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交流电网与直流电网此消彼长是未来电网态势
2014-08-28 15:52:58 来源: 中国电力网

笔者日前从中国南方电网专家委员会了解到该委员会多位专家畅叙未来电网形态。

事情还得从多端柔性直流输电说起。在南方电网的科技创新规划中赫然列入“基于电流源换流器的高压多端直流系统关键技术研去究”的重大技术研究项目,什么叫基于电流源的换流器?中国科学院周孝信院士解释说,目前工程应用的直流输电技术,使用的换流器是晶闸管构成的阀组,我们称之为电压源,其特性与输入的电压有关。而新型的直流输电技术使用的换流器是由IGBT(可关断的半导体器件)构成的组阀,IGBT称为绝缘栅双极型晶体管,是由双极型三极管和绝缘栅场效应管组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件,技术上优化了一个水平,具有多项优点。用这样的器件构成换流阀称之为电流源,其特性与输入电压无关,完全可以人为设定和控制。而基于电流源的直流输电俗称柔性直流输电。南方电网科技创新规划中的基于电流源换流器的直流输电就是此类输电技术。目前该研究的成果在南澳岛柔性直流输电项目得以实施。

南澳柔性直流输电项目的全称是:大型风电场柔性直流输电接入技术研究与开发。工程于2013年12月25日成功投产。该工程电压±160KV,容量200MW,联接青澳换流站、金牛换流站和塑城换流站,故这是一个三端直流工程。这一工程投产具有里程碑意义:一是柔性直流输电技术的工程应用,二是多端直流技术获得成功,而多端直流技术是构建直流电网的充分必要条件。多端柔性直流输电技术早已引起电网企业的多方关注,国家电网公司为此投重金进行研究,2014年7月4日,浙江舟山±200KV五端柔性直流输电科技示范工程正式投产,该工程建设舟定、舟岱、舟衢、舟泗、舟洋五个换流站,分处五个岛上,其容量分别是400 MW 、300 MW0、100 MW、100 MW、100 MW。通过140余千米的±200KV直流海缆线路和交流220KV线路和110KV线路将五个岛上的换流站连接成一个直流输电网络。柔性输电其优点是提高电力系统稳定性,增加系统动态无功储备,改善电能质量,提高配电可靠性和灵活性,具有环保好,占地小,适于风光电上网和孤岛运行的优点。

我国多端直流输电工程接连的成功和该项技术的不断完善,让我们看到中国未来电网发展的轨迹,看到了未来电网机构的雏形。在此,笔者大胆的对未来电网抒发一曲狂想。

第一、未来电网将形成两类电网同时并行的结构,一个是交流电网,一个是直流电网。交流电网与直流电网在合适的地点,以合适的方式构成电气上的联系。但是它们将没有电磁联系,这是维系交流电网和直流电网安全稳定运行的必要条件。

第二、未来将会有两类不同功能的直流电网。一类直流电网是在我国西北,风能、太阳能资源丰富地区,开发大量的风能和光伏电(或光热电)之后接入直流电网,这个网的作用是集纳集中开发的可再生能源,以直流输电方式将电能资源输往中、东部地区,从这个意义上讲,这个直流电网也可以成为送端直流输电网。另一种直流输电网是在东部或中部地区,直接供给用户的配电网。实际上有大量的用电器具更适合接入直流电网为之馈电,例如:电动汽车、各种信息设备如计算机、信通控制、大数据、传感器等以及大量应用的带有变动负荷的电动机,用直流驱动更高效。像家用电器如空调中的驱动电机。未来直流负荷有多大,乐观的估计应该在40%以上。中国科学院周孝信院士在南方电网专家委员会所做的学术报告指出:近中期直流输电面临的关键技术是受端(交流电网)接受直流大容量的安全问题,特别是无功冲击问题,而未来则是以新型(即柔性)直流输电技术和直流电网。他特别指出,直流成网将是电网技术的一次革命,要有一套新的(技术和管理)体系。

第三、交流电网与直流电网将成此消彼长的态势。毫无疑问,直流电网要经历一个较长的逐步发展的历程。从现在开始,直流电网的最基础的技术——柔性直流将通过试点示范和不断地投入新工程,通过实践丰富和完善这项技术特别是在实用上的适应性,在工程达到一定数量和规模后开始一个筑网过程。据专家推测,2030年前是直流电网逐渐成熟,可以成规模地推广的时间窗口,2030-2050年将是直流输电网逐步扩大完善的时间段。

第四、电网更加强调就地平衡和区域间、省间、地区间的交流互动,其中一个外部条件就是分散式分布式电源的广泛开发和应用。这些分布式电源要逐渐成为资源就地平衡的主力。这样电网的格局就会因市场配置资源的需要而自动收缩成若干小的岛屿式电网,网间有各种方式相连,而资源调剂完全成为一种市场行为,其调控权转移至客户手中。

第五、交流电网在让出一部分负荷给直流电网后,进入一个简化结构过程,更好地发挥区域间、省间、地区间电力交换的功能的过程。结构简化可以取得提高稳定性(但可能降低灵活性,灵活性由分布式电网承担),降低短路电流,改善电网的运营特性的收效。

第六、交流电网以往影响电网运行的静态稳定和暂态稳定问题将逐渐弱化,稳定问题转化为热稳定。电网安全的表现形式为元器件的故障,系统性故障将大为减少。这样一来元器件的安全可靠性是构筑坚强电网的保障,一旦元器件的安全性得以保险,电网将进入故障后检修阶段,此时检修的机制将发展变化(逐渐放弃多年执行的定期检修机制),检修机构的设置和检修方法也会发生变化,更多的是以换代修的快速恢复方法。

第七、供电可靠性更多地依赖分布式电源的互济,而不依赖电网的冗余度也将成为资源市场配置的原则,以提升每个供电单元的可靠性来保障交直流配电网的可靠性。

在建设直流电网的征途中,其实还有许多难题在等待克服。例如直流系统发生故障,应当迅速切除故障部分,恢复复没有故障部分的运行,此时要用直流断路器(直流开关)。而直流断路器灭弧时因没有交流电每秒100次的过零点,而使灭弧困难,这是目前全世界都在攻关的难点。可以想见在通往直流电网建网的过程中这些问题都将获得解决。

(本文作者系中国电力发展促进会专职顾问)

责编: 陈霞  Email:cableabc99@126.com 电话:0510-87240055
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