先進(jìn)交直流輸電技術(shù)在中國(guó)的發(fā)展與應(yīng)用

蘆浩 尹河 付繼超

摘要：先進(jìn)交直流輸電技術(shù)是在傳統(tǒng)輸電技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過(guò)新的技術(shù)來(lái)提升輸送能力和效率，實(shí)現(xiàn)高效、智能、環(huán)保的電能傳輸。文中針對(duì)我國(guó)基于電力電子技術(shù)的先進(jìn)交直流輸電技術(shù)發(fā)展情況，總結(jié)靈活交流輸電、特高直流輸電、柔性直流輸電及直流電網(wǎng)等先進(jìn)輸電技術(shù)的發(fā)展歷程、取得的成果，并指出未來(lái)相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域今后的重點(diǎn)發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：先進(jìn)輸電技術(shù);靈活交流輸電;特高壓直流輸電; 柔性直流輸電;發(fā)展;應(yīng)用

先進(jìn)交直流輸電技術(shù)領(lǐng)域中，基于大功率電力電子變換的相關(guān)技術(shù)和裝備進(jìn)行研究，分析和總結(jié)相關(guān)的技術(shù)研發(fā)和工程應(yīng)用中取得的重要技術(shù)成果，并指出未來(lái)的研究重點(diǎn)和需要攻克的關(guān)鍵性技術(shù)，為推動(dòng)交直流先進(jìn)輸電技術(shù)的快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用提供支撐。

1 超/特高壓靈活交流輸電技術(shù)

1.1技術(shù)發(fā)展概況

FACTS 技術(shù)是指以電力電子設(shè)備為基礎(chǔ)，結(jié)合現(xiàn)代控制技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)原有交流輸電系統(tǒng)參數(shù)及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的快速靈活控制，從而達(dá)到大幅提高線路的輸送能力和增強(qiáng)系統(tǒng)穩(wěn)定性、可靠性的目的。目前，F(xiàn)ACTS技術(shù)已從基于半控型器件的靜止無(wú)功補(bǔ)償器、可控串補(bǔ)器、可控并聯(lián)電抗器、靜止同步串補(bǔ)償器，發(fā)展到基于全控型器件的靜止同步補(bǔ)償器、統(tǒng)一潮流控制器等技術(shù)，其對(duì)電網(wǎng)的控制也從對(duì)單一電氣量的電壓、無(wú)功、有功控制，發(fā)展到對(duì)電網(wǎng)多個(gè)電氣量的協(xié)調(diào)控制。

1.2技術(shù)成果與工程應(yīng)用

在基于半控型器件的FACTS技術(shù)研究方面，我國(guó)自20世紀(jì)90年代中期即開(kāi)展相關(guān)技術(shù)研究，目前已掌握靜止無(wú)功補(bǔ)償器、可控串補(bǔ)器、可控并聯(lián)電抗器、靜止同步串補(bǔ)償器等相控型 FACTS 核心技術(shù)，極大地促進(jìn)了相關(guān)產(chǎn)品在我國(guó)超高壓電網(wǎng)的推廣應(yīng)用，并引領(lǐng)相控型FACTS技術(shù)向750kV 及以上超/特高壓方向發(fā)展。在基于全控型器件的FACTS技術(shù)方面，我國(guó)已經(jīng)研究并掌握了統(tǒng)一潮流控制器、靜止同步串補(bǔ)償器的關(guān)鍵技術(shù)，建立了滿(mǎn)足不同研究需要的系統(tǒng)級(jí)、裝置級(jí)、閥級(jí)多尺度實(shí)時(shí)仿真模型，為后續(xù)在超/特高壓電網(wǎng)中的應(yīng)用，奠定了基礎(chǔ)。

2 特高壓直流輸電技術(shù)在我國(guó)的應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1 該技術(shù)的研究情況

特高壓直流輸電技術(shù)和特高壓交變電輸電技術(shù)是特高壓輸電技術(shù)的兩種類(lèi)型。我國(guó)最開(kāi)始研究的是特高壓交變電輸電技術(shù)，該技術(shù)在電網(wǎng)建設(shè)中發(fā)揮了重要作用。利用該技術(shù)可合理配置資源，提高電網(wǎng)安全事故處理能力，特高壓直流輸電技術(shù)與交變電技術(shù)相比，難度更大，技術(shù)上更為復(fù)雜。該技術(shù)誕生于瑞典，研究人員在二十世紀(jì)六十年代開(kāi)始對(duì)±750KV 的導(dǎo)線輸電技術(shù)進(jìn)行研究。我國(guó)對(duì)特高壓直流輸電技術(shù)研究的標(biāo)志為電壓平均分配的主回路、每極雙12脈動(dòng)換流器串聯(lián)輸電方案的制定。該方案綜合分析了多種因素，選擇最佳零配件，綜合比較每級(jí)換流器，由此將輸電電壓穩(wěn)定性提升。

2.2 該技術(shù)的應(yīng)用情況

我國(guó)“十二五”規(guī)劃中特高壓直流輸電技術(shù)被納入其中。該項(xiàng)目主要是針對(duì)輸電工程的建設(shè)，目標(biāo)是將特高壓輸電網(wǎng)絡(luò)在全國(guó)范圍內(nèi)建立。該項(xiàng)目的實(shí)施刷新了特高壓直流輸電技術(shù)在電壓等級(jí)、輸送電量及距離等方面的世界紀(jì)錄。

