走在世界最前列的柔性交流输电技术 带来智能电网畅想

“最低程度人工干预”“各种燃料来源发电”“用户终端智能化自动平衡自我检测”……这些高大上的关键词是美国Xcel电力公司能源公司白皮书中关于智能电网的描述。如何建设更加智能的电网如今已经成为全球电网科研工作者的共同课题。我国首个自主知识产权的UPFC工程，也是国际上首个使用模块化多电平换流（MMC）技术的UPFC工程，标志着我国在柔性交流输电技术上走在了世界最前列。

田杰的“升级”

2016年，田杰负责的项目“升级”了。田杰是南京南瑞继保电气有限公司研究院的副总工程师。今年，田杰接手了国家电网公司“十大重点科技创新工程”之一的苏州南部500千伏电网UPFC（统一潮流控制器）应用研究项目。

这不是田杰第一次负责UPFC项目。2015年12月11日，江苏南京220千伏西环网UPFC工程顺利投运。这是我国首个自主知识产权的UPFC工程，也是国际上首个使用模块化多电平换流（MMC）技术的UPFC工程，标志着我国在柔性交流输电技术上走在了世界最前列。田杰正是该项目的技术负责人。

“电网中电力潮流的控制有点像日常交通中对车流的控制。车流向什么地方行进是呈现一种自然能分布的状态，走向并不完全随着各条道路拥堵的情况来分布，电力潮流也是如此。所以对于电网潮流的控制一直以来都是行业难题。”田杰告诉记者，“UPFC有些像是电网中的信号灯，同时又带有阀门的作用，通过大功率电力电子技术的应用，使电网潮流由自然分布转变为智能化灵活控制，在保持现有网架结构不变、不新建输电通道的前提下，有效解决常规电网建设、改造和运行中难以解决的潮流控制、供电能力提升等难题。UPFC非常适用于经济发达地区城市电网供电能力的提升，以及现有电网的挖潜增效。”

这些非常实用的特性使UPFC研究在全球范围内一直备受关注，也被业界认为是柔性交流输电技术的集大成者，代表着未来电力电子技术的发展方向。

“目前世界上有3套已经投运的UPFC工程，两套在美国，一套在韩国。”田杰告诉记者，这些工程的投运后均取得了良好的效果，但是由于普遍采用GTO和变压器多重化换流技术，存在结构复杂、损耗大等问题，成本也相对较高。

南京主城西环网近、远期潮流分布不均、整体供电能力受限，而该区域位于繁华地带，建设新的输电通道极为困难且代价高昂。因此，国网江苏省电力公司提出建设南京西环网UPFC工程，在不新建输电线路的情况下，提高南京城市电网供电能力和安全稳定水平。

2015年，国家电网公司将南京220千伏UPFC项目列入当年重点科技示范工程，同年6月开工。南京西环网UPFC示范工程投资约2.2亿元，历时6个月，于2015年12月11日正式投运。

南京西环网UPFC示范工程的成功投运，实现了南京城市西部核心区电力传输的精准控制，最大可提升该区域供电能力500～600兆瓦，并在2016年迎峰度夏期间多次将西环网关键断面潮流控制在稳定限额以下。与此同时，由于该项目投运后减少了投资巨大的电缆输电通道建设，节约投资超过10亿元。

南京西环网UPFC示范工程的良好效应，加上江苏电网目前所面临的潮流复杂多变、分布不均等问题，国家电网公司决定开展500千伏UPFC的应用研究。

“江苏电网目前已经建成‘六纵五横’500千伏骨干输电网架，是消纳区外来电、接纳省内大型电源接入送出、向重要城市及重要负荷中心供电的主力军。”国家电网公司科技部科研处修建表示，“我们全面梳理了江苏电网枢纽点附近、重要断面和重要负荷中心应用UPFC的需求及效果，发现苏州南部电网（木渎变电站）是最优选择。”

而对于田杰来说，苏州南部500千伏UPFC项目难在电压等级和容量的提升。“南京项目积攒了很多经验，不过苏州项目的电压等级和容量提升是很大挑战。目前世界上还没有500千伏UPFC项目。”田杰告诉记者，电压等级的提升给设备制造、系统可靠性、控制保护等方面带来的挑战都是前所未有的。

示范区的示范工程

在一千多公里之外的张北，有一个团队正在进行着一项看起来与田杰负责项目非常相近的，着力提升电网灵活性的柔性输电技术研究项目。和UPFC项目不同的是，张北项目是柔性直流输电技术的研究，侧重于电网对于新能源的接纳。

在张家口可再生能源示范区内的张北±500千伏柔性直流电网示范工程项目（以下简称张北柔直示范工程）是国家电网公司推动可再生能源友好并网送出与灵活消纳，探索可再生能源开发和利用的典型模式所开展的三个示范工程之一。

“张北柔直示范工程是汇集和输送大规模风电、光伏等多种形态能源的四端柔性直流电网。”国家电网公司科技部科研处副处长李震宇告诉记者，该工程建成后将成为世界上第一个采用架空输电线路、电压等级最高、容量最大的柔性直流电网，计划于2018年建成。

为保证工程可靠性，在项目可研评审阶段，国家电网公司邀请包括周孝信、郑健超、杨奇逊、黄其励、郭剑波等院士在内的33位国内外知名专家，对该项目的整体技术方案进行把关，并组织中国电科院(300215,股吧)等单位开展孤岛方案下新能源并网、柔直与新能源联合运行等研究工作。

“张北柔直工程最终将建成一个多能源互补交直流协调控制系统，为解决电网薄弱导致的大规模可再生能源汇集与送出困难问题提供典型示范。”李震宇告诉记者，项目建成后将满足张家口地区新能源送出和北京市接纳新能源电量的需要，探索我国北方地区新能源开发和利用模式，积累相关技术和运行经验，对推动能源生产和消费革命起到科技引领示范作用。

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