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   【導(dǎo)讀：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)計將大大增加?！俊?/span>　

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驗收，即將運往上海南匯風(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、甘肅等地標為藍色，寫著“風(fēng)電場”;浙江、福建等地標為紫色，寫著“海島供電”;上海、大連等地標為橙色，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)計將大大增加。

　　發(fā)展新能源 需要柔性直流輸電

　　對于國內(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月。一個原因是，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產(chǎn)權(quán)的技術(shù)和設(shè)備即將成功應(yīng)用;另一個原因，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，將獲得更多財稅金融等政策性支持，迎來加速發(fā)展的契機。

　　以風(fēng)電為例。10月13日發(fā)布的《中國風(fēng)電發(fā)展報告2010》顯示，2009年全國新增風(fēng)電裝機容量1380萬千瓦，全球排名第一，累計裝機容量世界第二;2010年，全球每3臺新安裝的風(fēng)電機組，就有一臺在中國;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速度發(fā)展，并于2015年達到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、遠離負荷中心等特點，使得采用一般輸電技術(shù)聯(lián)網(wǎng)極不經(jīng)濟。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)驗證明這一點。1999年6月，瑞典哥特蘭島柔性直流輸電工程投入運行。該系統(tǒng)將納斯風(fēng)電場的電能送到維斯比市。工程運行經(jīng)驗表明，柔性直流輸電與交流輸電并聯(lián)運行很好地解決了三大問題：減弱了功率變化對交流電網(wǎng)造成的壓力，使交流電網(wǎng)更易于監(jiān)測;減少了電壓變化對敏感負荷的影響，隨著風(fēng)電功率的增加，電壓質(zhì)量得到明顯改善;實現(xiàn)了靈活快速地控制潮流，減少線路損耗，有助于實現(xiàn)調(diào)度自動化。

柔性直流輸電應(yīng)用圖示。在這個設(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)、海上鉆井平臺供電等領(lǐng)域。

　　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?

　　賀之淵認為，原因是其可控性較好、運行方式靈活，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“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、實現(xiàn)遠距離孤立送電(如海上采油平臺和海上島嶼等)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、安裝、調(diào)試和維護;系統(tǒng)的換流站體積僅為傳統(tǒng)直流的20%，并能實現(xiàn)無人值守;換流站類似普通廠房，沒有室外配電裝置，對環(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，到2015年，世界范圍內(nèi)柔性直流輸電工程的市場規(guī)模將達到千億元以上。而隨著新能源的快速發(fā)展和環(huán)境保護要求的提高，我國對柔性直流輸電技術(shù)也表現(xiàn)出強勁的市場需求，預(yù)計未來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，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余個海島，孤島供電對緩解土地資源緊缺，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，用于實現(xiàn)兩個交流系統(tǒng)的互聯(lián);通過對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、運行費用、長距離傳輸?shù)确矫婢哂袃?yōu)勢，因此在隔海輸電的情況下，技術(shù)經(jīng)濟指標往往優(yōu)于交流輸電方案。

　　城市配網(wǎng)供電領(lǐng)域。重負荷、短路電流超標、嚴格的環(huán)境約束是特大型城市發(fā)展面臨的嚴峻挑戰(zhàn)。大量電器的應(yīng)用和負荷的快速增長，使城市電網(wǎng)增容的需求越來越強烈。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，滿足城市中心的負荷需求和節(jié)能環(huán)保的要求。

　　在這個設(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)、海上鉆井平臺供電等領(lǐng)域。進展

　　我國柔性直流輸電技術(shù)已成熟

　　王彥

　　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間內(nèi)，實現(xiàn)了既擁有扎實的理論功底，又掌握核心技術(shù)的目標。柔性直流輸電的主要研究機構(gòu)——中國電科院，成為ABB、西門子之后，世界第三家同時具備試驗、成套設(shè)計、生產(chǎn)、安裝調(diào)試等全套核心競爭力的機構(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，是具有顛覆意義的技術(shù)革命?？鐕緦υ擁椉夹g(shù)嚴格保密，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。對于這樣的前沿科學(xué)，我們的攻關(guān)難度可想而知，唯有堅持自主創(chuàng)新這一條路可走。”他說。

　　依據(jù)經(jīng)驗，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隊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)、控制保護策略等五個方面取得了重大突破，我國柔性直流輸電技術(shù)理論達到國外先進水平。

　　這是極其艱苦的階段。中國電科院的賀之淵說：“那時，我們研發(fā)團隊都是年輕人，大家鉆研起來一干就是十幾個小時，中午吃飯還不忘互相討論，希望碰撞出火花。那時候，談戀愛的時間都被壓縮了。”

　　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，樣機仿真平臺、工程關(guān)鍵設(shè)備研制及批量生產(chǎn)、設(shè)備試驗進入實質(zhì)階段。在這關(guān)鍵的一年里，科研人員幾乎每天加班。試驗階段，更是吃住在現(xiàn)場。第一代、第二代樣機都是科研人員一顆螺栓一顆螺栓親手組裝的。10月27日，具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)、實現(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。與此同時，建立起標準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。

　　1997年3月，ABB公司進行了首次柔性直流輸電的工業(yè)試驗，該工程位于瑞典中部的赫爾斯揚，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行。這是世界上首個商業(yè)化運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目和堅強智能電網(wǎng)建設(shè)的第二批試點項目。工程包括兩個直流換流站和8千米直流輸電線路，額定運行容量為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2011年年初帶電運行。

　　截至2010年11月底，世界范圍內(nèi)已投入商業(yè)運行的柔性直流工程共有11項，還有4項在建的工程。其中已經(jīng)投運的工程中，有6項在歐洲，2項在大洋洲，2項在北美洲，1項在非洲，均取得了良好的運行業(yè)績。