四、柔性直流输电技术

　　柔性直流输电是继交流输电、惯例直流输电后的一种新型直流输电方式，是目前世界上可控性最高、顺应性最好的输电技术，为电网晋级提供了一种无效的技术手腕。

　　1、柔性直流在欧洲电网晋级中发扬宏大作用。

　　欧洲正鼎力推进动力构造转型，完成高比例可再生动力的开发应用。方案将北海和大西洋的近海风电、芬兰和挪威的水电、非洲北部的太阳能接入电网，迫切需求新型的输电技术。为此，欧洲规划了一个基于柔性直流的全新输电网，用来完成可再生动力的大范围接纳和配置。

　　2、我国电网开展迫切需求柔性直流技术。

　　我国西部和东部沿海地域风力资源丰厚，将来部分地域可再生动力发电比例将超越50%，需求愈加灵敏的并网技术。东部和南部沿海岛屿众多，供电牢靠性和质量无法满足人民生死水平提升要求，需求愈加高效、可控的输电技术。华东和广东两大负荷中心，直流输电较为集中，连锁换相失败毛病招致的停电隐患一直存在。

　　3、柔性直流输电技术特点。

　　1）新型输电技术内在规律复杂，运转机理剖析与描绘困难。现有两种输电方式，交传播输功率为自然分配，惯例直流仅能控制有功功率。柔性直流这种新型输电方式要初次完成有功和无功功率同时控制。

　　2）组件规模最大、构造最复杂输电设备，设计面临全新应战。柔性直流初次将全控器件IGBT用到数十至数百千伏高压场所，设备中功率开关器件可达5000个以上，临时运转可用率要求高（99.5%以大多数人都曾因不佳的交通状况而迟过到、叫过苦。经济的快速发展带动的是社会各方面的全面提升，但在此过程中，交通的发展却没跟得上前进的步幅，各类交通难题让交管部门伤透脑筋，如何利用AI来解决相关难题已成当务之急。上），多物理场互相作用关系复杂。

　　3）换流器采用全新的换流方式，高速协同调控困难。模块化多电平技术初次打破了&ldquo开关式&rdquo换流方式，经过数千个功率单元的独立控制，在换流器外部停止能量&ldquo重构&rdquo来完成交直流变换。

　　4）实验与惯例电气设备有明显差别，等效机理复杂。柔性直流换流器的运转工况复杂且与电网存在更强耦合关系，实验要同时完成多种应力（高压、大电流、陡波、冲击电压、速变电流等）的综合考核，实验办法与惯例电气设备有明显差别。

　　5）多换流单元无法直接简化等效，静态模仿办法需再造。此前直流输电均采用串联开关器件，模仿零碎可以经过开关器件直接简化等效。模块化多电平换流器中包括数千个形态和控制均独立的功率单元，运转形态多、随机性强，无法简化等效。

　　4、HVDCFlexible标志性效果。

　　1）研制了世界首个±320kV/1000MW柔性直流换流阀及阀控。

　　第一代柔性直流技术，存在损耗高、扩展性和适用性差等成绩，研讨团队与国外同步启动模块化多电平（MMC）柔性直流输电研讨，开拓了全新的技术道路；攻克了微秒级脉冲分配、多层面能量均衡、电压裕度与斜率协调控制等办法，处理了柔性直流环流抑制、有功无功解耦控制和多换流站协调控制等难题；构建了新型输电零碎的技术体系，掌握了从根底研讨到工程使用的全系列关键技术。

　　2）2011年，亚洲首条柔性直流示范工程（上海南汇）建成投运，该工程为世界首个用于风电并网的模块化多电平工程。

　　3）2014年6月，浙江舟山五端柔性直流工程投入运转，该工程为世界上端数最多的柔性直流工程。

　　4）正在建立世界电压等级最高、输电容量最大的双极柔性直流工程（福建厦门），方案于2015年12月建成投运。

　　5）经过了示范工程和新产品两次技术鉴定，鉴定委员会综合评价以为，系列效果具有完全自主知识产权，总体技术功能处于国际抢先程度。

　　2011年7月25日，中国电机工程学会组织包括卢强院士在内的专家，完成了&ldquo柔性直流输电关键技术研讨、配备研制及工程使用&rdquo项目技术鉴定会；2013年3月5日，国度动力局组织了包括周孝信、郑健超、潘垣、沈国荣、雷清泉、王自然、余贻鑫等7位院士在内的专家，完成了&ldquo1000MW/±320kV柔性直流换流阀及阀控设备&rdquo产品技术效果鉴定会。

　　5、效果在国际工程上的推行使用。

　　项目完成单位取得欧洲多个柔性直流工程招标资质，是我国直流技术初次失掉欧洲市场认可。在英法互联（ChannelCable）柔性直流工程首轮招标中，打败ABB和西门子两大跨国公司，对我国高端配备施行&ldquo走出去&rdquo战略，提升国际竞争力和影响力，具有重要示范意义。

　　五、直流电网技术

　　与交流电网100多年的开展相比，直流电网技术刚刚提出数年，尚处于起步阶段。少量实际、技术及配备的根底性成绩，需求停止片面、深化探究。

　　1、电网规划与网架构建。

#p#分页标题#e#

　　交、直流电网之间存在电源特性、使用场所、运转方式、供电牢靠性等方面存在较大差别，使得直流电网规划与网架构建实际无法照搬交流电网。另外，运转方式、使用场所等基本不同决议了交、直流电网电压等级设计的差别，而直流电压等级序列目前尚在理论上的选择根据。因而，全新供电形式亟需树立直流电网规划与构建实际。

