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来源:南方能源观察

国家发布电网高质量发展意见,柔性直流输电成关键技术手段

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摘要:国家发改委、国家能源局发布《关于促进电网高质量发展的指导意见》,提出攻关大容量柔性直流等关键技术,以应对高比例可再生能源消纳和外送挑战。柔性直流输电作为新一代电网技术,已有30多年发展历史,其以电压源换流器为核心,能独立控制电压、频率和相位,有效解决可再生能源间歇性、波动性及并网输送难题。该技术在高比例可再生能源系统中不可或缺。

2025年的最后一天,国家发展改革委、国家能源局发布《关于促进电网高质量发展的指导意见》,提出面向“沙戈荒”、水风光、高海拔、深远海等应用场景,攻关大容量柔性直流、新能源孤岛送出、低频输电等关键技术。

当前,可再生能源在全球发电量中的占比已超过40%,高比例可再生能源的消纳和外送成为电网系统的重大课题,柔性直流输电作为新一代电网技术,在高比例可再生能源系统情景下已成为不可或缺的技术手段。

新一代电网技术应运而生

据中国工程院院士、南方电网公司首席科学家饶宏介绍,柔性直流输电是新一代的直流输电技术,相关概念自1990年提出,距今已有30多年的发展历史。

柔性直流输电可以说是随着可再生能源崛起而迅速发展起来的新型电网技术。可再生能源具有间歇性、波动性等固有特点,且在其早期发展阶段中,大部分项目规模偏小、远离负荷,其并网和输送存在一定挑战。为解决这些问题,20世纪90年代后期,一种新的直流输电技术应运而生,其技术原理以电压源换流器(VSC)及可关断器件为核心,能够独立控制输出电压的幅值、频率和相位三大特征量。

传统直流输电在输电过程中,为保持送受端电网电压稳定,需要加电容器或调相机等进行无功补偿。相较于传统直流输电,柔性直流输电可以通过采用IGBT(绝缘栅双极型晶体管)的电压源换流器自主调节输出电压的幅值和相位,自由调控换流器与电网交换的有功功率和无功功率,不需要无功补偿装置,对平衡电网无功、控制潮流、抑制冲击、稳定电网和提高电网传输能力等具有显著效用。

一般认为,ABB公司1997年在瑞士赫尔斯扬完成的使用电压源换流器的直流输电试验是世界首次柔性直流输电工业试验,开启了该技术在全球范围内的试验与应用新篇章;1999年投运的瑞典Gotland岛柔性直流工程则是世界上首个商业化的柔性直流输电项目,该项目主要服务于岛上风电外送,其灵活、经济和环保的输电方式让人看到实现可再生能源安全稳定传输的可能性。20世纪90年代末到21世纪初,欧美等国家和地区投运了多个柔性直流工程项目,大部分由ABB公司投资建设,多应用于风电传输、异步联网、海上钻井平台供电等领域,我国多家高等院校也在此期间自主开展该技术的早期理论研究。

中国实践助力可再生能源大发展


据南方电网科学研究院副院长李岩介绍,2010年之前,受限于IGBT串联存在动态均压困难等因素,低电平数目的电压源换流器谐波和损耗性能都较差,早期的柔性直流输电系统实现困难,国外大部分工程项目被ABB公司垄断。

2003年,模块化多电平换流器(MMC)技术的诞生改变了这一局面。MMC的模块化设计具有输出电压质量高、无须滤波器、开关频率低、损耗低等优点,该技术广泛应用于商业化柔性直流项目中,极大地促进了柔性直流输电技术的发展。李岩认为,国内对于柔性直流输电技术的研究起步于 2003年,得益于MMC技术的诞生与发展,相关研究很快与国际同步接轨。

2010—2020年这十年间,在国内可再生能源发展需求的驱动下,中国柔性直流技术的自主研发快速推进,多个标志性柔性直流工程投运。2011年,上海南汇柔性直流输电工程投运,打破了国外对该技术的垄断。2013年12月,广东南澳±160千伏多端柔性直流输电示范工程投运,该工程是世界首个多端柔性直流输电工程,为大规模风电等可再生能源并网、未来直流电网的构建提供了重要的示范和借鉴。2020年,南方电网公司投资建设的昆柳龙直流工程投产送电,作为国家“西电东送”重点工程,它创造了19项电力技术世界第一,成为世界第一条800千伏特高压多端柔性直流工程。

十年间,我国投运了8个柔性直流工程,应用场景包括新能源并网、电网柔性互联、城市高密度负荷中心供电等,对可再生能源的大规模高速发展起到了极为重要的推动作用。

进一步提升受端电网稳定性

“十四五”期间,我国可再生能源占比仍在持续提升。随着新能源大规模发展特别是“沙戈荒”大型风光基地开发,能源集中汇集、灵活调控、远距离外送消纳的需求进一步增加。高比例新能源接入对电网稳定性提出新要求和新挑战,尤其是在经济发达地区,负荷持续增长,来自区外的高比例新能源馈入受端电网,大规模电力电子控制设备并网将带来振荡、谐波等一系列问题。

饶宏认为,近十年来,柔性直流输电能力已经达到特高压等级,在新能源送出、电网分区互联等场景获得了充分发展和工程应用,部分场景已经具备取代传统直流输电的能力,但其参与受端电网调节的功能尚不多。面对当前新能源比例不断提升带来的受端电网稳定运行风险,柔性直流技术还有望通过直流系统的控制方法与设备能力升级,在电网惯量、短路电流调节、谐波振荡抑制、功率快速调控等方面发挥主动支撑作用,为受端电网稳定性提升提供经济高效的创新方案。

2025年9月,“十四五”规划跨省区输电重点工程——藏粤直流输电工程正式启动,这是目前世界上输电能力最强、技术水平最先进、投资规模最大的柔性直流输电工程。根据规划,工程将在西藏昌都、林芝分别建设一座送端柔直换流站,在广东广州、深圳分别建设一座受端柔直换流站。通过这项重大标志性工程,我们有望看到柔性直流进一步发挥对电网的主动支撑作用,推动构建可控、灵活的受端电网。



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