北極星輸配電網(wǎng)訊:當(dāng)前，“全球能源互聯(lián)網(wǎng)”概念方興未艾，高壓直流輸電技術(shù)研究和工程實踐十分活躍，尤其是在中國、印度、南美、歐盟等。10月25日，第二屆國際高壓直流會議（HVDC2016）在上海召開。在為期3天的會議中，來自12個國家的300多名專家聚焦高壓大功率電力電子器件、直流輸電裝備、常規(guī)高壓/特高壓直流輸電、柔性直流輸電、直流輸電系統(tǒng)與運(yùn)行、特高壓直流輸電、柔性直流輸電、直流輸電裝備等方向，旨在推薦高壓直流輸電技術(shù)在世界范圍內(nèi)的研究和應(yīng)用。
直流輸電設(shè)備各國百花齊放
目前，我國已經(jīng)全面掌握特高壓直流輸電核心技術(shù)和整套設(shè)備的制造能力，在大電網(wǎng)控制保護(hù)、智能電網(wǎng)、清潔能源接入電網(wǎng)等領(lǐng)域取得一批世界級創(chuàng)新成果。目前建立了系統(tǒng)的特高壓與智能電網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系，編制相關(guān)國際標(biāo)準(zhǔn)。特高壓技術(shù)裝備是我國能源領(lǐng)域自主創(chuàng)新、世界首創(chuàng)、擁有國際標(biāo)準(zhǔn)主導(dǎo)權(quán)和較強(qiáng)競爭優(yōu)勢的重大技術(shù)，也是國家創(chuàng)新能力和綜合實力的重要標(biāo)志。
高壓直流輸電技術(shù)在長距離跨區(qū)電能的傳輸、異步電網(wǎng)的互聯(lián)、弱電網(wǎng)的電能輸送等領(lǐng)域開展了廣泛的應(yīng)用，換流閥技術(shù)是高壓直流輸電技術(shù)的關(guān)鍵核心。南瑞集團(tuán)中電普瑞電力工程有限公司總經(jīng)理查鯤鵬著重介紹了中國高壓直流輸電換流閥技術(shù)及應(yīng)用。目前，高壓直流輸電換流閥技術(shù)分為兩大類，一類是應(yīng)用LCC技術(shù)的換流閥，一類是應(yīng)用VSC技術(shù)的換流閥。查鯤鵬表示，中國在運(yùn)行中的超高壓/特高壓直流輸電工程大部分應(yīng)用的是LCC技術(shù)的換流閥，現(xiàn)有LCC的換流閥已到達(dá)±800千伏/5000安培的技術(shù)指標(biāo)。在現(xiàn)有±800千伏/5000安培技術(shù)的基礎(chǔ)上，將進(jìn)一步開發(fā)±1100千伏/5500安培與±800千伏/6250安培兩種技術(shù)規(guī)格。VSC換流閥技術(shù)是新一代換流閥技術(shù)，其在新能源并網(wǎng)、海島電網(wǎng)輸電等領(lǐng)域上具備巨大的優(yōu)勢。使用該項技術(shù)的換流閥已經(jīng)在上海南風(fēng)工程、浙江舟山工程、福建廈門工程成功應(yīng)用，未來更高電壓、更大容量的換流閥將在2017年豫鄂背靠背等工程中應(yīng)用。
韓國曉星公司電網(wǎng)部總經(jīng)理鄭宏巨詳細(xì)分析了韓國最近用于風(fēng)電并網(wǎng)的高壓直流輸電工程——20MW的VSC-HVDC項目。該應(yīng)用自2012年開始，由政府組織研究，該項目采用的是MMC技術(shù)。據(jù)介紹，韓國曉星公司還在STATCOM技術(shù)領(lǐng)域開展應(yīng)用，2015年已投入運(yùn)行了100Mvar容量的STATCOM項目，并計劃于2016年開展應(yīng)用MMC技術(shù)的STATCOM的研發(fā)。
關(guān)于高壓直流輸電技術(shù)中的快速隔離故障，全球能源互聯(lián)網(wǎng)研究院直流輸電技術(shù)研究所所長賀之淵介紹了一種新型直流斷路器，它的主回路由一個機(jī)械斷路器及數(shù)個全橋SM模塊組成，旁路回路由數(shù)個SM模塊組成，能量吸收回路主要由避雷器組成。正常運(yùn)行時電流流經(jīng)主回路，在產(chǎn)生故障電流時主回路SM模塊閉鎖使得故障電流在100至200微秒內(nèi)流經(jīng)旁路回路，當(dāng)主回路電流為零后機(jī)械開關(guān)斷開，之后旁路回路SM閉鎖使得直流斷路器兩段電壓上升至壓敏電阻的動作等級，之后完成斷開。
