柔性直流输电和直流电网技术发展现状与挑战
发布时间：2015-03-30 09:15 来源：华电国威
现在大家都说可再生能源如果比例超过50%，德国、英国、欧盟在2050年，可再生能源的比例要达到80%，我们现在的电网行吗?现在的电网对可再生能源相对间歇式能源具有冲击性，我们现在的电网不是特别的友好，最好的技术，未来的输电技术是柔性直流和直流电网技术。今天就柔性直流输电和直流电网技术发展现状与挑战做一个陈述。
第一，输电技术的发展历程。
一百年前，交直流之争，交流战胜了直流，现在一百多年主要是交流的输送方式，但是交流电网越建越大，输送范围受限，输电走廊占用大，对新能源的接纳非常有限。
直流输电发展了40多年，广泛应用于点对点远距离大容量输电，需要非常强的交流系统支撑，不宜构成多端，也不能构网。
1999年出现了电压运行的叫柔性直流，这个技术是未来电网形态重要的发展方向，它非常容易构成多端、构成电网，所以这个技术，目前来说是新能源技术最友好的技术。
我们看看这张表，交直流对比，现在的直流技术无功不存在，稳定性也很高，不存在不稳定，同步也不存在，输送距离理论上是无限的，分布式能源接纳是最友好的，特别是电压源的，这些恰恰都是交流输电的缺点，是根本固有的。现代直流技术它的故障上升率，电压变换难度，这些困难在五到十年都能够解决，现代直流技术克服了交流输电技术固有的这些缺点，它是未来发展的重要发展方向。
我们想象一下直流输电技术，一种是传统直流和电压源的混合，受端不存在换向失败问题。还有是从发电到用电全部是直流，回到一百年前，一百年前技术不行，没有电离电子技术，现在有了这些技术，百年前的梦想都能成为现实。
第二，柔性直流输电技术。
柔性直流主要是基于IGBT新一代输电技术，改变了以前所有输电技术的特点，它可以独立运行，以前交流传输只能传输有功，而且线路充电无功，原来的直流只能传送有功，无功要进行无功补偿，本身的换流站，换流器能独立传输无功，所以有功和无功都能快速运行，而且独立可控。目前是远距离海上风电的唯一选择，传统直流不行，有换向失败的问题，交流充电无功不行，另外它可以构建多端和直流网络最佳的手段。无源、孤岛供电，大型城市供电，现在城市都是电线杆紧城，将来电线杆怎么都下地，直流一旦进入，一百公里都没问题，我们理想中的城中心就不需要建变电站了。
柔性直流1999年发展到现在，技术发展很快，一直到2011年，前面都是ABB在发展这个技术，在拓扑的技术上，损耗上有很大的制约。ABB、西门子、阿尔斯通，中国从2009年开始启动一系列的研究，到目前来说，在中国的发展速度非常快，起步晚，但是起点很高。
柔性直流的现状，1999年世界是第一条，2011年我国是第一条，截至2013年，已投运工程16条，最大的是40万，200千伏。但是现在启动在建的最小的是40万，就是说技术发展速度非常快。目前世界三端直流南澳的已经在运行，多端的世界上只有两条，舟山五端，美国三端。整个系统参数，目前已经投运的是这样的现状。
我们国家从2006年开始启动基础理论，从起步到几万、几十万到百万的发展方式。我们国家建的第一条上海柔直，容量很小，是一个示范，亚洲第一条，世界上第一个模块化接入的，也是世界上低损耗的模块化技术，已经纳入了国际搭建风电接入的标准模式案例。我们已经建成了两个多端，一个是南澳三端，最大一端容量是20万，国家电网公司的舟山是五端，正负两百千伏，最大的一端是40万，舟山的总容量是100万，这是新能源和交直流混合良好的发展方式。
