特变电工副总工程师盛俊毅:仍需深入探索大规模新能源接入柔性直流输电系统

能见App 2021年10月19日 3250

2021年10月17日-20日,2021北京国际风能大会暨展览会(CWP 2021)在北京新国展隆重召开。作为全球风电行业年度最大的盛会之一,这场由百余名演讲嘉宾和数千名国内外参会代表共同参与的风能盛会,再次登陆北京。

本届大会以“碳中和——风电发展的新机遇”为主题,历时四天,包括开幕式、主旨发言、高峰对话、创新剧场以及关于“国际成熟风电市场发展动态及投资机会”“国际新兴风电市场发展动态及投资机会”“风电设备智能运维论坛”“碳达峰碳中和加速能源转型”等不同主题的15个分论坛。能见App全程直播本次大会。

其中,10月19日海上风电发展论坛隆重召开。特变电工新疆新能源股份有限公司副总工程师盛俊毅出席会议并演讲。

以下为发言全文:

盛俊毅:

各位嘉宾,大家下午好!非常荣幸今天下午跟大家分享大规模新能源接入的柔性直流输电系统解决方案探索。我在讲PPT之前,先讲一个小故事,其实最早大家知道法拉第跟爱迪生交直流之争,最后法拉第获胜了。日常生活中,咱们从家用电器,从电视机、电脑里面都是直流供电,我们把交流电转换成直流,新能源里面,光伏本身就是一个直流,我们需要把它转成交流,通过升压并到电网这种方式。像风电也是,日常生活中看到的东西还是直流居多,为什么直流没有发展起来?首先与电力设备和部件的设置有关。随着目前新能源发展,直流很多技术包括部件技术,传输技术、转换技术都得到了质的突破,所以未来大规模新能源送电里面,可以把新能源送到用量更大,距离更远。对于海上只有两根线,成本也更低,转换桩更加灵活。

今天的分享分为三个部分,第一个部分是直流输电方案的必要性,第二个做了几个比较典型的新能源场景,给大家做一个简单的介绍,也算抛砖引玉,后续可以讨论。第三个把公司从2013年到现在为止,我们做的柔性直流输电研究成果做一个汇报。

作为世界上最大的能源生产国和消费国,中国的资源和能源集中在西部和北部,而电力消费却集中在东南沿海,特殊的资源禀赋让中国必须建立长距离、跨区域调度的超级能源通道,特高压电力输送高速公路可以将巨量电能输送至千里之外,这是衡量一个国家电力装备水平的关键技术。

直流输电目前有常规直流输电和柔性直流输电。相比于常规直流输电,柔性直流输电可以实现弱电网的并网,功率的四象限控制,低谐波排放,为电源系统供电和黑启动的能力,高动态性能,占地面积小,无换相失败问题。但是正是由于其造价高、技术含量高,柔性直流输电还处于行业的制高点。

柔性直流输电的应用场景多样,可以实现多端直流供电,非同步互联,大规模深远海海上风电直流送出,为孤岛、海上平台供电等。对于交流输电、常规直流输电和柔性直流输电,新能源的大规模接入并网采用柔性直流输电技术是目前的优选技术方案。

二是大规模新能源接入的柔性直流输电系统解决方案探索。

2021年是中国“十四五”规划的开局之年,党中央、国务院站在“内促高质量发展、外树负责任大国形象”的高度,对应对气候变化作出了一系列重大决策部署,力争2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和,是党中央经过深思熟虑作出的重大战略决策,事关中华民族永续发展和构建人类命运共同体。对于我们,大规模新能源接入的柔性直流输电系统解决方案仍需深入探索。

实现新能源并网与送出的问题,提高电网稳定性、为部分用电负荷提供由柔性直流输电系统传送新能源、将现有的线路改造为柔性直流输电技术。把新能源电力直接送至负荷中心,采用绿电来进行产业升级将成为未来发展的趋势。

针对大规模新能源接入的柔性直流解决方案,我们从以下四种场景案例进行剖析。首先,针对±250kV/1GW的源网荷储一体化场景,我们设计了源网荷储一体化柔性直流输电系统拓扑,把大基地的新能源电力直接送至负荷中心,采用绿电来进行产业升级将成为未来发展的趋势。此方案可解决大规模新能源并网与送出的问题,提高电网稳定性。还可为部分用电负荷提供由柔性直流输电系统传送的新能源。

针对该方案,柔直系统方案可按如下参数,额定功率1GW,直流电压±250kV,采用伪双极系统,半桥模块,功率器件采用4500V/3000A压接式IGBT。实现西北以及北方地区新能源季节性的合理消纳,提高电力传输能力,加强新能源局部电网与华中、华南的互联,提高电网运行可控性,降低电网安全稳定运行风险,采用柔直并联技术方案实现背靠背互联,可以将新能源较多的地区与大电网进行隔离,维护区域电网稳定性。

