柔性直流輸電技術(shù)標準體系研究與優(yōu)化

摘 要：以模塊化多電平換流器為核心的柔性直流輸電技術(shù)以其損耗低、諧波小、易擴展等優(yōu)點，成為提升新能源并網(wǎng)穩(wěn)定性和靈活性、支撐能源轉(zhuǎn)型的新型輸電技術(shù)。隨著近年來柔性輸電技術(shù)的工程化應(yīng)用逐漸增加，有必要對柔性直流輸電標準體系進行優(yōu)化提升，以滿足柔性直流輸電技術(shù)發(fā)展和后續(xù)推廣應(yīng)用需求。本文梳理構(gòu)建了現(xiàn)有柔性直流輸電國家及行業(yè)標準體系，結(jié)合近年來在柔性直流輸電領(lǐng)域涌現(xiàn)的新技術(shù)與新設(shè)備，提出優(yōu)化發(fā)展方向，明確了需修訂與增補的標準及需求，對于規(guī)范柔性直流輸電領(lǐng)域的相關(guān)技術(shù)發(fā)展、指導(dǎo)標準制定、完善優(yōu)化標準體系，以及推動先進標準的國際化提供參考。

關(guān)鍵詞：柔性直流輸電，模塊化多電平換流器，標準體系，標準制定，工程化

0 引 言

為了有效解決氣候變化、環(huán)境污染與傳統(tǒng)能源日益枯竭等問題，實行“雙碳”行動勢在必行，未來將逐漸實現(xiàn)以傳統(tǒng)能源為主體向綠色、清潔的可再生能源為主體的能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變。由于我國可再生能源分布與電力消納呈現(xiàn)典型的逆向分布特性[1]，要求電網(wǎng)具備大容量、遠距離輸送能力，為沿海負荷區(qū)域提供可靠的電力保障。以模塊化多電平換流器為核心的柔性直流輸電技術(shù)可以實現(xiàn)功率四象限運行以及有功、無功獨立控制，且損耗低、諧波小、易擴展，成為實現(xiàn)大規(guī)?？稍偕茉磪R集送出、深遠海風電接入系統(tǒng)的主要并網(wǎng)方式之一，也是當前國內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域研究的熱點。按照科技研發(fā)、標準制定與工程應(yīng)用一體化的思想，有必要對現(xiàn)有的標準體系進行優(yōu)化研究，進一步細化子體系架構(gòu)，形成完善的系列標準集合，以適應(yīng)技術(shù)與工程應(yīng)用的新形勢。

在柔性直流輸電技術(shù)標準體系研究方面，文獻[2]依托舟山、廈門柔直工程，從規(guī)劃設(shè)計、設(shè)備材料、工程建設(shè)以及運行維護等方面梳理了國家電網(wǎng)有限公司柔性直流輸電工程標準體系，但是缺少對柔性直流輸電國家和行業(yè)相關(guān)標準體系的構(gòu)建以及優(yōu)化完善；文獻[3]重點梳理了有關(guān)柔性直流輸電的IEC國際標準和CIGRE導(dǎo)則，并提出了柔性直流輸電國際標準未來可以多在直流電網(wǎng)、高壓直流斷路器等方向優(yōu)先布局。文獻[4]重點梳理了柔性直流輸電系統(tǒng)中設(shè)備可靠性相關(guān)標準，并總結(jié)了未來標準制定的方向；文獻[5]介紹了海上風電并網(wǎng)領(lǐng)域的標準化工作，其中包括海上風電柔性直流輸電技術(shù)相關(guān)標準的編制現(xiàn)狀，但沒有進行體系化的研究。

本文對柔性直流輸電領(lǐng)域的國家、行業(yè)標準進行系統(tǒng)分析和梳理，接著按照堅持持續(xù)創(chuàng)新、不斷拓展的原則，從既保持標準體系整體架構(gòu)的相對穩(wěn)定，又順應(yīng)新技術(shù)的發(fā)展趨勢，滿足創(chuàng)新發(fā)展需求的角度出發(fā)，提出標準體系優(yōu)化發(fā)展方向，完善技術(shù)標準體系，為標準的制定和促進技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