现在在建的是厦门工程，这是世界上容量最大的，一千兆瓦，320千伏，主要是厦门岛供电，提高它的输送容量的比率，整个容量翻了好几倍，目前在建，预计在明年5月份要建成。今年在国际大电网会议上，中国的建设速度引起了很高的反响。
第三，直流电网技术。
跟前面说到的多端还不是一个概念，直流是真正构成网络。欧洲为了适合新能源，推出他雄心勃勃的计划，欧盟2012年形成了法案，欧盟的目标是2020年可再生能源要达到35%，以德国、英国为代表，2020年要达到80%，他雄心勃勃要再造电网，就是超级电网，相当于再造一个以直流电网为主的跨北欧、中东，风、太阳能、水，包括波浪能整个超级电网，这个已经变成了他的行动计划一步步在实施。
这个是英国的案例，英国在深海，最远的近一百公里了。这是德国再造一个国内的主干网。为了配合这个，国际大电网组织已经成立了六个工作组，今年又将启动六个工作组，启动一系列的研究，我们国家相关科研单位，各项基金都在支持这方面开展研究。欧洲的超级电网整个计划的进程，预计在十年之内，至少有20条，他的电网初步就要建成了。目前我们也在跟踪这样的欧洲直流电网的建设，应该说可以看到他们这一块儿，每个柔直现在欧盟是补贴的，任何一条柔性直流工程的建设，在构网之前补贴10-15%，推动可再生能源并网。
这是英国和挪威的一个案例，2015年到2018年点对点的，现在稍微有一年左右的滞后。第二阶段2018年到2020年，先构成多端。2020年到2022年，构成直流的网络。第四个阶段，再加上直流变压，国家之间全部采用海底电缆，柔性直流，从岸上再进行交流的转换。
第四：发展趋势。
未来发展趋势，未来整个发展，一个是器件水平，电力电子器件，另外就是推动了容量发展，目前在建最大的是输电工程正负两百千伏，五百兆瓦，这是最高电压等级，五百千伏，一千五百兆瓦，这个在规划，应该说整个容量，英国规划的是两千兆瓦，两百万，四百千伏或者五百千伏，以五百千伏为主干网架。
对于我们国家来说，目前必须是强交流的支撑，强交、强直来支撑，这种常规来地域换向失败是根本性的，不可克服的，在未来的电力电子器件的发展，未来十年到二十年，可能对受端进行类似的改造，采用电压源，根本性用柔性直流解决换向失败问题。另外整个送端构建一个柔性直流的超级电网，由特高压送到东部。对于城市电网，像北京市的地图，近30个变电站，未来二三十年，变电站全部在七环外就可以了，不需要在城里建变电站，直流供电半径不存在距离问题。柔性直流的趋势，是多端直流的网络。
面临的挑战，一个是基础理论，另外就是器件，容量、电压等级不断提升，碳化硅革命性的变革，这些都是未来电网面临的革命性的技术。还有就是拓扑技术，现在是电缆应用，拓扑系统有各种各样的组合方式，把容量、电压等级提升，能够在十年左右的时间，到二十年，能够替代现在的常规直流。柔性直流电缆现在ABB已经发布，525千伏，2600安培的直流电缆已经出来了，我们国家要紧追，我们也在欧洲院启动直流电缆的研究和开发。
高压直流断路器，这个研发成功预示着直流电网可以开始构建，国网智研院今年年底200千伏，实现三个毫秒的断路器将研制成功，通过所有形式的实验，今年年底也要发布。
另外就是系统可靠性，常规直流的可靠性已经经过几十年经验的实践，双极闭锁十年才允许一次，应该说柔性直流的可靠性远远达不到常规直流的可靠性，所以这都是未来的方向和机遇。
总体来说，随着我国区域性新能源并网和消纳，海上资源的开发，城市电网的升级等方面，柔性直流技术是非常有效的技术手段。特别是可开断器件，直流电缆制造水平的不断提高，柔性直流将成为未来直流电网中最主要的输电方式。预计在未来十到十五年，世界范围内将有望建成以柔性直流为主，这主要在欧洲的超级电网，在未来十到十五年就会建成了。