针对±420kV/1.125GW的新能源局部电网与大电网背靠背互联场景,我们设计了双通道的拓扑结构,采用柔直并联技术方案实现背靠背互联,可以将新能源较多的地区与大电网进行隔离,维护区域电网稳定性。此方案可实现西北以及北方地区新能源季节性的合理消纳,提高电力传输能力。加强新能源局部电网与华中、华南的互联,提高电网运行可控性,降低电网安全稳定运行风险。

针对该方案,柔直系统方案可按如下参数,额定功率1.125GW,直流电压±420kV,采用伪双极系统,半桥模块拓扑,功率器件采用3300V/1500A焊接式IGBT。

针对±500kV/3GW的新能源局部电网大容量电力外送场景,我们设计了LCC-MMC混联的分层直流接入外送拓扑结构,采用分层直流接入技术可以有效的将分散的新能源电能进行有效的整和,即可以满足电力外送,又可以实现局部电网隔离。此方案可实现新能源局部电网大容量电力外送。另外还可以将现有的线路改造为柔性直流输电技术。

针对该方案,柔直系统方案可按如下参数,额定功率3GW,直流电压±500kV,采用对称双极系统,半桥模块拓扑,功率器件采用4500V/2000A压接式IGBT。

新能源局部电网大容量电力外送方案:针对±500kV/1.5GW的新能源局部电网大容量电力外送场景,我们也设计了LCC-MMC混联的分层直流接入外送拓扑结构,在新能源密集型的地区,尤其在西部和西北部,在区域内建设柔直电网,可以满足跨区域电力传送的稳定,又可以保证本区域系统的稳定。此方案实现新能源并网的稳定性,提高电力传输能力。另外还可以发挥输电经济性,采用特高压柔性直流送出方案。

针对该方案,柔直系统方案可按如下参数,额定功率1.5GW,直流电压±500kV,采用对称双极系统,半桥模块拓扑,功率器件采用4500V/2000A压接式IGBT。

三是特变电工柔直流阀技术。

特变电工不仅可以提供柔性直流输电成套解决方案,还可以提供柔性直流换流阀、换流变、电抗器、交直流高压穿墙套管、电缆、互感器、高压开关等关键设备。下面主要为各位领导介绍一下特变电工的柔性直流换流阀产品和技术。

2015年,特变电工研发的±320kV/1000MW功率模块通过实验。2016年,特变电工在世界上首次提出了“架空柔性直流输电系统直流故障无闭锁穿越控制”的技术。2017年,特变电工成功研制了世界上首个特高压柔性直流输电换流阀。2018年,特变电工中标南方电网乌东德项目。2020年,乌东德项目顺利投产。

左图是换流阀阀厅实物照片,右图是换流阀阀塔实物照片。换流阀作为柔性直流输电系统的核心电气设备,其制造、测试、运输、工程现场装配、调试和运行过程必须遵守严格的操作规程,才能保证整个柔性直流输电系统的稳定、可靠的运行。2016年,特变电工在世界上首次提出了“架空柔性直流输电系统直流故障无闭锁穿越控制”的技术。2017年,特变电工成功研制了世界上首个特高压柔性直流输电换流阀。2018年,特变电工中标南方电网乌东德项目。

国家层面多次重点报道了本项目中特变电工柔性直流产品研制、试验等实力!截止目前,柔输产业已授权换流阀及阀控系统相关专利及软件著作115个,其中发明专利52个,实用新型专利49个,软件著作6个,外观专利8个。通过多年的研发和沉淀,特变电工柔直产业的知识产权已是硕果累累,专利和软件著作权已累计100多项。

紧凑型轻量化功率模块、阀段、阀塔,特变电工提供电压等级±10kV~±800kV,容量等级10MW~8000MW的柔性直流输电、区域电网互联的成套方案及设备。特变电工可以为国家电网公司、南方电网公司、地方电力公司等单位提供电压等级在±10kV~±800kV,容量等级在10MW~8000MW的柔性直流输电、区域电网互联的成套方案及设备。

我们的±800kV/3000MW柔性直流输电阀控系统由9面屏柜组成,包含双重化冗余的2面主控制屏、6面脉冲分配屏、1面辅助功能屏。

柔直研发实验样机平台- ±10kV/5MW无闭锁架空柔直实验平台。特变电工建设了±10kV/5MW架空柔直样机,可进行直流故障穿越、降压运行、启动等各类试验。在西安产业园,特变电工建设了±10kV/5MW架空柔直样机,可进行直流故障穿越、降压运行、启动等各类试验。另外,在西安产业园,特变电工还建设了LCC+4端VSC五端柔直研发实验样机平台。

感谢各位的聆听,感谢长期以来对特变电工的大力支持和帮助,特变电工的发展和进步离不开党、国家、自治区、电力行业、能源行业、制造业,以及社会各界的鼎力扶持,希望您能为我们的发展提出宝贵意见!

我今天的分享就到这里,谢谢大家!

 

(根据演讲速记整理,未经演讲人审核)