柔性直流輸電將在我國新能源并網(wǎng)和消納、異步聯(lián)網(wǎng)、孤島供電、遠(yuǎn)距離輸電領(lǐng)域發(fā)揮越來越重要的作用。

隨著全控型電力電子開關(guān)器件、高壓直流開關(guān)、直流電纜水平的不斷提高以及控制保護(hù)技術(shù)的進(jìn)步，預(yù)計(jì)未來5-10年我國將迎來柔性直流輸電工程建設(shè)快速發(fā)展時(shí)期。世界范圍內(nèi)將有望建成以柔性直流為基礎(chǔ)、500kV及以上等級(jí)的區(qū)域性直流電網(wǎng)。

中國西電副總工茍銳鋒在能源峰會(huì)上表示：目前柔性直流輸電仍然面臨技術(shù)挑戰(zhàn)，迫切需要在全控開關(guān)器件、電壓源換流器拓?fù)?、直流斷路器?/span>DC/DC變壓器研發(fā)方面取得突破。

以下為中國西電副總工茍銳鋒演講全文：

茍銳鋒：各位領(lǐng)導(dǎo)，各位專家，各位同仁，大家好！作為西電集團(tuán)，隨著我們國家特高壓輸電的發(fā)展，當(dāng)然在交流方面，隨著我們國家特高壓直流的發(fā)展，中國西電集團(tuán)在特高壓輸變電設(shè)備商是處于一個(gè)國際領(lǐng)先的地位。目前對(duì)于各個(gè)特別像換流閥我們現(xiàn)在做到6250A，對(duì)于特高壓交流也有做。我這里僅僅是做一下關(guān)于柔性直流輸電技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀及其面臨的挑戰(zhàn)。

 我主要講四個(gè)方面，概述，柔性直流輸電技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，中國西電集團(tuán)柔性直流技術(shù)研發(fā)介紹和面臨的挑戰(zhàn)。

柔性直流輸電的概述及優(yōu)點(diǎn)

作為柔性直流輸電技術(shù)是基于電壓源換流器和脈寬調(diào)制技術(shù)的新一代直流輸電系統(tǒng)，這決定了柔性直流輸電，實(shí)現(xiàn)有功功率和無功功率相對(duì)的獨(dú)立控制，極大增強(qiáng)了輸電的靈活性。它里面主要是除了常規(guī)直流有的優(yōu)點(diǎn)，里面還有一個(gè)就是有功和無功，快速獨(dú)立的控制。第二、可以自換相，沒有換相失敗問題，可向弱交流系統(tǒng)供電。沒有無功補(bǔ)償?shù)膯栴}，常規(guī)直流一般的補(bǔ)償功率是50%到60%，所以整個(gè)占地面積相當(dāng)大。它的諧波水平低，這決定了柔性直流輸電，沒有更多的濾波。

資料來源：中國西電副總工茍銳鋒在能源峰會(huì)上的演講PPT

柔性直流輸電由于構(gòu)成多端直流電網(wǎng)，因?yàn)樗恍枰淖冎绷鞯碾妷簶O性，僅改變直流電壓的方向，常規(guī)反送的時(shí)候改變的是電壓，對(duì)于柔直，不用改變電壓方向，只是改變電流方向，所以這樣一個(gè)直流網(wǎng)的構(gòu)成，只是在電流的調(diào)節(jié)上。關(guān)于直流電網(wǎng)，實(shí)際上回過頭來說，我們要實(shí)現(xiàn)能量流的雙向流動(dòng)和雙向控制，我想應(yīng)該是大功率電力電子性能的提高，最終才能實(shí)現(xiàn)能量流自動(dòng)調(diào)節(jié)。它的設(shè)計(jì)比較小型化。

對(duì)于上述的優(yōu)點(diǎn)，特別像現(xiàn)在海上風(fēng)電和海上石油平臺(tái)，可能會(huì)有大的發(fā)展。我們的風(fēng)電、光伏，因?yàn)檫@些電的波動(dòng)性比較大，間歇性比較強(qiáng)。如何去調(diào)整這些間歇性，就是快速的能量調(diào)節(jié)。

柔性直流輸電的發(fā)展歷程 

簡(jiǎn)單簡(jiǎn)述一下發(fā)展過程，柔性直流輸電1996年加拿大McGill大學(xué)的Boon-Teck Ooi等首次提出使用PWM技術(shù)控制VSC進(jìn)行直流輸電的概念。1997年ABB公司在瑞典中部Hallsion和Grangesberg之間建成首條柔直工業(yè)試驗(yàn)工程。

