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20世纪70年代以来,基于晶闸管换流阀的直流输电技术得到了广泛应用,但是,晶闸管换流阀只能控制阀的开通,不能控制阀的关断,因此,直流输电技术的应用受到限制。进入90年代以后,随着可关断开关器件的发展,特别是绝缘栅双极型晶体管IGBT的广泛应用,采用可关断器件的电压源换流器性能得到了改善,后来被引入到直流输电领域。对于采用电压源换流技术的直流输电技术,国际权威电力学术组织将其定义为基于电压源型换流器的高压直流输电技术。1997年,第一个柔性直流输电工程投入工业试验运行。
2006年公司组织,国网智研院柔性直流团队牵头,制定《柔性直流输电系统关键技术研究框架》,标志公司柔性直流输电技术研究正式启动。
2007年国网智研院推动成立我国主导的首个国际大电网组织(CIGRE)工作组——CIGREB4.48,汤广福博士担任工作组召集人。
2009年4月,国网智研院确定基于模块化多电平电压源换流器拓扑的柔性直流输电技术路线。
2011年7月25日,亚洲首项柔性直流输电示范工程——上海南汇风电场柔性直流输电工程投入正式运行,公司成为继ABB、西门子之后,世界第三家具备柔直成套设备研发和工程实施能力的企业。
2013年1月17日,国网智研院在世界上率先研制成功±320千伏/100万千瓦柔性直流换流阀及阀控设备,并在DNVKEMA实验室见证下通过所有型式试验,该实验室认为此项成果具有打破世界纪录的电压和容量水平。
2015年12月17日,世界上电压等级最高、输送容量最大的双极柔性直流输电工程——厦门±320千伏/100万千瓦柔性直流输电科技示范工程正式投运。
2016年11月6日,许继集团自主研制的舟山柔性直流输电200千伏高压直流断路器,在全球能源互联网研究院电力电子实验室顺利通过全部型式试验,试验项目和试验参数完全符合国标和IEC标准要求,各项技术指标均达到国际先进水平。
……
截至 2016 年世界范围内已建成并投运的柔性直流输电工程多达近 30 条,在建的工程也达数十条。欧洲正规划建立以柔性直流为主的连接欧洲、北非及中东的多端直流输电网络的超级电网。英国计划到 2025 年新建柔性直流输电线路近 50 条,以促进和鼓励清洁能源的发展,满足大规模海上风电接入的需求。欧洲风能发展规划(European Wind Initiative, EWI)则提出到 2050 年欧洲 50%的电力供应将来自于风电的发展规划。美国未来 20 年有 60 多条柔性直流输电项目在规划当中。
2006年5月,国家电网公司确定了《柔性直流输电系统关键技术研究框架》,由此启动了我国在柔性直流输电关键技术领域的全面研究。上海南汇风电场柔性直流输电示范工程,是我国首条柔性直流输电工程,也是亚洲首条柔性直流输电示范工程。项目包括两个直流换流站和8千米直流输电线路,额定运行容量为1.8万千瓦,直流额定电压为±30千伏,直流额定电流为300安。
2010年年底,南风换流站正式开工建设。一个月后,柔性直流输电可关断器件阀多层级子模块串联、高频宽范围特性分析及电磁兼容设计模块化多电平换流器试验方法研究等关键技术上取得了重要突破,获得了多项拥有完全自主知识产权的重大成果。2011年5月3日,上海南汇风电场柔性直流输电示范工程顺利完成工程整体试运行;2011年7月25日,上海南汇风电场柔性直流输电示范工程正式投入运行。中电普瑞电力工程有限公司承担了该工程的总集成及技术总负责,并研制开发了具有国际先进水平的全套换流阀、阀基控制器及控制保护系统等核心装备。工程的顺利投运,标志着国家电网公司成为继ABB、西门子之后,世界第三家具备柔性直流输电系统总成套能力的企业。
我国目前已建成的柔性直流输电工程
我国目前已建成南汇、厦门两端、南澳三端、舟山五端等柔性直流输电工程。未来随着西电东送规模的进一步扩大,三北地区、西部、东部沿海的风电、太阳能、水电将被大力开发,而大规模可再生能源的接入,为柔性直流输电工程的规划和投运提供了条件。
1) 上海南汇柔性直流输电示范工程
上海南汇柔性直流输电示范工程是我国自主研发和建设的亚洲首条柔性直流输电示范工程,额定输送有功功率 20MW,额定直流电压±30kV,2011 年 7 月正式投入运行。南汇柔性直流输电工程的主要功能是将上海南汇风电场的电能输送出来,当时南汇风电场是上海电网已建的规模最大的风电场。风电场换流站经 150m 电缆线路连接风电场变电站 35kV 交流母线。南汇柔性直流输工程的两个换流站之间通过直流电缆连接,线路长度约为 8km。上海南汇柔性直流输电示范工程两端换流站均采用 49 电平的模块化多电平拓扑结构。
南汇柔直工程接线图
2) 舟山5端柔直工程
随着舟山群岛新区的建设,各岛屿的开发进程不断加速,这对舟山电网的供电可靠性和运行灵活性提出了更高的要求。另外,舟山诸岛拥有丰富的风力资源,风电的间歇性和波动性也对电网接纳新能源的能力提出了新的要求。在此情况下,舟山电网迫切需要发展适用于其自身特点的先进输配电技术。
舟山柔直输电工程于 2014 年 7 月建成,包括 5 个换流站,故称为 5 端柔性直流输电工程,是世界第 1 条多端柔性直流工程。换流站总容量为 1000MW,其中定海换流站最大额定有功功率为 400MW,额定直流电压为±200kV,总投资 42 亿元。
该工程满足了舟山地区负荷增长需求,提高了供电可靠性,形成北部诸岛供电的第 2 电源;提供动态无功补偿能力,提高电网电能质量;解决可再生能源并网,提高系统调度运行灵活性。
招标信息也能看出,目前柔直项目中,主要设备组成及供货商情况:每个换流站主要有变压器、平波电抗器、组合电器、断路器、隔离开关、换流阀组成;其中关键设备组合电器由西安西电提供;断路器由西门子提供;隔离开关由平高电气、中国西电提供;换流阀由南瑞继保、许继集团提供;
3) 厦门柔性直流输电科技示范工程
2015 年 12 月正式投运,直流线路总长 10.7km,全部为陆缆。工程额定电流 1600A,额定有功功率 1000MW,新建浦园换流站(送端)、鹭鸟换流站(受端)两座±320kV 换流站及 ±320kV 彭厝-湖边柔性直流线路工程,该工程在舟山±200kV 工程应用基础上,将电压等级提高至±320kV,标志着我国全面掌握高压大容量柔性直流输电工程设计、设备制造、工程施工调试、运营等关键技术,具备工程成套能力。
厦门项目的主要供应商包括,南瑞集团、许继集团提供互感器;南京南瑞提供直流控制保护;ABB 及西电电气提供断路器;中电普瑞电力提供换流阀,等等。
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12月13日至15日,国网甘肃电网建设事业部组织开展宁夏~湖南±800千伏特高压直流输电工程(一标)线路工程已机械化施工基础分阶段结算。宁夏~湖南±800千伏特高压直流输电工程甘肃段作为全机械化施工试点工程,自开工以来,稳步推进机械化施工。此结算过程中,重点核查了施工图纸工程量、机械化施工方
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