柔性直流輸電技術(shù)中的電網(wǎng)智能化 駕馭復(fù)雜大電網(wǎng)

發(fā)布時間:2016-12-01   來源:《國家電網(wǎng)》雜志

  “最低程度人工干預(yù)”“各種燃料來源發(fā)電”“用戶終端智能化自動平衡自我檢測”……這些高大上的關(guān)鍵詞是美國Xcel電力公司能源公司白皮書中關(guān)于智能電網(wǎng)的描述。如何建設(shè)更加智能的電網(wǎng)如今已經(jīng)成為全球電網(wǎng)科研工作者的共同課題。

  田杰的“升級”

  2016年,田杰負(fù)責(zé)的項目“升級”了。田杰是南京南瑞繼保電氣有限公司研究院的副總工程師。今年,田杰接手了國家電網(wǎng)公司“十大重點科技創(chuàng)新工程”之一的蘇州南部500千伏電網(wǎng)UPFC(統(tǒng)一潮流控制器)應(yīng)用研究項目。

  這不是田杰第一次負(fù)責(zé)UPFC項目。2015年12月11日,江蘇南京220千伏西環(huán)網(wǎng)UPFC工程順利投運。這是我國首個自主知識產(chǎn)權(quán)的UPFC工程,也是國際上首個使用模塊化多電平換流(MMC)技術(shù)的UPFC工程,標(biāo)志著我國在柔性交流輸電技術(shù)上走在了世界最前列。田杰正是該項目的技術(shù)負(fù)責(zé)人。

  “電網(wǎng)中電力潮流的控制有點像日常交通中對車流的控制。車流向什么地方行進(jìn)是呈現(xiàn)一種自然能分布的狀態(tài),走向并不完全隨著各條道路擁堵的情況來分布,電力潮流也是如此。所以對于電網(wǎng)潮流的控制一直以來都是行業(yè)難題?!碧锝芨嬖V記者,“UPFC有些像是電網(wǎng)中的信號燈,同時又帶有閥門的作用,通過大功率電力電子技術(shù)的應(yīng)用,使電網(wǎng)潮流由自然分布轉(zhuǎn)變?yōu)橹悄芑`活控制,在保持現(xiàn)有網(wǎng)架結(jié)構(gòu)不變、不新建輸電通道的前提下,有效解決常規(guī)電網(wǎng)建設(shè)、改造和運行中難以解決的潮流控制、供電能力提升等難題。UPFC非常適用于經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)城市電網(wǎng)供電能力的提升,以及現(xiàn)有電網(wǎng)的挖潛增效?!?/p>

  這些非常實用的特性使UPFC研究在全球范圍內(nèi)一直備受關(guān)注,也被業(yè)界認(rèn)為是柔性交流輸電技術(shù)的集大成者,代表著未來電力電子技術(shù)的發(fā)展方向。

  “目前世界上有3套已經(jīng)投運的UPFC工程,兩套在美國,一套在韓國。”田杰告訴記者,這些工程的投運后均取得了良好的效果,但是由于普遍采用GTO和變壓器多重化換流技術(shù),存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、損耗大等問題,成本也相對較高。

  南京主城西環(huán)網(wǎng)近、遠(yuǎn)期潮流分布不均、整體供電能力受限,而該區(qū)域位于繁華地帶,建設(shè)新的輸電通道極為困難且代價高昂。因此,國網(wǎng)江蘇省電力公司提出建設(shè)南京西環(huán)網(wǎng)UPFC工程,在不新建輸電線路的情況下,提高南京城市電網(wǎng)供電能力和安全穩(wěn)定水平。

  2015年,國家電網(wǎng)公司將南京220千伏UPFC項目列入當(dāng)年重點科技示范工程,同年6月開工。南京西環(huán)網(wǎng)UPFC示范工程投資約2.2億元,歷時6個月,于2015年12月11日正式投運。