從技術(shù)發(fā)展，上面簡(jiǎn)述了一下，技術(shù)的發(fā)展有兩電平，三電平的，我們國家現(xiàn)在基本上也都在用MMC結(jié)構(gòu)壓，這是網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，這是單體線的一個(gè)接線。這個(gè)就是跟我們現(xiàn)在常規(guī)直流底下，將來整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)連接。這個(gè)是一個(gè)橋串，或者幾個(gè)橋并的，這個(gè)叫多端直流系統(tǒng)，關(guān)于多端直流的實(shí)現(xiàn)還有很多技術(shù)問題網(wǎng)絡(luò)的問題，后面都需要我們?cè)谌嵝约夹g(shù)上開發(fā)。

資料來源：中國西電副總工茍銳鋒在能源峰會(huì)上的演講PPT

柔性直流輸電的應(yīng)用工程 

目前柔性直流輸電的應(yīng)用嘗試，一個(gè)就是異步聯(lián)網(wǎng)，第二、分布式電源電網(wǎng)，風(fēng)電場(chǎng)，太陽能，水電站這些能源的接入。第三、孤島、送電。智能電網(wǎng)對(duì)技術(shù)的推動(dòng)，第一、首先是電力電子技術(shù)，下來是儲(chǔ)能技術(shù)，如果這兩個(gè)技術(shù)解決不了，我們講的智能電網(wǎng)可能也會(huì)很難有這種理想，達(dá)到信息流和能量流完全自動(dòng)的雙向評(píng)估和調(diào)節(jié)。

在國際上的技術(shù)路線，我們可以看到，西門子的技術(shù)路線，基本上現(xiàn)在就是MMC的結(jié)構(gòu)，ABB的結(jié)構(gòu)實(shí)際上就是類似于傳統(tǒng)直流的管子之間的串聯(lián)。實(shí)際上阿爾斯通還是橋串聯(lián)，一級(jí)一級(jí)串接起來，國際上也就是這三種路線，我們國內(nèi)有五個(gè)部門，上海柔直示范工程，下面是舟山柔直工程，還有廈門柔直工程等。這里邊我們也可以看出，目前我們國內(nèi)的主要幾家公司，實(shí)際上現(xiàn)在已經(jīng)有五家了，在這方面，我們國家一起步就是五家企業(yè)，將來柔直往哪些發(fā)展?這也是需要考慮的。

關(guān)于多端柔性直流系統(tǒng)，我個(gè)直流系統(tǒng)它不是直流網(wǎng)，我們現(xiàn)在所做的是三端的六端，但是真正要形成直流網(wǎng)，還是需要進(jìn)一步去做的。多端直流系統(tǒng)不是直流電網(wǎng)，但是為直流多端的實(shí)現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)，為將來走向直流電網(wǎng)奠定了基礎(chǔ)。直流電網(wǎng)具有以下的特點(diǎn)，每個(gè)站有多傳輸線路與其他站相連，形成具有網(wǎng)孔的系統(tǒng)。第二、換流站可以單獨(dú)傳輸功率，可依靠直流開關(guān)靈活切換傳輸狀態(tài)。第三、系統(tǒng)中存在冗余，可靠性高。所以，這樣一個(gè)過程，現(xiàn)在發(fā)展實(shí)際上里面一個(gè)核心的設(shè)備就是直流開關(guān)。

目前我們?nèi)嵝灾绷鬏旊姀臉?biāo)準(zhǔn)角度上講，國際電工委員會(huì)輸配電領(lǐng)域電力電子分技術(shù)委員會(huì)從五年前已經(jīng)制定柔性直流輸電技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，目前頒布的柔性技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)有以下這幾個(gè)。我們國內(nèi)這幾年也在制定標(biāo)準(zhǔn)，關(guān)于基于電壓源環(huán)流器的高壓直流系統(tǒng)術(shù)語，高壓直流輸電用電壓源環(huán)流器閥電氣試驗(yàn)，實(shí)際上我們現(xiàn)在也是與我們國家的直流發(fā)展，因?yàn)橹袊麟娂瘓F(tuán)，我覺得實(shí)際上我們國家輸電也是同步發(fā)展，有特高壓，一定有西電設(shè)備，柔直也在同步的發(fā)展。從我們西電集團(tuán)角度，最早我們先做了一個(gè)通過這些研究，實(shí)際上從產(chǎn)業(yè)公司的角度，在掌握核心技術(shù)的角度，要形成產(chǎn)業(yè)化，對(duì)于西電集團(tuán)，這方面最早我們是從系統(tǒng)研究和成套設(shè)計(jì)，這也是集成我們傳統(tǒng)直流的技術(shù)，因?yàn)閭鹘y(tǒng)直流我們是設(shè)備制造方，但是大集團(tuán)制造公司的角度來講，這方面也得到聯(lián)網(wǎng)的測(cè)試，所以我們一開始是從系統(tǒng)做起，整個(gè)將來以后是一個(gè)整合的。比如要走向國外，我覺得制造企業(yè)現(xiàn)在單一走向國外，單一設(shè)計(jì)在國外的競(jìng)爭(zhēng)，第一、得有資質(zhì)，一開始做柔直我們就朝著這個(gè)方向去走。第二、關(guān)于換流閥整個(gè)的設(shè)計(jì)，整個(gè)支撐我們?nèi)プ鲞@些設(shè)計(jì)。第三、我們做了比如換流閥的運(yùn)行實(shí)驗(yàn)等，換流閥的運(yùn)行實(shí)驗(yàn)，我們有一個(gè)12千伏兆瓦，按照整個(gè)試驗(yàn)效果，一個(gè)一個(gè)去做。這個(gè)是關(guān)于仿真平臺(tái)，原來大家用的是RTDS，實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)KT-LAB，可進(jìn)行多端、多電平。

