| 柔性输电

这些让中国人引以为豪的电网技术 到底牛在哪儿?

2017-08-21 15:26:03 闪亮播报

如今说起让国人引以为豪的高科技,大家会立刻想到载人航天技术、高铁技术……

要说起让电网人自豪的电力技术,除了特高压、智能电网,你还能想到什么?

近年来,随着风电、光伏发电等新能源的大规模开发利用,以及特高压交直流技术的快速发展,我国的电源、电网特性都发生了变化较大。

为了适应我国电网发展的新变化,确保大电网安全稳定运行,国家电网的科研人员一直在努力,研发了很多“高大上”的电网新技术,可以说这些技术是当今世界最"牛”的电力技术!

那么这些“高大上”的新技术,到底“牛”在哪儿,有多神奇呢?

下面,小编就用为你揭秘这些世界最前沿的电力技术。

NO.1柔性直流输电技术

先来看看它都有哪些令人羡慕的头衔——

“21世纪最为振奋人心的输电技术革命”

“电力电子技术皇冠上的宝石”

“输电技术新生代中的‘战斗机’”

不仅有着一堆令人羡慕的头衔,前一段时间它还走出国门,代表国家电网去为英国人民建设电网呢。

何为柔性直流技术?

柔性直流是继交流、常规直流之后,以电压源换流器为核心的新一代直流输电技术,是目前世界上可控性最高、适应性最好的输电技术。适用于可再生能源并网、分布式发电并网、孤岛供电、城市配电网的增容改造等。

柔性直流输电适用场景

柔直技术“柔”在哪里?

所谓柔性,主要指运行控制灵活、智能化程度高。在传统的输电技术下,比如要解决分散海岛供电问题,一般采用大投入的“刚性”办法,建大跨度的跨海输电线路,或者干脆在海岛上建大电厂。但这样的刚性大投入不经济,且也难以接纳海岛已有的风力发电等新能源。柔性直流输电技术则能提升电力系统稳定性,增强系统对清洁能源的消纳能力,提高配电网可靠性和灵活性,就像个太极高手,具有“以柔克刚”的本领。如果说特高压直流像大飞机,容量大、效率高、距离远,柔性直流就像直升机,灵活、便捷。

柔性直流输电的核心部件——换流阀阀塔

比传统输电工程强在哪?

与传统直流相比:

与传统直流相比,柔性直流的优势主要体现在孤岛供电、多端互联、无功功率控制等方面。如在孤岛供电中,常规直流输电是点对点单向输电,不能向没有电源点的电网送电,就像没有港口大船难以靠岸,不能有效解决孤岛供电问题。采用柔直输电技术,意味着在没有港口的岛屿之间开行了登陆艇,可实现电能灵活双向调配,直接向无电源电网供电,分布在分散海岛上的风电电能,也能及时联网送出。在有功和无功控制方面,如果将有功功率和无功功率比作淋浴房中的热水管和冷水管,柔性直流输电技术就相当于水管中的水泵,可灵活调解冷水和热水的流向、水量、比例等,可以对有功和无功功率进行独立控制。

与交流输电相比:

柔性直流的优势主要体现在长距离输电、可再生能源消纳、异步联网等方面。如在长距离电缆输电中,交流电缆越长,电能损耗越高,输送的有效电能越少,就像烧好的开水沿着管子往外送,管子越长,水温越低,末端用户就用不上热水了;柔性直流则相当于一根保温管,即使到末端用户,水温都是恒定的。

更为重要的是,柔性直流输电可携带来自多个站点的风能、太阳能等清洁能源,通过大容量、长距离的电力传输通道,到达多个城市的负荷中心,这为新能源并网、大城市供电等领域提供了一种有效的解决方案。

成果

厦门±320千伏柔性直流输电工程概念图

2011年,我国投运亚洲首个具有自主知识产权的柔直工程——上海南汇风电场柔直工程

2014年,建设世界首个五端柔直工程——浙江舟山五端柔直工程

2015年,建设厦门±320千伏柔性直流输电科技示范工程

2017年2月,张北可再生能源±500千伏柔直示范工程设计启动

NO.2虚拟同步机技术

清洁能源发展迅速,但在很长一段时期内,仍需要追踪同步电网,实现其即插即用与自主协调运行。如何保证这些新接入的分布式能源与电力系统兼容成为当务之急。

100多年以来,电力系统的规模不断变大,这主要归功于同步发电机的同步机制。一般说来,分布式电源主要通过并网逆变器接入电网。并网逆变器必须转换为电压控制,难以实现无缝切换。如果能使并网逆变器具有类似同步发电机的运行特性,那么必将大幅提升分布式发电的并网安全性与运行适应性。

