【導(dǎo)讀】11月29日，中國電力科學(xué)研究院研制的我國首套柔性直流關(guān)鍵設(shè)備，通過上海市電力公司組織的出廠試驗(yàn)驗(yàn)收，即將運(yùn)往上海南匯風(fēng)電場柔性直流輸電示范工程現(xiàn)場。在新能源發(fā)展日益加快的背景下，柔性直流輸電前景廣闊。 　　中國電科院的賀之淵博士拿著一張圖表，準(zhǔn)備向筆者介紹柔性直流輸電。 　　奇怪的是，這張圖表似乎與柔性直流輸電無關(guān)。圖表上畫著中國地圖，地圖上的江蘇、甘肅等地標(biāo)為藍(lán)色，寫著“風(fēng)電場”;浙江、福建等地標(biāo)為紫色，寫著“海島供電”;上海、大連等地標(biāo)為橙色，寫著“城市供電”。 　　這些都是柔性直流輸電能夠做的事情，賀之淵說。隨著中國柔性直流輸電技術(shù)研究及設(shè)備制造瓶頸全部被突破，“十二五”期間，柔性直流輸電的應(yīng)用預(yù)計(jì)將大大增加。 發(fā)展新能源 需要柔性直流輸電 　　對(duì)于國內(nèi)所有研究柔性直流輸電技術(shù)的人來說，12月是令人興奮的一個(gè)月。一個(gè)原因是，上海南匯風(fēng)電場柔性直流輸電示范工程建設(shè)接近尾聲，意味著擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的技術(shù)和設(shè)備即將成功應(yīng)用;另一個(gè)原因，也是更為重要的原因是，“十二五”新能源的大發(fā)展，將帶“火”柔性直流輸電。 　　此前不久，國家明確了七大戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，其中包括新能源。這標(biāo)志著在“十二五”期間，風(fēng)電、太陽能光伏發(fā)電等新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，將獲得更多財(cái)稅金融等政策性支持，迎來加速發(fā)展的契機(jī)。 　　以風(fēng)電為例。10月13日發(fā)布的《中國風(fēng)電發(fā)展報(bào)告2010》顯示，2009年全國新增風(fēng)電裝機(jī)容量1380萬千瓦，全球排名第一，累計(jì)裝機(jī)容量世界第二;2010年，全球每3臺(tái)新安裝的風(fēng)電機(jī)組，就有一臺(tái)在中國;未來幾年，我國風(fēng)電仍有可能以每年1000萬千瓦以上的新增裝機(jī)速度發(fā)展，并于2015年達(dá)到9000萬~1億千瓦。 　　但是，新能源發(fā)電往往表現(xiàn)出不穩(wěn)定性、分散性、小型化、遠(yuǎn)離負(fù)荷中心等特點(diǎn)，使得采用一般輸電技術(shù)聯(lián)網(wǎng)極不經(jīng)濟(jì)。據(jù)中國電科院副總工程師、直流輸電專家湯廣福介紹，制約新能源發(fā)展的瓶頸主要是并網(wǎng)問題，風(fēng)能、太陽能發(fā)電明顯的間歇性和不確定性，容易引發(fā)諧波污染、電壓閃變等，導(dǎo)致電能質(zhì)量低，無法保證電網(wǎng)安全。 　　國家能源局的一位官員表示，國家將在“十二五”期間重點(diǎn)解決大型風(fēng)電基地等可再生能源基地并網(wǎng)瓶頸問題。 　　為解決新能源并網(wǎng)問題，世界各國進(jìn)行了多種嘗試。湯廣福表示，現(xiàn)在看來，柔性直流輸電是保證新能源接入的最好方式之一，甚至在很多場合下是唯一選擇。 　　已有成功經(jīng)驗(yàn)證明這一點(diǎn)。1999年6月，瑞典哥特蘭島柔性直流輸電工程投入運(yùn)行。該系統(tǒng)將納斯風(fēng)電場的電能送到維斯比市。