對(duì)于我們現(xiàn)在做的項(xiàng)目，2013年我們通過自己設(shè)計(jì)，功能模塊也是自己設(shè)計(jì)，包括控制，因?yàn)榭偸怯幸粋€(gè)系統(tǒng)集成，我們自己建了一個(gè)完整的10kV/12MW柔性背靠背的。第二、成套提供正負(fù)160kV/50MW難熬柔直工程。第三、我們現(xiàn)在正在做研究，前期實(shí)驗(yàn)已經(jīng)做完了，當(dāng)然技術(shù)也是在不斷的進(jìn)步，這次由于上次我們是練習(xí)，這次是單獨(dú)閥，完全做了試驗(yàn)。當(dāng)然，這里邊的設(shè)計(jì)工藝和設(shè)計(jì)方法上，比上一個(gè)工程不可同日而語了，這個(gè)電壓到350千伏直流，一個(gè)橋臂是五個(gè)閥串起來的。

當(dāng)然，西電公司在電力電子方面也在做一些工作，對(duì)于柔直的發(fā)展，對(duì)于直流網(wǎng)的發(fā)展，實(shí)際上有幾大。這個(gè)也是根據(jù)863做前期的研究工作，我們實(shí)現(xiàn)的路線有兩個(gè)，一個(gè)是基于人工，一個(gè)是電子做的。直流斷路的發(fā)展，有不同的方式，是不是采取一些機(jī)械方式，不管怎么說，它的問題是將來形成直流網(wǎng)。當(dāng)然，如果它實(shí)現(xiàn)了，同樣電力變壓器實(shí)現(xiàn)了，電力變壓器的時(shí)候，或者直流斷路器的實(shí)現(xiàn)，就是直流網(wǎng)形成的關(guān)鍵。那個(gè)時(shí)候我覺得從控制的角度上講，現(xiàn)在這個(gè)水平，我覺得應(yīng)該要實(shí)現(xiàn)這個(gè)效果的調(diào)節(jié)，信息能量流的各種實(shí)現(xiàn)。幾個(gè)技術(shù)，現(xiàn)在在做的一些工作。這里邊就是對(duì)我們公司整個(gè)的一個(gè)介紹。我們一個(gè)是從系統(tǒng)研究的成套，再一個(gè)是從關(guān)鍵核心設(shè)備，整個(gè)一個(gè)完整的產(chǎn)業(yè)鏈和這樣一個(gè)形成技術(shù)鏈和產(chǎn)業(yè)鏈。

柔性直流輸電面臨的挑戰(zhàn)

在過去十多年取得了較大的成就，但目前仍存在一些急需解決的問題，面臨挑戰(zhàn)。 

第一、實(shí)現(xiàn)高電壓、大容量功率傳輸和變換需要解決的問題。最近電力電子器件大家探討的也很多，現(xiàn)在的ITBT，現(xiàn)在各方面對(duì)這方面都感興趣，如果電力電子器元件能實(shí)現(xiàn)像晶閘管這樣一個(gè)水平，那就看不見我們現(xiàn)在的電壓器和現(xiàn)在的開關(guān)了。所以要解決這些問題，一個(gè)是全控電力電子開關(guān)器件的循環(huán)能力的提高，比如ABB搞直流的航空的理念，用到它的管子里面去，所以他們?cè)谶@些兩大公司里，元器件廠，目前的市場(chǎng)需求量也很大。我們里面的核心元器件很多還是國外的，我們有設(shè)計(jì)技術(shù)，我們有工程業(yè)績(jī)，但是我們這里面的一些核心設(shè)備還是沒做出來。

