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世界首个多端柔性直流输电工程建成

发布时间:2014-01-03 13:01:49   来源:令辉电器

国际上尚无多端柔性直流输电工程实践经验。该工程是我国继±800kV特高压直流输电工程之后,在国际直流输电领域取得的又一重大创新成果,为远距离大容量输电、大规模间歇性清洁电源接入、多直流馈入、海上或偏远地区孤岛系统供电、构建直流输电网络等提供安全高效的解决方案,推动国际直流输电技术实现了新突破

  攻克了多端柔性直流输电控制保护这一世界难题,使我国在世界上率先掌握了多端柔性直流输电成套设计、建设、调试和运行全系列核心技术,站在了世界输电技术的最前沿

  该项国家863计划项目展示与示范了柔性直流输电在风电接入方面的技术优势,能至少提高风电利用率5%-10%。工程所有核心设备以及控制保护系统均为国内首次研发,具有100%自主知识产权,对推动我国电力工业和装备制造业发展,保障电力安全可靠供应具有重要意义

  广东汕头南澳岛上200多台耸立的大风车正迎风转动,南方电网公司全力推进的世界第一个多端柔性直流输电示范工程——南澳±160千伏多端柔性直流输电示范工程就坐落在风车脚下的青澳湾。

  12月25日,随着南澳多端柔性直流输电工程现场总指挥一声令下,南澳岛上青澳、金牛两个换流站与汕头澄海区的塑城换流站完成了三端投产启动,这标志着南方电网攻克了多端柔性直流输电控制保护这一世界难题,成为世界第一个完全掌握多端柔性直流输电成套设备设计、试验、调试和运行全系列核心技术的企业,建成了世界上第一个多端柔性直流输电工程,在中国乃至世界电力发展史上具有划时代的重要意义。

  柔性直流宝石闪耀世界

  “这意味着我国成为世界第一个将多端柔性直流输电技术投入工程化应用的国家。” 南方电网专家委员会主任委员李立浧院士告诉记者,“多端柔性直流输电系统模块化多电平(MMC)技术,可灵活接入多个站点的风能、太阳能、地热能、小水电等清洁能源,通过一个大容量、长距离的电力传输通道,到达多个城市的负荷中心。这为新能源并网、大型城市供电以及孤岛供电等场合提供了一种有效的解决方案。”

  “柔性”是相对于常规直流输电技术而言,采用了先进的大功率电力电子器件组成的电压源换流器(VSC),可以依据电网需要,可以灵活快捷地改变电能输送的大小和方向,并提供更优质的电能质量。我们采用了模块化多电平技术(MMC),规模、容量、电压等级等关键工程参数都可以依据工程需求与电能传输距离量身定制,灵活实现。

  南澳多端柔性直流输电工程项目技术负责人饶宏告诉记者,“风能、太阳能发电等新能源接入电网的最大障碍就是其间歇性和不确定性,而柔性直流输电技术就像在电网接入了一个阀门和电源,可以有效地控制其上面通过的电能,隔离电网故障的扩散,而且还能根据电网需求,快速、灵活、可调地发出或者吸收一部分能量,从而优化电网的潮流分布、增强电网稳定性、提升电网的智能化和可控性。”

  目前,世界各国充分认识到柔性直流输电在可再生能源和智能电网建设中的重要作用,柔性直流输电工程应用开始呈现快速增长。但全球已投运的柔性直流输电工程均为点对点两端系统,尚无多端柔性直流输电工程投入商业运行。

  “多端”则是相对于“两端”而言,指两端以上的柔性直流输电工程。南澳多端柔性直流输电工程项目工程师许树楷介绍说:“两端直流输电系统无法实现对多个电源点(如风电场、分散式小水电等)的接入或多个负荷点的同时供电,多端系统可以将多个海上风电场、孤立海岛与大陆连接起来,构成直流网络,在节省投资与减少海域资源占用的情况下,既满足海岛电力需求的同时还能将富余电能送往大陆。”

  我国首条柔性直流输电示范工程为上海南汇风电场两端柔性直流输电工程,于2011年投入正式运行。该工程输送容量为2万千瓦,直流电压等级±30千伏。

  落户广东汕头南澳岛的三端柔性直流输电工程设计容量为20万千瓦,直流电压等级±160千伏,是世界首例多端柔性直流输电工程。

  南澳多端柔性直流输电工程目前分别在南澳岛上的青澳、金牛各建设一座换流站,在大陆澄海区建设一座换流站,三个站容量分别为5万千瓦、10万千瓦和20万千瓦,建设直流电缆混合输电线路40.7公里。未来岛上还将建设一座接纳近海上风电的换流站。该工程项目成果具有完全自主知识产权,将提高我国电网的整体科技含量,提升我国高端输变电产业的国际竞争力。