1 柔性直流輸電技術(shù)標準需求分析

世界范圍內(nèi)柔性直流輸電工程的規(guī)劃和建設(shè)數(shù)量正逐漸增多，應(yīng)用領(lǐng)域逐漸從常規(guī)的端對端陸上輸電向深遠海上風電輸送、新能源送端直流組網(wǎng)等方向擴展，與此同時，也應(yīng)同步開展柔性直流輸電相關(guān)標準的規(guī)劃、布局與制定工作，以滿足科技研發(fā)、標準制定與工程應(yīng)用一體化思想。目前來看，已建成投運的多為示范工程，工程建設(shè)仍超前于標準建設(shè)。在工程的規(guī)劃、設(shè)計與建設(shè)階段，對于技術(shù)手段尚不完善的探索性工程，相關(guān)的系統(tǒng)參數(shù)、運行方式、拓撲結(jié)構(gòu)等與柔性直流輸電工程相比有所提升和改進，但試驗、設(shè)備等方面仍依托舊的標準甚至是常規(guī)直流輸電技術(shù)標準，已無法適應(yīng)和指導(dǎo)新的工程建設(shè)；而由于標準體系的不健全導(dǎo)致主要設(shè)備供應(yīng)商研制的新型設(shè)備缺乏統(tǒng)一標準規(guī)范，進而不同廠家產(chǎn)品性能不一致，接口不規(guī)范等，給工程調(diào)試、應(yīng)用與推廣帶來不便。

2 標準體系構(gòu)建和優(yōu)化方向建議

2.1 標準體系

近年來，在柔性直流輸電工程的建設(shè)下，各研究機構(gòu)、高校等不斷構(gòu)建和完善柔性直流輸電標準體系建設(shè)。本文梳理了已發(fā)布的柔性直流輸電領(lǐng)域國家、行業(yè)、團隊及企業(yè)標準，構(gòu)建出基礎(chǔ)綜合、規(guī)劃設(shè)計、設(shè)備材料、工程建設(shè)以及運行維護五類標準體系頂層框架設(shè)計，對應(yīng)的標準見表1所示。

基礎(chǔ)綜合類主要包括柔性直流輸電的術(shù)語等基礎(chǔ)內(nèi)容的標準，如：術(shù)語類標準對各類專業(yè)名詞進行解釋；規(guī)劃設(shè)計類包括柔性直流輸電系統(tǒng)性能、控制保護、系統(tǒng)設(shè)計等，對工程前期的可研和設(shè)計等進行規(guī)范和要求；設(shè)備材料類標準是對柔性直流相關(guān)裝備技術(shù)進行規(guī)范，如：換流閥、接地設(shè)備、變壓器、啟動電阻等；工程建設(shè)類標準規(guī)范了柔性直流輸電工程涉及的各種交接試驗、現(xiàn)場試驗等要求，為設(shè)備運輸、現(xiàn)場檢查、安裝施工及驗收等提供統(tǒng)一的標準參考，提高工程驗收的效率；在運行維護方面規(guī)定了工程運行和檢修需要遵守的標準，有助于提高柔性直流輸電工程運行維護工作的效率。

2.2 優(yōu)化方向

未來隨著雙碳行動的日益開展，能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型勢在必行，對遠距離、大容量輸電的需求更加強烈，柔性直流輸電的應(yīng)用將更加廣泛。隨著新能源的規(guī)?；_發(fā)和洲際、跨國互聯(lián)，端對端擴展組網(wǎng)形式的直流電網(wǎng)可以實現(xiàn)區(qū)域間能源資源的優(yōu)化配置、大規(guī)模新能源電力的可靠接入以及現(xiàn)有電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的提升。我國西北地區(qū)蘊藏著大量的風電、光伏等可再生能源，多種可再生能源大規(guī)?；ヂ?lián)促使直流電網(wǎng)向更大容量、更多端數(shù)、多電壓等級互聯(lián)方向發(fā)展，具有廣闊的應(yīng)用前景。

