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电力百科 | 什么是柔性输电?有哪些发展趋势?

北极星智能电网在线  来源:亮报    2020/9/23 15:02:03  我要投稿  

北极星智能电网在线讯:作为新一代电力系统技术,柔性输电技术就像为电力输送装上了精准的“调度器”,能够实现电流精准控制,有效提升电网的输送能力和安全稳定水平。

什么是柔性输电

柔性输电包括柔性交流输电和柔性直流输电等技术,从20世纪80年代开始发展起来,是综合了电力电子、电力系统、通信和控制等先进技术的一门交叉学科。

柔性输电技术能够灵活和精准地调节电网潮流、电压等,应用柔性输电装置,可以对输电网按照设定的控制目标和策略进行。

柔性交流输电技术和用户电力技术包括静止无功补偿器、可控串联补偿器、静止同步无功补偿器、静止同步串联补偿器、统一潮流控制器、动态电压恢复器、统一电能质量控制器等。这些技术通过在交流线路加入串联或者并联的电力电子装备,从而增强交流电网的运行稳定性,提升输电系统的输电能力,抑制系统振荡,提高输、配、用电的电能质量和效率。

统一潮流控制器(Unified Power Flow Controller,简称UPFC)是柔性交流输电技术的典型代表。UPFC的功能主要包括:控制线路潮流,独立地控制线路有功与无功;提高系统的动态、暂态稳定性,提高输送能力;调节系统运行电压和无功平衡条件,提高系统的电压稳定性。UPFC能够控制交流输电线路的电流、电压大小,在负荷密集地区和新能源的输送通道中有着广泛的应用前景。

柔性直流输电是采用电压源换流技术的直流输电技术。在现有电网中使用柔性直流输电系统,相当于在电网中接入了一个阀门和电源,它不仅可以有效控制通过的电能,隔离电网故障的扩散,而且还能根据电网需求,快速、灵活地发出或吸收一部分能量。

柔性直流输电技术主要包括柔性直流输电、多端柔性直流输电和直流电网等,能够对相联的交流系统提供电压、电流、相角、无功等参数的调控功能,可以实现交流系统之间的非同步互联,以及对传输电能的快速灵活调节和全面控制,且输送距离和功率不受电力系统同步运行稳定性的限制。

柔性直流输电在大规模可再生能源接入、电网柔性互联、大型城市电网构建等方面具有独特优势,特别在远海风电接入方面是目前最佳的技术手段。

500千伏统一潮流控制器示范工程

9月14日,世界上电压等级最高、容量最大的统一潮流控制器工程——江苏苏州南部500千伏统一潮流控制器UPFC示范工程实现安全运行1000天。示范工程位于苏州市吴中区,站址紧邻500千伏木渎变,工程于2016年11月开工建设,2017年12月启动投运。

示范工程主要组成部分包括:换流器、串联变压器、并联变压器、启动电路、晶闸管旁路开关(TBS)、控制系统和辅助系统。工程可以根据电力潮流自动调节500千伏电力通道的负荷分配,实现电力“智能导航”,助力打造高效能电网。1000天以来,示范工程提升苏州电网供电能力130万千瓦以上,保障千里之外的四川水电安全稳定地传输至长三角地区,累计近千亿千瓦时,相当于2000余万户家庭一年的用电量。相比于新建输电通道,UPFC可以节约投资,节省大量的土地资源。

该工程在世界范围内首次实现500千伏电网电能流向的灵活、精准控制,标志着我国成为世界上首个掌握500千伏UPFC成套设备技术的国家。在此基础上,国网江苏省电力有限公司探索研究UPFC的升级版——线间潮流控制器(IPFC)。

张北柔性直流电网试验示范工程

6月29日,张北柔性直流电网试验示范工程正式投运,这是世界首个实现直流电网构建的重大科技试验示范工程,也是实现清洁能源大规模并网、推动能源革命、践行绿色冬奥理念的标志性工程。该工程额定电压±500千伏,线路全长666千米。每年约140亿千瓦时的清洁电能通过工程送至京津冀地区,助力北京冬奥会场馆实现奥运史上首次100%清洁能源供电。

示范工程突破了柔性直流电网构建难题、柔性直流容量提升难题和柔性直流可靠性提升难题,实现了柔性直流输电技术与新型装备技术的有效融合。该工程通过构建世界上首个具有网络特性的直流电网,解决了新能源大规模并网难、远距离传输难、源网荷平衡难等问题,使张家口地区风能、太阳能转化的绿色电能得以稳定地输往京津冀地区。

工程核心技术和关键设备均为国际首创,创造了12项世界第一。

【专访】

围绕柔性输电技术,《亮报》对全球能源互联网研究院直流输电技术研究所副所长庞辉进行了专访。

《亮报》:在保障电网安全方面,柔性输电能发挥什么作用?未来,柔性输电技术有哪些发展趋势?

庞辉:柔性输电通过采用大功率、高性能的电力电子器件构成的可控式电力设备,实现对输电系统的电压、电流、相角、功率等参数进行灵活调节,从而将原来基本不可控的电网变得可控,使输电线路的输送能力提高、故障影响降低,大大提升电力系统的灵活性和稳定性。

目前,柔性输电已经成为支撑大规模可再生能源消纳、能源互联网构建和能源转型必不可少的技术。通过柔性输电技术,在发电侧将风电、水电、火电等电源进行互联,通过多形式电源互补发电与柔性输电灵活快速的调节能力和对系统稳定性的支撑相结合,可以在大范围内平抑可再生能源发电的波动性、间歇性等问题,降低其对电网产生的冲击,实现大范围的潮流调节和控制,提升可再生能源发电的可靠性。在用电负荷侧,通过柔性输电技术改善系统的稳定性,可增强电网的可控性、可靠性,从而提高整个受端电网的安全稳定性和对可再生能源的接纳能力。

未来,柔性输电技术将向更高性能、设备和系统设计更加紧凑化发展。目前,国家电网有限公司正在加紧IGBT、SiC等大功率电子电子器件和电力电子电容器、交直流电缆等技术的研发,以实现柔性输电装备的全面国产化。通过核心器件的国产化和技术升级,未来柔性输电的技术经济性将得到显著提升,应用领域将越来越广泛,数量也将越来越多,柔情输电将成为促进新能源大规模开发利用和电网建设的重要技术支撑。

来源:国网江苏电力、国网冀北电力、全球能源互联网研究院、许继集团、上海浦东供电公司,黄蕾、高正平、解海宁、王飞、李永帅对本文有贡献。

原标题:柔性输电 让电力系统更灵活更稳定

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