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3. 核心竞争力与未来增长点在于直流输电技术
3.1 ABB首创柔性直流,制霸输变电技术最高点
1997年ABB开创世界第一条柔性直流试验线路,至今已有二十年研发与应用历史。柔性直流输电克服了传统高压直流的固有缺陷,并使直流输电的应用场景得到扩展。1997年3月,ABB公司进行了首次VSC-HVDC的工业试验,该工程位于瑞典中部的赫尔斯扬(Hellsjon),额定容量为3MW,直流电流 150A,直流电压±10kV。该工程自 1997 年 3 月建成以来完成了复杂的试验计划,获得了VSC-HVDC运行的详细技术数据。
柔性输电技术大大拓宽了传统直流输电的应用场景。柔性直流输电技术采用IGBT元件的可关断特性,能够对有功和无功功率进行独立控制,相对于传统意义上基于晶闸管的HVDC输电系统,柔性直流输电运行方式更灵活、系统的可控性更好,可以向弱交流系统甚至无源系统送电,非常适合弱系统或孤岛供电、可再生能源等分布式发电并网、异步交流电网互联以及城市电网供电等领域。此外,电压源换流器产生的谐波含量小,不必专门配置滤波器,大大节省占地面积,在城市、海岛、海上平台中使用具有很大优势。
全球柔性直流输电中,风电场并网占比最高28%。目前,从柔性直流的应用领域来看,世界范围内32项已投运或在建的柔性直流输电工程中,9项工程应用于风电场并网,3项应用于城市中心供电,5项应用于电力市场交易,3项应用于异步电网互联,4项应用于电能质量优化,3项应用于海上平台供电,1项应用于海岛联网。
ABB柔性输电全球逐渐推广。随后ABB公司将柔性直流技术注册商标,并定义为HVDC Light ®(即:轻型高压直流输电)。国际上电力方面的权威学术组织CIGRE和IEEE,将其正式称为“VSC HVDC”,即“电压源换流器型直流输电”;Siemens公司也创立HVDC Plus,也形成自有知识产权;2006年5月,由中国电力科学研究院组织国内权威专家在北京召开“柔性(轻型)直流输电系统关键技术研究框架研讨会”,与会专家一致建议国内将该技术统一命名为“柔性直流输电”,对应英文为HVDC Flexible。
3.2 能源结构变化必将催生电网结构变化
3.2.1 能源改变电网
2017年我们在“全球电网系列报告”中对美国、俄罗斯、欧洲、巴西、日、韩、印尼、印度、巴基斯坦以及南亚其他岛国的电网进行了数据搜集与深度分析,核心逻辑在于各国不同的电网形态的本质是其能源结构决定的。
美国三大电网形态由其各自能源结构决定。依托于各自区域内的优势能源,美国形成了东部、西部和德克萨斯(ERCOT)三大电网体系。①东部电网地区因靠近美国主要煤、气供应地而以煤炭和天然气发电为主。②西部电网地区则因靠近科罗拉多山系和河流,分布有落基山脉等地势落差很大的山体,主要以水电装机为主。山脉地形客观上也阻碍了西部电网对外联结的发展。③南部的德克萨斯电网处于页岩气盆地所在地,天然气发电一家独大,形成了区域内的独立小电网。
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