目前，國際上已經(jīng)投運的柔直工程已有50余項，主要分布在歐洲和中國。歐洲計劃以柔直為主要手段建設(shè)超級電網(wǎng)，實現(xiàn)北海風電、北歐水電以及北非光伏多種可再生能源的廣域互補和高效利用；北美主要將柔直用于交流電網(wǎng)互聯(lián)，提升電網(wǎng)靈活性；中國柔直技術(shù)發(fā)展迅速，在輸電電壓、輸送容量等性能指標上已走在世界前列。同時出現(xiàn)大量新型換流裝備，有必要結(jié)合大量工程應(yīng)用經(jīng)驗對現(xiàn)行標準進行監(jiān)督評價及反饋，盡快修訂完善現(xiàn)行標準中的不足，從參數(shù)設(shè)計、控制保護、運行方式、試驗流程、檢修規(guī)范等各個環(huán)節(jié)建立統(tǒng)一的標準，以便指導(dǎo)后續(xù)工程實踐。

針對柔性直流輸電標準體系，提出以下優(yōu)化方向建議。

（1）隨著工程輸送距離、容量和電壓等級的不斷提升，部分柔直工程標準編制年代久遠，已經(jīng)無法適應(yīng)新的需求，有必要結(jié)合大量工程應(yīng)用經(jīng)驗，對這部分標準進行修訂和完善；

（2）為適應(yīng)高電壓、大容量、遠距離輸電、直流組網(wǎng)等需求，在目前的工程中應(yīng)用了大量研制出的新型設(shè)備，建議盡早開展新型設(shè)備標準化工作，從參數(shù)設(shè)計、控制保護、運行方式、試驗流程、檢修規(guī)范等各個環(huán)節(jié)建立統(tǒng)一的標準，以便指導(dǎo)后續(xù)應(yīng)用于工程實踐。

根據(jù)上述優(yōu)化方向建議，對柔性直流輸電標準體系的不同類別進行了新標準的布局，如：在基礎(chǔ)綜合類建議增加柔性直流電網(wǎng)以及高壓直流斷路器等術(shù)語標準，以統(tǒng)一新型設(shè)備的命名、名詞定義等；在系統(tǒng)分析類方面建議新增柔性直流電網(wǎng)、海上風電成套設(shè)計、全新能源直流匯集技術(shù)規(guī)范，以填補相關(guān)標準空白，為后續(xù)工程提供規(guī)范和指導(dǎo)；在設(shè)備材料類建議新增直流耗能裝置技術(shù)規(guī)范；在工程建設(shè)類新增高壓直流斷路器、直流耗能裝置、直流設(shè)備等交接試驗、現(xiàn)場試驗、電氣試驗規(guī)范等；在運行檢修類新增高壓直流斷路器狀態(tài)評價規(guī)范、裝備數(shù)字孿生技術(shù)應(yīng)用規(guī)范等，以便為后續(xù)工程中上述新設(shè)備的使用提供標準化技術(shù)指導(dǎo)和監(jiān)督的依據(jù)。

3 結(jié) 論

本文梳理了柔性直流輸電領(lǐng)域國內(nèi)標準體系，旨在總結(jié)當前柔性直流輸電工程標準化工作的不足，研判技術(shù)發(fā)展趨勢，結(jié)合標準與科研雙向互動，完善優(yōu)化現(xiàn)有標準體系，補充柔性直流輸電領(lǐng)域新的應(yīng)用場景如：直流電網(wǎng)、海上風電柔直送出工程，以及高壓直流斷路器、直流耗能裝置、直流變壓器等新設(shè)備應(yīng)用及數(shù)智化的標準需求，為本技術(shù)領(lǐng)域標準體系的逐步優(yōu)化和后續(xù)標準的制修訂工作提供建議。

參考文獻

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