  缘起自主创新、100%自主知识产权

  “十八大”传递出来的“美丽中国”讯号再一次召唤清洁能源的开发利用,但是受接入技术条件限制,电网多年来一直无法承载大规模风电的接入。现有运行经验表明,交流系统电压波动是 “弃风”的主要原因之一。

  一直以来,南方电网致力于高压直流输电技术、特高压直流输电技术、交直流并联大电网运行技术,积累了大型工程成套设计、设备规范制定、控制保护功能设计和测试、设备监造等方面积累了丰富的工程经验。近年来,又在电力电子在电网中的应用方面取得了显著突破,比如STATCOM技术、柔性直流输电技术等。

  为攻克多端柔性直流输电这一世界难题,大力发展清洁能源,国家科技部2011年将“大型风电场柔性直流输电接入技术研究与开发” 课题列入国家863科技计划重大专项,把南澳多端柔性直流输电工程作为我国第一个自主化示范工程,突破大型风电采用柔性多端直流输电接入电网的关键技术问题,提升我国柔性直流输电领域的核心装备研发和制造水平,实现成套设计的全面自主化目标。

  汕头(南澳)风力发电有限公司总工程师高斌说,“就好比一个小水池,倒一杯水可能也会溅起水花,更不要说一场大雨了。”柔性直流输电技术却有“化干戈为玉帛”的神功,被誉为“风电知音”,是国际上公认的风电场并网的最佳技术方案。

  “柔性直流技术能通过对风电进行全方位控制,使风力发电的间歇性特点不会扰乱电网,这就像是给小水池装了一个拦水坝,能减少水的波动。”高斌介绍说,“该技术的灵活性很强,对冲击负荷的承受能力更大,用电质量与可靠性更明显。如一台正在运行的电器,常规交流或常规直流在消纳间歇性能源并网或应对冲击性负荷时,往往会因为电压不稳带来隐患,而柔性直流技术在消纳时则较为平稳,设备受损的概率明显降低。”

  由于柔性直流是最为先进的电力技术之一,一直受到世界主要发达国家的重视,相关技术资料鲜有公开,且多端柔性直流比两端更要复杂得多。

  “关键技术研究必须全部立足于自主科研。”广州、北京两地,一个由南方电网牵头组织、来自高校、研究机构、设计和制造企业、超过100人的产学研联合技术攻关团队悄无声息地组建。攻关团队每天工作超过15小时,历经无数次的论证、计算、试验,攻克了世界第一个多端柔性直流输电工程的“心脏”难题——控制保护系统,形成了包括多端柔性直流工程控制保护系统研究技术等10个“世界第一”。

  “控制保护系统是整个工程的‘神经中枢’,南澳柔性直流输电示范工程作为世界第一个多端柔性直流输电系统,其‘多端’功能完全依靠复杂而灵活的控制保护系统来实现。”许树楷解释道。

  “就像一个有着多个入口(电源接入端)与多个出口(负荷供电端)的水管,要保证水管水压稳定,则入水与出水流量要时时刻刻基本保持平衡。但由于入水量与出水量是各个端口依据各自情况而随时变化的,如何实时平衡这种变化难度极大。而当一个入水口或出水口堵塞了,其它入口、出口如何快速调整自身的入水、出水量,甚至是入水、出水方式之间发生切换,来维持整个系统的再平衡,及技术含量就更高。”

  “多端”之难正在于此。

  许树楷告诉记者:“此次南澳工程的自主创新不但体现在科研团队攻坚克难的决心,更为重要的是,我们走在了世界直流输电技术的前列。”

  南澳多端柔性直流输电工程将已基本成型的两端柔性直流系统扩展到多端,每一端的接口与设备都选用了不同型号,来自于包括央企、民营企业在内的国内不同厂商的设备,让国内尽可能多的设备研发制造企业参与到这个开创性的工程中来,培育起一个良性竞争的市场环境。详细了解请点击:http://www.csg.cn/index/dbt/201312/t20131225_74863.html