虚拟同步机正是这样一种技术,它使得并网逆变器能够模拟同步发电机的运行机理、功率调节等特性,从而能够促进风电、光伏发电上网的稳定性、安全性,防止脱网;对电网有天然友好性,可实现全网唯一频率运行,真正实现“同步”。

目前国家电网公司规划在张北风光储输基地开展示范工程建设,建设世界容量最大的虚拟同步机示范工程。计划于2017年年底建成。

NO.3调相机技术

随着我国特高压直流的快速发展、清洁能源的大规模开发,部分地区动态无功储备下降、电压支撑不足的问题愈发突出,电压稳定问题成为大电网安全稳定的主要问题之一。这客观要求直流大规模有功输送,必须匹配大规模动态无功,即“大直流输电、强无功支撑”。为提高电网动态无功补偿能力,需要在电网中加装调相机等动态无功设备,提高电网动态无功补偿能力。

调相机

与我国上世纪装设的调相机不同,当前电网企业研制的调相机有了很大创新。目前研制的新型调相机具备大容量、少维护的特点,同时其无功补偿能力和过载能力相比传统调相机大大提高,是提升电网运行安全性、满足系统稳定要求的新一代设备。

目前国家电网公司已规划在多个特高压直流工程送受端换流站或近区电网,以及北京、西藏地区电网加装多台调相机,以满足系统动态无功需求。以华东电网为例,在长三角地区加装多台调相机,可有效减少多回直流同时换相失败的概率。

NO.4统一潮流控制器(UPFC)

统一潮流控制器(UnifiedPowerFlowController,UPFC)可针对常规电网建设、改造和运行中难以解决的潮流控制、供电能力提升等难题,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,有效解决上述难题。

2016年,世界上电压等级最高、容量最大的UPFC工程——江苏苏州南部电网500千伏UPFC示范工程开工建设

通俗地说,UPFC装置加装于电网后,相当于给其安装了可调节电流通过的“红绿灯”,以点带面,实现对电力潮流的精准控制,充分挖掘现有电网的输电能力,实现对电力传输的智能调控,可大幅提升现有资源条件下的供电能力,保证用电负荷安全稳定供给,有效减少用电高峰居民停电(这和我们的生活息息相关)。

NO.5半波长技术

我国的一次能源基地与负荷中心相距甚远,如新疆煤电基地、西藏水电基地到东部负荷中心的距离约3000公里。对超远距离、超大容量的电力输送,半波长输电技术具有经济性和稳定性等优势,是一种可行的解决方案。

由电路原理可知,输电本质上是波的传播过程。当线路足够长时,在传输功率极限和沿线电压分布等方面会出现许多与常规输电线路不同的特性。

半波长输电正是根据交流线路长度等于一个工频半波,即3000公里(50赫兹)时,输送功率极限可以达到无穷大这一特性而确定的输电方式(适用于理想的无损线路)。

利用半波长技术构建立体电网

半波长技术可用于点对网远距离大容量输电,无需安装无功补偿设备,全线无需设置中间开关站,可以和直流输电系统一样实现点对点或点对网输电,但在输电距离方面不如直流输电灵活。半波长技术还可用于送端电网与受端电网之间的联网。此外,可利用半波长线路进行“立体电网”构建。“立体电网”可极大改变电网形态,大大缩短落点之间的电气距离,显著改变同步电网的结构,明显改善同步电网的稳定性。

这些技术虽然看起来有些“高大上”,但实际上它们和我们的生活息息相关,它们能让我们的供电更可靠、更智能,以后再也不用担心你家会停电啦!多年来,国家电网公司全面提升电网核心技术能力,攻克了一系列世界性的电力科技难题,在世界电力舞台上发出了响亮的中国声音!为那些电力科技工作者为国家电网,点赞!

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