第二、對(duì)于它的閥，多物理廠的仿真、抗震、熱、流體，這一方面也是另外一個(gè)技術(shù)。對(duì)于柔體來說，還不像常規(guī)直流，我們第一步走技術(shù)引進(jìn)消化吸收，然后國產(chǎn)化，然后到自主化，我們直流走的是這一步。當(dāng)然現(xiàn)在自主化包括我們的換流閥也四五家了，這個(gè)從國家角度上。柔直各個(gè)企業(yè)都是從一開始自主在我做，閥設(shè)計(jì)成什么樣，這個(gè)里面的結(jié)構(gòu)方式，各廠我們五家企業(yè)各有各的特色，各有各的特點(diǎn)，它都是按照自己的路線在走，在設(shè)計(jì)，所以這些東西都是自主化。模塊化多電平控制的問題，對(duì)我們控制系統(tǒng)傳遞數(shù)據(jù)的快速也是有一個(gè)高的要求。

需要解決的問題，現(xiàn)在從大容量的解決，一方面我們是考慮元器件，第二方面，要有不同的拓?fù)鋱D，解決目前柔直里面存在的一些問題。比如基于MMC，如何快速的清除故障，必須通過跳開交流側(cè)的斷路器切除直流側(cè)故障。包括以后還有架構(gòu)線路的問題。在這個(gè)里面，我們繼續(xù)從拓?fù)鋱D的結(jié)構(gòu)上，怎么去如何提升它，提升一個(gè)模塊單元的大容量，和它的電壓的傳輸。 

對(duì)多端直流電網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)，實(shí)際上我剛才一致在強(qiáng)調(diào)，電力電壓器的技術(shù)，因?yàn)閷?duì)直流端的技術(shù)，現(xiàn)在盡管大家，包括ABB，我們國內(nèi)也說200千伏電流，但是真正實(shí)現(xiàn)像交流開關(guān)這樣的職能，很多問題還存在。只能說這樣高的電流，這樣高的電壓把它打開了，但是到網(wǎng)上還會(huì)出現(xiàn)其他很多問題，而你是一個(gè)電力電子的元器件，你在開斷的過程，打開的過程中，必然會(huì)對(duì)系統(tǒng)里面還有電流產(chǎn)生影響，所以現(xiàn)在的這種直流端發(fā)布的，這兒說它多少，現(xiàn)在把這個(gè)信息都在發(fā)布，但是這種發(fā)布，我覺得只能是技術(shù)的一個(gè)倡導(dǎo)，大家朝著這個(gè)方向去做，這個(gè)里面還有很多問題，不是說誰發(fā)表一篇文章，這個(gè)東西能夠走向產(chǎn)業(yè)化和工業(yè)化，我認(rèn)為還要有一段路程。

我們要解決電力電子器件里面，管子基本上是國外的，電流器是國外的，這些我覺得一些核心元器件，實(shí)際上包括我們現(xiàn)在的驅(qū)動(dòng)，也是國外的，在功能模塊里面，這個(gè)主要的元器件。實(shí)際上我們上來之后說直流功能，當(dāng)然從設(shè)計(jì)技術(shù)水平，發(fā)現(xiàn)我們跟國外站在平等的臺(tái)階，但是回過頭來說，看我們的設(shè)備，我們一些核心設(shè)備，還是需要去做的。常規(guī)直流走到跟天已經(jīng)是國際領(lǐng)先水平了，國外對(duì)這個(gè)也是認(rèn)可的。今天是我提條件，看你同意不同意，你不同意，我自己去做，我們也是從1997、1998年干到今天，也是一步一步去做的。但是對(duì)于現(xiàn)在柔直的這些核心器件，可能還得下很大的工夫。關(guān)于標(biāo)準(zhǔn)方面，隨著對(duì)設(shè)備的要求，我們的標(biāo)準(zhǔn)要繼續(xù)把這方面完善。 

柔性直流輸電在我國新能源并網(wǎng)和消納、異步聯(lián)網(wǎng)、孤島供電、遠(yuǎn)距離輸電領(lǐng)域發(fā)揮越來越重要的作用。柔性直流輸電技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)使多端直流輸電系統(tǒng)成為現(xiàn)實(shí)，還將進(jìn)一步促進(jìn)直流電網(wǎng)的形成，隨著全控型電力電子開關(guān)器件、高壓直流開關(guān)、直流電纜研發(fā)制造水平的不斷提高，以及控制保護(hù)技術(shù)的進(jìn)步，預(yù)計(jì)未來5到10年我國將迎來柔性直流輸電工程建設(shè)快速發(fā)展時(shí)期，世界范圍將有望建成以柔性直流輸電為基礎(chǔ)，500kV及以上等級(jí)的區(qū)域性直流電網(wǎng)。謝謝大家!