　　2、仿真与建模办法。

　　复杂静态行为对仿真建模办法提出了新要求。1）复杂静态行为使仿真需再现微秒级物理进程：电压源型直流输电半导体开关器件开关速度为纳秒-微秒级，输入10-100微秒的高密度阶梯方波电压，传统建模办法无法准确复现电压源直流换流物理进程。2）少量直流配备接入使仿真难度和规模激增：电压源型换流器的拓扑构造使输电零碎仿真规模呈百、千倍增长，少量换流器和多种新型直流输电配备的接入又添加了零碎仿真的难度，如何对仿真停止简化和减速存在着少量实际难题。

　　3、能量转化及生效机理。

　　零碎运转功能提升对换流器能量转化机理提出新要求。1）换流器的电能变换机理尚未从基本提醒：换流器外部交流、直流、静电场等多形状电场能量的转换机理尚未从基本上提醒，需求处理换流器能量均衡零碎鲁棒性差等成绩。2）能量转化进程与换流器的生效机理不清：换流器的电、磁、热等多物理场散布特性关于换流器运转特性的影响机理不清，形成现有换流阀优化设计缺乏根据，难以保证换流器运转功能。

　　4、能量传递及调控规律。

　　新型零碎调控规律的树立需求提醒其能量耦合规律。1）多换流器互相耦协作用更为疾速和复杂：多端直流换流器间的低阻尼特性所招致的复杂能量转移、动摇、振荡、应力传达等耦合机理尚未明白，形成现有设计及控制技术扩展性及鲁棒性差。2）交直流混合零碎协调控制实际亟待树立：将来交直流混联络统能量交流机理、毛病机理和波动性规律等与现有交流零碎相比会发作实质性变化，需求全新的实际支撑。

　　5、新型换流器拓扑技术。

　　柔性直流的推行使用对换流器拓扑技术提出了新要求：1）基于两电平和模块化多电平换流器无法疾速肃清直流毛病，现有工程大多采用电缆传输，无法满足远间隔、大容量输电的经济性需求；2）需求处理可以肃清直流毛病电流，并具有低损耗等优秀功能的新型拓扑等根底成绩。

　　6、零碎容量提升技术。

　　可再生动力发电规模的增长对换流器容量提出了更高要求：1）将来可再生动力的规模将普遍到达千MW级及以上，这对电压源换流器的容量提出了更高要求；2）需求处理换流器容量提升中存在的牢靠性、经济性综合优化和评价等根底成绩。

　　7、广域测量及毛病检测技术。

　　毛病的疾速特性对维护技术提出了应战：1）直流电网毛病发作后的演化速度极快，对毛病的检测和判别工夫要远低于交流电网；2）现有毛病检测技术不能保证直流电网控制维护零碎的精确举措；3）需求处理换流站、关键设备等直流信息广域测量、毛病定位办法等根底成绩。

　　8、平安牢靠性评价技术。

　　新的设备和零碎构造要求新的牢靠性评价技术：1）目前缺乏直流电网关键设备运转数据的统计和剖析，无法经过对直流电网的平安牢靠性的评价来提升设备和工程的牢靠性；2）需求处理牢靠性评价目标和剖析模型构建等根底性成绩。

　　9、电压源换流器。

　　换流器综合功能亟待提升：1）目前柔性直流换流器普遍采用MMC构造，缺乏直流侧毛病肃清才能，且构造不够紧凑，本钱偏高；2）需求处理新型拓扑构造、高功能变换、高牢靠性、低损耗柔性直流换流器的根底成绩。

　　10、柔性直流电缆。

　　电缆资料和研制的相关根底成绩需求片面处理：1）目前国外柔性直流电缆的程度曾经到达±500kV，国际仅为±200kV，形成国外厂商市场和价钱垄断，严重制约我国柔性直流技术开展；2）高电压等级下柔性直流电缆的介质空间及界面电荷的变化进程尚未明白，相关的实验、检测办法也尚有少量的根底成绩需求处理。

　　11、高压直流断路器。

　　断路器设计及使用技术尚需进一步深化研讨：1）目前ABB、ALSTOM和国网智研院等单位都曾经或行将完成高压直流断路器样机研制，但在本钱、开断速度方面尚需优化；2）需求持续处理新型断路器拓扑、高速开断与疾速重合、紧凑化等方面的成绩。

　　12、高压DC/DC变换器。

#p#分页标题#e#

　　直流变压器技术尚处于起步阶段：1）面向电力零碎用的高压大容量DC/DC变压器研讨处于起步阶段，目前尚无相关的样机研制；2）需求处理变换器新型拓扑构造设计、电气隔离、毛病机理、损耗优化等方面的根底性成绩。

　　13、DCGRID标志性效果。

　　1）研制世界首个200kV高压直流断路器。

　　直流电流无自然过零点，直流毛病电流切断被誉为&ldquo百年电力技术难题&rdquo；处理了规模化IGBT组件同步控制、高速电磁斥力驱动与平滑缓冲、微秒级高速毛病维护辨认等难题；提出全新电路方案，所研制的样机中心技术参数片面逾越国外同类产品。

　　200kV高压直流断路器成功经过3ms分断15kA的毛病电流分断实验。鉴定委员会以为，项目研制的200kV高压直流断路器（额外任务电流2kA，分断电流15kA，分断工夫3ms）的全体技术到达国际抢先程度。

　　2）创新物理模仿办法，构建了将来直流电网研讨手腕。

　　柔性直流和直流电网等新型输电方式的呈现，需求再造全新的仿真模仿办法；提出了基于等指数准绳和阻抗补偿的静态模仿办法，研发了世界首个MMC柔性直流输电静态模仿及数模混合仿真零碎；建成了&ldquo直流电网技术与仿真北京市重点实验室&rdquo。