3 特高壓輸電技術(shù)在我國(guó)的應(yīng)用前景

3.1 經(jīng)濟(jì)前景

特高壓直流輸電技術(shù)可為我國(guó)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益，該技術(shù)面臨的經(jīng)濟(jì)前景是非常廣闊的。西電東送輸電工程的開(kāi)展對(duì)電網(wǎng)企業(yè)自身的輸電能力有了更高層次的要求。傳統(tǒng)輸電技術(shù)工程建設(shè)需要占用大面積耕地，耗費(fèi)巨大成本，并且對(duì)周?chē)h(huán)境也造成不同程度的損害，針對(duì)此種問(wèn)題需要特高 壓輸電技術(shù)來(lái)解決。高技術(shù)可在滿(mǎn)足人們生產(chǎn)生活高用電需 求的基礎(chǔ)上，節(jié)約建設(shè)成本，對(duì)環(huán)境進(jìn)行保護(hù)，因此特高壓輸電技術(shù)有廣闊的經(jīng)濟(jì)前景。

3.2 施工前景

特高壓直流輸電技術(shù)能將電力輸送穩(wěn)定性和抗干擾能力提升，該技術(shù)有較窄的輸電走廊，可減少輸電能耗，提高輸電效率。但是特高壓直流輸電技術(shù)在技術(shù)上有更高層次的要求，結(jié)合交流輸電技術(shù)，兩者可協(xié)調(diào)配合，優(yōu)化電網(wǎng)配置。

4 柔性直流輸電技術(shù)

4.1 技術(shù)發(fā)展概況

以全控型絕緣柵雙極型晶體管（insulated gate bipolar transistor，IGBT）作為換流器件及其所構(gòu)成的電壓源換流器在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用，產(chǎn)生并推動(dòng)了柔性直流輸電技術(shù)的發(fā)展。

4.2 技術(shù)成果與工程應(yīng)用

柔性直流輸電作為一種全新的輸電方式，可以分別實(shí)現(xiàn)有功和無(wú)功功率的獨(dú)立控制，其內(nèi)在運(yùn)行規(guī)律與運(yùn)行機(jī)理描述復(fù)雜，系統(tǒng)動(dòng)態(tài)行為特性精確描述困難;尤其是當(dāng)前普遍采用的模塊化多電平換流器（modular multilevel converter，MMC）中，包含數(shù)千個(gè)狀態(tài)和控制均獨(dú)立的電壓源功率單元，運(yùn)行狀態(tài)多、隨機(jī)性強(qiáng)，無(wú)法簡(jiǎn)化等效，建模與仿真手段需要再造，電壓電流平衡的協(xié)同調(diào)控困難;同時(shí)，換流器中包含數(shù)千至數(shù)萬(wàn)個(gè)電力電子器件，多物理 場(chǎng)相互作用關(guān)系復(fù)雜，高可靠性設(shè)計(jì)方法和試驗(yàn)機(jī)理都是全新的挑戰(zhàn)。針對(duì)以上難題，在該技術(shù)的開(kāi)發(fā)和設(shè)備研制過(guò)程中，取得了如下的技術(shù)突破。

4.2.1 系統(tǒng)動(dòng)態(tài)行為精確描述和設(shè)計(jì)方法

1）交流系統(tǒng)與直流系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)功率傳輸特性的數(shù)學(xué)建模方法，以及交直流系統(tǒng)間有功、無(wú)功功率交換機(jī)理及傳輸規(guī)律。2）多端直流換流器之間能量交換特性的數(shù)學(xué)建模方法和多端直流系統(tǒng)能量耦合規(guī)律。3）主電路參數(shù)協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)、接地方式優(yōu)化與過(guò)電壓絕緣配合等系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。

4.2.2 系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模擬方法和混合仿真技術(shù)

1）基于等指數(shù)原則、相似性原理和等慣性時(shí)間常數(shù)模擬的動(dòng)態(tài)模擬技術(shù)。 2）基于阻抗和損耗補(bǔ)償?shù)母呔饶M方法和實(shí)時(shí)功率調(diào)節(jié)、動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性等效、參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)等動(dòng)態(tài)模擬技術(shù)。

結(jié)束語(yǔ)：

先進(jìn)交直流輸電技術(shù)未來(lái)將極大地改變現(xiàn)有電網(wǎng)的面貌。尤其是電力電子技術(shù)在電網(wǎng)中的應(yīng)用，將對(duì)未來(lái)電網(wǎng)形態(tài)帶來(lái)深遠(yuǎn)的影響和深刻的變革。未來(lái)的十 年，將是我國(guó)柔性直流和直流電網(wǎng)快速發(fā)展時(shí)期，對(duì)于我國(guó)區(qū)域性新能源并網(wǎng)和消納，多端直流和直流電網(wǎng)技術(shù)將是有效的補(bǔ)充。

參考文獻(xiàn)

[1]蔡暉， 彭竹弈， 張文嘉，等. 柔性直流輸電技術(shù)在江蘇電網(wǎng)的應(yīng)用研究[J]. 電力電容器與無(wú)功補(bǔ)償， 2019， 40（02）：96-100+106.