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      未來電網是交流電網與直流電網此消彼長的態勢

      發布時間:2014-09-01 瀏覽:1976

                事情還得從多端柔性直流輸電說起。在南方電網的科技創新規劃中赫然列入“基于電流源換流器的高壓多端直流系統關鍵技術研去究”的重大技術研究項目,什么叫基于電流源的換流器?中國科學院周孝信院士解釋說,目前工程應用的直流輸電技術,使用的換流器是晶閘管構成的閥組,我們稱之為電壓源,其特性與輸入的電壓有關。而新型的直流輸電技術使用的換流器是由IGBT(可關斷的半導體器件)構成的組閥,IGBT稱為絕緣柵雙極型晶體管,是由雙極型三極管和絕緣柵場效應管組成的復合全控型電壓驅動式功率半導體器件,技術上優化了一個水平,具有多項優點。用這樣的器件構成換流閥稱之為電流源,其特性與輸入電壓無關,完全可以人為設定和控制。而基于電流源的直流輸電俗稱柔性直流輸電。南方電網科技創新規劃中的基于電流源換流器的直流輸電就是此類輸電技術。目前該研究的成果在南澳島柔性直流輸電項目得以實施。 

        南澳柔性直流輸電項目的全稱是:大型風電場柔性直流輸電接入技術研究與開發。工程于2013年12月25日成功投產。該工程電壓±160KV,容量200MW,聯接青澳換流站、金牛換流站和塑城換流站,故這是一個三端直流工程。這一工程投產具有里程碑意義:一是柔性直流輸電技術的工程應用,二是多端直流技術獲得成功,而多端直流技術是構建直流電網的充分必要條件。多端柔性直流輸電技術早已引起電網企業的多方關注,國家電網公司為此投重金進行研究,2014年7月4日,浙江舟山±200KV五端柔性直流輸電科技示范工程正式投產,該工程建設舟定、舟岱、舟衢、舟泗、舟洋五個換流站,分處五個島上,其容量分別是400MW、300MW0、100MW、100MW、100MW。通過140余千米的±200KV直流海纜線路和交流220KV線路和110KV線路將五個島上的換流站連接成一個直流輸電網絡。柔性輸電其優點是提高電力系統穩定性,增加系統動態無功儲備,改善電能質量,提高配電可靠性和靈活性,具有環保好,占地小,適于風光電上網和孤島運行的優點。 

        我國多端直流輸電工程接連的成功和該項技術的不斷完善,讓我們看到中國未來電網發展的軌跡,看到了未來電網機構的雛形。在此,筆者大膽的對未來電網抒發一曲狂想。 

        第一、未來電網將形成兩類電網同時并行的結構,一個是交流電網,一個是直流電網。交流電網與直流電網在合適的地點,以合適的方式構成電氣上的聯系。但是它們將沒有電磁聯系,這是維系交流電網和直流電網安全穩定運行的必要條件。 

           第二、未來將會有兩類不同功能的直流電網。一類直流電網是在我國西北,風能、太陽能資源豐富地區,開發大量的風能和光伏電(或光熱電)之后接入直流電網,這個網的作用是集納集中開發的可再生能源,以直流輸電方式將電能資源輸往中、東部地區,從這個意義上講,這個直流電網也可以成為送端直流輸電網。另一種直流輸電網是在東部或中部地區,直接供給用戶的配電網。實際上有大量的用電器具更適合接入直流電網為之饋電,例如:電動汽車、各種信息設備如計算機、信通控制、大數據、傳感器等以及大量應用的帶有變動負荷的電動機,用直流驅動更高效。像家用電器如空調中的驅動電機。未來直流負荷有多大,樂觀的估計應該在40%以上。中國科學院周孝信院士在南方電網專家委員會所做的學術報告指出:近中期直流輸電面臨的關鍵技術是受端(交流電網)接受直流大容量的安全問題,特別是無功沖擊問題,而未來則是以新型(即柔性)直流輸電技術和直流電網。他特別指出,直流成網將是電網技術的一次革命,要有一套新的(技術和管理)體系。  

        第三、交流電網與直流電網將成此消彼長的態勢。毫無疑問,直流電網要經歷一個較長的逐步發展的歷程。從現在開始,直流電網的最基礎的技術——柔性直流將通過試點示范和不斷地投入新工程,通過實踐豐富和完善這項技術特別是在實用上的適應性,在工程達到一定數量和規模后開始一個筑網過程。據專家推測,2030年前是直流電網逐漸成熟,可以成規模地推廣的時間窗口,2030-2050年將是直流輸電網逐步擴大完善的時間段。 

        第四、電網更加強調就地平衡和區域間、省間、地區間的交流互動,其中一個外部條件就是分散式分布式電源的廣泛開發和應用。這些分布式電源要逐漸成為資源就地平衡的主力。這樣電網的格局就會因市場配置資源的需要而自動收縮成若干小的島嶼式電網,網間有各種方式相連,而資源調劑完全成為一種市場行為,其調控權轉移至客戶手中。 

        第五、交流電網在讓出一部分負荷給直流電網后,進入一個簡化結構過程,更好地發揮區域間、省間、地區間電力交換的功能的過程。結構簡化可以取得提高穩定性(但可能降低靈活性,靈活性由分布式電網承擔),降低短路電流,改善電網的運營特性的收效。 

        第六、交流電網以往影響電網運行的靜態穩定和暫態穩定問題將逐漸弱化,穩定問題轉化為熱穩定。電網安全的表現形式為元器件的故障,系統性故障將大為減少。這樣一來元器件的安全可靠性是構筑堅強電網的保障,一旦元器件的安全性得以保險,電網將進入故障后檢修階段,此時檢修的機制將發展變化(逐漸放棄多年執行的定期檢修機制),檢修機構的設置和檢修方法也會發生變化,更多的是以換代修的快速恢復方法。 
       
            第七、供電可靠性更多地依賴分布式電源的互濟,而不依賴電網的冗余度也將成為資源市場配置的原則,以提升每個供電單元的可靠性來保障交直流配電網的可靠性。  

        在建設直流電網的征途中,其實還有許多難題在等待克服。例如直流系統發生故障,應當迅速切除故障部分,恢復復沒有故障部分的運行,此時要用直流斷路器(直流開關)。而直流斷路器滅弧時因沒有交流電每秒100次的過零點,而使滅弧困難,這是目前全世界都在攻關的難點??梢韵胍娫谕ㄍ绷麟娋W建網的過程中這些問題都將獲得解決。

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