工程運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，柔性直流輸電與交流輸電并聯(lián)運(yùn)行很好地解決了三大問題：減弱了功率變化對(duì)交流電網(wǎng)造成的壓力，使交流電網(wǎng)更易于監(jiān)測;減少了電壓變化對(duì)敏感負(fù)荷的影響，隨著風(fēng)電功率的增加，電壓質(zhì)量得到明顯改善;實(shí)現(xiàn)了靈活快速地控制潮流，減少線路損耗，有助于實(shí)現(xiàn)調(diào)度自動(dòng)化 柔性直流輸電 能做什么 為什么柔性直流輸電能夠解決新能源并網(wǎng)問題 　　賀之淵認(rèn)為，原因是其可控性較好、運(yùn)行方式靈活，能夠減少系統(tǒng)短路容量，提高電能質(zhì)量。使用柔性直流輸電技術(shù)，就仿佛在輸送線路中增加了一個(gè)“等效電容”，可以在一定程度上確保功率的穩(wěn)定輸送。 　　賀之淵說：“設(shè)想有一條大河，自然狀態(tài)下，水流的流量只受最初的地理環(huán)境影響;如果在河道上建了一個(gè)水庫，人們就可以隨意控制下游水流的流量了。柔性直流輸電技術(shù)相較普通的直流輸電技術(shù)，就好像在河道上建立了一個(gè)水庫，使人們更自由地控制輸電線路的電流大小和輸送狀態(tài)?！?　　柔性直流輸電最突出的技術(shù)特點(diǎn)是采用了全控型的電力電子器件IGBT。與采用晶閘管的傳統(tǒng)直流輸電不同，柔性直流輸電的系統(tǒng)反應(yīng)速度快、可控性較好、運(yùn)行方式靈活。 　　與常規(guī)交、直流輸電相比，柔性直流輸電能極大地減少系統(tǒng)短路，還能向無源電網(wǎng)供電，是解決大面積區(qū)域停電、實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離孤立送電(如海上采油平臺(tái)和海上島嶼等)的有效途徑。2003年，美國東北部地區(qū)發(fā)生大停電事故，電網(wǎng)采用的柔性直流輸電系統(tǒng)提供了必要的電壓和頻率支持，幫助電網(wǎng)系統(tǒng)快速恢復(fù)了供電。 　　此外，柔性直流輸電還能提高配電網(wǎng)電能質(zhì)量，消除交流系統(tǒng)中的諧波污染、電壓間斷以及波形閃變等問題。而諧波污染、電壓波形閃變等，恰恰是風(fēng)電、光伏發(fā)電帶給電網(wǎng)的一大難題。 　　賀之淵表示，依據(jù)當(dāng)前我國的研究成果，柔性直流輸電不但能促進(jìn)新能源并網(wǎng)，系統(tǒng)本身也是節(jié)能環(huán)保的。柔性直流輸電系統(tǒng)不需要濾波器，模塊化程度高、附屬設(shè)備少，使得設(shè)備生產(chǎn)制造周期大為縮減，也更易于移動(dòng)、安裝、調(diào)試和維護(hù);系統(tǒng)的換流站體積僅為傳統(tǒng)直流的20%，并能實(shí)現(xiàn)無人值守;換流站類似普通廠房，沒有室外配電裝置，對(duì)環(huán)境景觀影響小，可比常規(guī)直流節(jié)省大量走廊用地;采用地下或海底電纜，電磁干擾小。所有這些，都使得柔性直流輸電更綠色、低碳、環(huán)保。 　　有關(guān)專家估計(jì)，到2015年，世界范圍內(nèi)柔性直流輸電工程的市場規(guī)模將達(dá)到千億元以上。而隨著新能源的快速發(fā)展和環(huán)境保護(hù)要求的提高，我國對(duì)柔性直流輸電技術(shù)也表現(xiàn)出強(qiáng)勁的市場需求，預(yù)計(jì)未來5年國內(nèi)市場規(guī)模在400億元以上。 延伸閱讀 柔性直流輸電 與孤島供電、城市供電 　　柔性直流輸電技術(shù)主要受到新能源發(fā)展帶動(dòng)，但其發(fā)揮作用的領(lǐng)域不僅限于新能源并網(wǎng)。