中國(guó)、日本、印度等國(guó)家的應(yīng)用，有關(guān)特高壓領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)受到國(guó)際大電網(wǎng)委員會(huì)（CIGRE）的高度關(guān)注。
不同國(guó)家對(duì)特高壓技術(shù)有自己的不同標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)之差是否會(huì)阻礙特高壓技術(shù)“走出去”？CIGRE直流輸電與電力電子專委會(huì)前主席馬西奧˙塞茨特曼表示，在一項(xiàng)新技術(shù)或新解決方案初面世的時(shí)候，通常是以本土為基礎(chǔ)去嘗試、發(fā)展。隨著技術(shù)的成熟，它可能會(huì)被引入新的市場(chǎng)。但是，標(biāo)準(zhǔn)不會(huì)自己產(chǎn)生，必然需要開(kāi)路者的存在，需要新技術(shù)開(kāi)發(fā)的探路者引領(lǐng)。
韓國(guó)是世界上最早采用智慧能源、清潔能源的國(guó)家之一，已經(jīng)打造了智能電網(wǎng)、儲(chǔ)能系統(tǒng)和微電網(wǎng)等先進(jìn)的智慧能源平臺(tái)?！昂推渌麌?guó)家相比，韓國(guó)土地資源匱乏，很多線路采取地下排管，造成線路環(huán)境比較潮濕，容易造成腐蝕。帶金屬回線的500千伏雙極高壓直流輸電系統(tǒng)有效地解決了這個(gè)問(wèn)題，不僅環(huán)保，而且對(duì)于土壤污染比較小?！表n國(guó)電氣學(xué)會(huì)副會(huì)長(zhǎng)李東尹表示，基于這個(gè)設(shè)計(jì)，韓國(guó)的電塔高度下降了25%。這套系統(tǒng)在土地資源匱乏、不易開(kāi)發(fā)的地區(qū)前景廣闊。
近年來(lái)，我國(guó)特高壓建設(shè)為電工裝備制造業(yè)發(fā)展提供了機(jī)遇，大范圍的特高壓電網(wǎng)建設(shè)推動(dòng)中國(guó)電力裝備優(yōu)化升級(jí)，走出國(guó)門，大幅提升了我國(guó)在國(guó)際電工領(lǐng)域的影響力和話語(yǔ)權(quán)，實(shí)現(xiàn)了“中國(guó)創(chuàng)造”和“中國(guó)引領(lǐng)”。
國(guó)家電網(wǎng)公司直流建設(shè)部副主任王紹武表示，我國(guó)在特高壓直流輸電領(lǐng)域取得了舉世矚目的成績(jī)。向家壩—上?！?00千伏特高壓直流輸電示范工程，在輸送容量、送電距離、技術(shù)水平、電壓等級(jí)等方面均達(dá)到了當(dāng)時(shí)的世界之最。溪洛渡左岸—浙江金華±800千伏特高壓直流輸電工程在輸送容量、技術(shù)應(yīng)用等方面再次創(chuàng)國(guó)際領(lǐng)先水平。在繼承原有技術(shù)水平的基礎(chǔ)之上，我國(guó)在更高電壓等級(jí)±1100千流輸電和特高壓直流接入特高壓交流方面取得持續(xù)性的突破。
目前，世界上電壓等級(jí)最高、輸送容量最大、輸送距離最遠(yuǎn)、技術(shù)水平最先進(jìn)的特高壓輸電工程——昌吉—古泉±1100千伏特高壓直流輸電工程換流站已開(kāi)工建設(shè)。全球能源互聯(lián)網(wǎng)研究院直流輸電技術(shù)研究所特高壓室主任高沖特別介紹了該工程中的核心設(shè)備“±1100千伏特高壓直流輸電換流閥”的研制。該項(xiàng)目2012年立項(xiàng)，經(jīng)過(guò)3年努力，項(xiàng)目組研究攻克了高電氣應(yīng)力下的寄生參數(shù)提取、過(guò)電壓分布計(jì)算、多重閥試驗(yàn)實(shí)施等難題，成功研制出世界首個(gè)±1100千伏/5500安培特高壓直流換流閥樣機(jī)，并完成試驗(yàn)?zāi)芰ㄔO(shè)。根據(jù)我國(guó)電網(wǎng)的發(fā)展趨勢(shì)，特高壓直流輸電技術(shù)在遠(yuǎn)距離輸電、大容量傳輸以及電網(wǎng)互聯(lián)方面有著顯著優(yōu)勢(shì)。特高壓直流換流閥作為特高壓直流輸電的核心設(shè)備，是實(shí)現(xiàn)交直流電轉(zhuǎn)換的核心功能單元，這一成果進(jìn)一步鞏固了我國(guó)在國(guó)際直流輸電領(lǐng)域的技術(shù)引領(lǐng)地位，為±1100千伏超大輸送容量直流工程的實(shí)施和推廣奠定了技術(shù)基礎(chǔ)，將促進(jìn)我國(guó)電力能源優(yōu)化配置和智能電網(wǎng)發(fā)展，對(duì)構(gòu)建全球能源互聯(lián)網(wǎng)提供技術(shù)支持。