  南京西環(huán)網(wǎng)UPFC示范工程的成功投運,實現(xiàn)了南京城市西部核心區(qū)電力傳輸?shù)木珳?zhǔn)控制,最大可提升該區(qū)域供電能力500~600兆瓦,并在2016年迎峰度夏期間多次將西環(huán)網(wǎng)關(guān)鍵斷面潮流控制在穩(wěn)定限額以下。與此同時,由于該項目投運后減少了投資巨大的電纜輸電通道建設(shè),節(jié)約投資超過10億元。

  南京西環(huán)網(wǎng)UPFC示范工程的良好效應(yīng),加上江蘇電網(wǎng)目前所面臨的潮流復(fù)雜多變、分布不均等問題,國家電網(wǎng)公司決定開展500千伏UPFC的應(yīng)用研究。

  “江蘇電網(wǎng)目前已經(jīng)建成‘六縱五橫’500千伏骨干輸電網(wǎng)架,是消納區(qū)外來電、接納省內(nèi)大型電源接入送出、向重要城市及重要負(fù)荷中心供電的主力軍?!眹译娋W(wǎng)公司科技部科研處修建表示,“我們?nèi)媸崂砹私K電網(wǎng)樞紐點附近、重要斷面和重要負(fù)荷中心應(yīng)用UPFC的需求及效果,發(fā)現(xiàn)蘇州南部電網(wǎng)(木瀆變電站)是最優(yōu)選擇。”

  而對于田杰來說,蘇州南部500千伏UPFC項目難在電壓等級和容量的提升?!澳暇╉椖糠e攢了很多經(jīng)驗,不過蘇州項目的電壓等級和容量提升是很大挑戰(zhàn)。目前世界上還沒有500千伏UPFC項目?!碧锝芨嬖V記者,電壓等級的提升給設(shè)備制造、系統(tǒng)可靠性、控制保護(hù)等方面帶來的挑戰(zhàn)都是前所未有的。

  示范區(qū)的示范工程

  在一千多公里之外的張北,有一個團(tuán)隊正在進(jìn)行著一項看起來與田杰負(fù)責(zé)項目非常相近的,著力提升電網(wǎng)靈活性的柔性輸電技術(shù)研究項目。和UPFC項目不同的是,張北項目是柔性直流輸電技術(shù)的研究,側(cè)重于電網(wǎng)對于新能源的接納。

  在張家口可再生能源示范區(qū)內(nèi)的張北±500千伏柔性直流電網(wǎng)示范工程項目(以下簡稱張北柔直示范工程)是國家電網(wǎng)公司推動可再生能源友好并網(wǎng)送出與靈活消納,探索可再生能源開發(fā)和利用的典型模式所開展的三個示范工程之一。

  “張北柔直示范工程是匯集和輸送大規(guī)模風(fēng)電、光伏等多種形態(tài)能源的四端柔性直流電網(wǎng)?!眹译娋W(wǎng)公司科技部科研處副處長李震宇告訴記者,該工程建成后將成為世界上第一個采用架空輸電線路、電壓等級最高、容量最大的柔性直流電網(wǎng),計劃于2018年建成。

  為保證工程可靠性,在項目可研評審階段,國家電網(wǎng)公司邀請包括周孝信、鄭健超、楊奇遜、黃其勵、郭劍波等院士在內(nèi)的33位國內(nèi)外知名專家,對該項目的整體技術(shù)方案進(jìn)行把關(guān),并組織中國電科院(300215,股吧)等單位開展孤島方案下新能源并網(wǎng)、柔直與新能源聯(lián)合運行等研究工作。

  “張北柔直工程最終將建成一個多能源互補交直流協(xié)調(diào)控制系統(tǒng),為解決電網(wǎng)薄弱導(dǎo)致的大規(guī)模可再生能源匯集與送出困難問題提供典型示范。”李震宇告訴記者,項目建成后將滿足張家口地區(qū)新能源送出和北京市接納新能源電量的需要,探索我國北方地區(qū)新能源開發(fā)和利用模式,積累相關(guān)技術(shù)和運行經(jīng)驗,對推動能源生產(chǎn)和消費革命起到科技引領(lǐng)示范作用。

      關(guān)鍵詞: 柔性直流輸電,電網(wǎng)智能化

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