據(jù)了解，在孤島供電和城市配網(wǎng)供電領(lǐng)域，柔性直流輸電同樣有巨大的應(yīng)用潛力。 　　孤島供電領(lǐng)域。我國擁有7000余個(gè)海島，孤島供電對(duì)緩解土地資源緊缺，充分利用資源意義重大。柔性直流輸電可在保證電力系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下，通過環(huán)流技術(shù)將不同頻率的交流電轉(zhuǎn)化為直流，用于實(shí)現(xiàn)兩個(gè)交流系統(tǒng)的互聯(lián);通過對(duì)自身電流的快速控制，有效限制互聯(lián)系統(tǒng)的短路容量。另外，由于直流線路在投資、運(yùn)行費(fèi)用、長距離傳輸?shù)确矫婢哂袃?yōu)勢(shì)，因此在隔海輸電的情況下，技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)往往優(yōu)于交流輸電方案。 　　城市配網(wǎng)供電領(lǐng)域。重負(fù)荷、短路電流超標(biāo)、嚴(yán)格的環(huán)境約束是特大型城市發(fā)展面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。大量電器的應(yīng)用和負(fù)荷的快速增長，使城市電網(wǎng)增容的需求越來越強(qiáng)烈。柔性直流輸電技術(shù)可通過快速控制有功功率和無功功率，解決電壓閃變問題，改善供電的電能質(zhì)量，防止敏感設(shè)備因電能質(zhì)量問題造成的經(jīng)濟(jì)損失。柔性直流輸電采用地埋式直流電纜，可以在不影響城市市容的情況下，完成城市電網(wǎng)的增容改造，滿足城市中心的負(fù)荷需求和節(jié)能環(huán)保的要求。 　　在這個(gè)設(shè)想中的典型區(qū)域，柔性直流輸電廣泛應(yīng)用于城市供電、風(fēng)電并網(wǎng)、海上鉆井平臺(tái)供電等領(lǐng)域。我國柔性直流輸電技術(shù)已成熟 　　隨著我國首套柔性直流關(guān)鍵設(shè)備成功下線，我國已在短短幾年時(shí)間內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了既擁有扎實(shí)的理論功底，又掌握核心技術(shù)的目標(biāo)。柔性直流輸電的主要研究機(jī)構(gòu)——中國電科院，成為ABB、西門子之后，世界第三家同時(shí)具備試驗(yàn)、成套設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、安裝調(diào)試等全套核心競爭力的機(jī)構(gòu)。 　　多位柔性直流輸電技術(shù)專家表示，國家電網(wǎng)公司超前的戰(zhàn)略眼光保證了這一技術(shù)早日成功落地。2006年5月，公司即瞄準(zhǔn)柔性直流輸電技術(shù)，確定了“柔性直流輸電系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究框架”。我國柔性直流輸電發(fā)展序幕由此拉開。 　　中國電科院副總工程師湯廣福表示，研究柔性直流輸電只能依靠自力更生。“柔性直流輸電技術(shù)是當(dāng)今世界電力電子全控技術(shù)的制高點(diǎn)，是具有顛覆意義的技術(shù)革命?？鐕緦?duì)該項(xiàng)技術(shù)嚴(yán)格保密，不發(fā)表一份圖紙、一張照片，不在刊物上發(fā)表學(xué)術(shù)文章，也不允許參觀。對(duì)于這樣的前沿科學(xué)，我們的攻關(guān)難度可想而知，唯有堅(jiān)持自主創(chuàng)新這一條路可走?！彼f。 　　