如今，特高壓、大容量的輸電特性對換流變壓器提出了很高的工藝要求，因此采用多端的特高壓直流輸電技術(shù)就成了解決上述問題的一種方案，多端特高壓直流輸電技術(shù)還具備運(yùn)輸方式多樣、靈活的輸電特點。瑞士ABB中國電網(wǎng)項目開發(fā)經(jīng)理王衛(wèi)國介紹了ABB公司的特高壓多端直流輸電及柔性直流電網(wǎng)的發(fā)展：ABB公司通過逆導(dǎo)IGBT概念形成的雙模式絕緣柵晶體管BIGT技術(shù)會進(jìn)一步使得VSC換流閥達(dá)到3000安培/800千伏的技術(shù)指標(biāo)。目前ABB公司已具備生產(chǎn)525千伏直流電纜的能力，下一步將研發(fā)更大容量的，電壓等級達(dá)到600千伏至800千伏的直流電纜。
柔性直流技術(shù)電網(wǎng)升級利器
柔性直流輸電是繼交流輸電、常規(guī)直流輸電后的一種新型直流輸電方式，是目前世界上可控性最高、適應(yīng)性最好的輸電技術(shù)，為電網(wǎng)升級提供了一種有效的技術(shù)手段。
歐洲正大力推進(jìn)能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型，實現(xiàn)高比例可再生能源的開發(fā)利用。計劃將北海和大西洋的遠(yuǎn)海風(fēng)電、芬蘭和挪威的水電、非洲北部的太陽能接入電網(wǎng)，迫切需要新型的輸電技術(shù)。為此，歐洲規(guī)劃了一個基于柔性直流的全新輸電網(wǎng)，用來實現(xiàn)可再生能源的大范圍接納和配置。
在中國，對于柔性直流輸電技術(shù)的探索正在進(jìn)行。我國西部和東部沿海地區(qū)風(fēng)力資源豐富，未來局部地區(qū)可再生能源發(fā)電比例將超過50%，需要更加靈活的并網(wǎng)技術(shù)。東部和南部沿海島嶼眾多，供電可靠性和質(zhì)量無法滿足人民生活水平提升要求，需要更加高效、可控的輸電技術(shù)。華東和廣東兩大負(fù)荷中心，直流輸電較為集中，連鎖換相失敗故障導(dǎo)致的停電隱患始終存在。因此，我國電網(wǎng)發(fā)展迫切需要柔性直流技術(shù)。
韓國LSIS公司研發(fā)中心高壓直流實驗室主任鐘永豪介紹了基于MMC的柔性直流系統(tǒng)及靈活交流系統(tǒng)的控制平臺。VSC-HVDC技術(shù)現(xiàn)有三種換流閥構(gòu)成方式：兩電平方式、三電平方式與MMC方式。MMC方式相較于前兩種構(gòu)成方式，擁有低頻率開斷、高效率、易擴(kuò)展、低諧波的特點。環(huán)流部分的控制主要就是考慮三相換流閥臂間的電流平衡與上下橋臂間的電流平衡?？刂葡到y(tǒng)通過使用A/B系統(tǒng)互為備用的方式實現(xiàn)控制系統(tǒng)的冗余能力。通過應(yīng)用支持IEC標(biāo)準(zhǔn)的工具，可以記錄與監(jiān)控運(yùn)行數(shù)據(jù)并構(gòu)建數(shù)據(jù)庫。
對于直流電網(wǎng)的保護(hù)，與會專家認(rèn)為主要存在四種挑戰(zhàn)：其一是故障電流的上升速率很高，基本上在10毫秒內(nèi)其將達(dá)到穩(wěn)態(tài)水平；其二是穩(wěn)態(tài)故障電流幅值將會達(dá)到10倍的額定電流值；其三是故障電流是單極性的，因此不存在過零點，這樣將導(dǎo)致故障電流很難被消除；其四是對于快速切除故障電流能力的要求非常高，基本上需要在5毫秒內(nèi)將其切除，否則將會對設(shè)備安全造成威脅。
談及直流電網(wǎng)的控制及保護(hù)故障策略，浙江大學(xué)教授徐政提出兩種方式的保護(hù)邏輯，其一是常規(guī)策略，通過診斷故障區(qū)域然后將其切除，這種方式可能造成故障電流等級非常大；其二是就地診斷與動作，其原理是如果在直流斷路器區(qū)域與換流閥區(qū)域偵測到數(shù)倍的額定電流，則直流斷路器與換流閥將不再需要保護(hù)信號迅速動作，斷開斷路器、閉鎖換流閥，以此降低開斷電流的等級。
對于交直流系統(tǒng)對直流電網(wǎng)保護(hù)設(shè)計的功能性要求，比利時魯汶大學(xué)教授德德克˙萬赫頓認(rèn)為，直流電網(wǎng)是一個非常好的供電解決方案，將會成為未來的一種發(fā)展趨勢。交流電網(wǎng)的保護(hù)可以做到有選擇性地隔離故障區(qū)域，當(dāng)主保護(hù)未能正確動作時后備保護(hù)，確保故障被隔離，整個過程將在60~200毫秒內(nèi)完成。直流電網(wǎng)保護(hù)的需求可以在交流電網(wǎng)保護(hù)需求的基礎(chǔ)上建立，同時需要考慮電網(wǎng)對頻率波動、功率損耗的接受能力。