依據(jù)經(jīng)驗(yàn)，研究人員確立了前期研究——基礎(chǔ)理論研究——核心技術(shù)研究——關(guān)鍵設(shè)備研制——設(shè)備批量生產(chǎn)的研發(fā)思路。 　　2006年12月至2007年12月，中國電科院開始前期研究及基礎(chǔ)理論研究?？蒲袌F(tuán)隊(duì)研究了世界各國柔性直流輸電工程的應(yīng)用歷史，并在仿真技術(shù)、控制保護(hù)策略等五個(gè)方面取得了重大突破，我國柔性直流輸電技術(shù)理論達(dá)到國外先進(jìn)水平。 　　這是極其艱苦的階段。中國電科院的賀之淵說：“那時(shí)，我們研發(fā)團(tuán)隊(duì)都是年輕人，大家鉆研起來一干就是十幾個(gè)小時(shí)，中午吃飯還不忘互相討論，希望碰撞出火花。那時(shí)候，談戀愛的時(shí)間都被壓縮了?！?　　2008年到2009年12月，中國電科院在繼承基礎(chǔ)理論研究的基礎(chǔ)上，開始向柔性直流核心技術(shù)、特別是基于可關(guān)斷器件的電力電子技術(shù)發(fā)起攻關(guān)。經(jīng)過兩年努力，完成高電壓大功率可關(guān)斷閥串聯(lián)技術(shù)研究等十大關(guān)鍵技術(shù)研究，并初步完成了系統(tǒng)樣機(jī)的研制和調(diào)試，奠定了我國在世界直流輸電領(lǐng)域的地位。 　　2010年，樣機(jī)仿真平臺(tái)、工程關(guān)鍵設(shè)備研制及批量生產(chǎn)、設(shè)備試驗(yàn)進(jìn)入實(shí)質(zhì)階段。在這關(guān)鍵的一年里，科研人員幾乎每天加班。試驗(yàn)階段，更是吃住在現(xiàn)場。第一代、第二代樣機(jī)都是科研人員一顆螺栓一顆螺栓親手組裝的。10月27日，具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、實(shí)現(xiàn)100%國產(chǎn)化的柔性直流輸電成套裝備通過所有型式試驗(yàn)。與此同時(shí)，建立起標(biāo)準(zhǔn)化的柔性直流輸電生產(chǎn)線，具備批量生產(chǎn)能力。 柔性直流輸電發(fā)展歷史 　　1990年，加拿大的一些學(xué)者提出了柔性直流輸電技術(shù)(基于電壓源換流器的高壓直流輸電技術(shù))的概念和基本原理，旋即成為世界性研究熱點(diǎn)。 　　1997年3月，ABB公司進(jìn)行了首次柔性直流輸電的工業(yè)試驗(yàn)，該工程位于瑞典中部的赫爾斯揚(yáng)，取得了成功。 　　1999年6月，瑞典哥特蘭島的柔性直流輸電工程正式投入運(yùn)行。這是世界上首個(gè)商業(yè)化運(yùn)行的柔性直流輸電工程。 　　我國在建的柔性直流輸電工程是上海南匯風(fēng)電場柔性直流輸電示范工程，這也是亞洲首條柔性直流輸電示范工程。該工程是國家電網(wǎng)公司2010年智能電網(wǎng)建設(shè)體系的重大科技示范項(xiàng)目和堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)建設(shè)的第二批試點(diǎn)項(xiàng)目。工程包括兩個(gè)直流換流站和8千米直流輸電線路，額定運(yùn)行容量為1.8萬千瓦，直流額定電壓為±30千伏，直流額定電流為300安，預(yù)計(jì)2011年年初帶電運(yùn)行。 　　截至2010年11月底，世界范圍內(nèi)已投入商業(yè)運(yùn)行的柔性直流工程共有11項(xiàng)，還有4項(xiàng)在建的工程。其中已經(jīng)投運(yùn)的工程中，有6項(xiàng)在歐洲，2項(xiàng)在大洋洲，2項(xiàng)在北美洲，1項(xiàng)在非洲，均取得了良好的運(yùn)行業(yè)績。