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、遠距離輸電領域發(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技術(shù)的進步，預計未來5-10年我國將迎來柔性直流輸電工程建設快速發(fā)展時期。世界范圍內(nèi)將有望建成以柔性直流為基礎、500kV及以上等級的區(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、電壓源換流器拓撲、直流斷路器、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：各位領導，各位專家，各位同仁，大家好！作為西電集團，隨著我們國家特高壓輸電的發(fā)展，當然在交流方面，隨著我們國家特高壓直流的發(fā)展，中國西電集團在特高壓輸變電設備商是處于一個國際領先的地位。目前對于各個特別像換流閥我們現(xiàn)在做到6250A，對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

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，實現(xiàn)有功功率和無功功率相對的獨立控制，極大增強了輸電的靈活性。它里面主要是除了常規(guī)直流有的優(yōu)點，里面還有一個就是有功和無功，快速獨立的控制。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。沒有無功補償?shù)膯栴}，常規(guī)直流一般的補償功率是50%到60%，所以整個占地面積相當大。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上的演講PPT

柔性直流輸電由于構(gòu)成多端直流電網(wǎng)，因為它不需要改變直流的電壓極性，僅改變直流電壓的方向，常規(guī)反送的時候改變的是電壓，對于柔直，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)，實際上回過頭來說，我們要實現(xiàn)能量流的雙向流動和雙向控制，我想應該是大功率電力電子性能的提高，最終才能實現(xiàn)能量流自動調(diào)節(jié)。它的設計比較小型化。

對于上述的優(yōu)點，特別像現(xiàn)在海上風電和海上石油平臺，可能會有大的發(fā)展。我們的風電、光伏，因為這些電的波動性比較大，間歇性比較強。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 

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

從技術(shù)發(fā)展，上面簡述了一下，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)絡結(jié)構(gòu)，這是單體線的一個接線。這個就是跟我們現(xiàn)在常規(guī)直流底下，將來整個網(wǎng)絡的一個連接。這個是一個橋串，或者幾個橋并的，這個叫多端直流系統(tǒng)，關(guān)于多端直流的實現(xiàn)還有很多技術(shù)問題網(wǎng)絡的問題，后面都需要我們在柔性技術(shù)上開發(fā)。

資料來源：中國西電副總工茍銳鋒在能源峰會上的演講PPT

柔性直流輸電的應用工程 

目前柔性直流輸電的應用嘗試，一個就是異步聯(lián)網(wǎng)，第二、分布式電源電網(wǎng)，風電場，太陽能，水電站這些能源的接入。第三、孤島、送電。智能電網(wǎng)對技術(shù)的推動，第一、首先是電力電子技術(shù)，下來是儲能技術(shù)，如果這兩個技術(shù)解決不了，我們講的智能電網(wǎng)可能也會很難有這種理想，達到信息流和能量流完全自動的雙向評估和調(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)實際上就是類似于傳統(tǒng)直流的管子之間的串聯(lián)。實際上阿爾斯通還是橋串聯(lián)，一級一級串接起來，國際上也就是這三種路線，我們國內(nèi)有五個部門，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現(xiàn)奠定了基礎，為將來走向直流電網(wǎng)奠定了基礎。直流電網(wǎng)具有以下的特點，每個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，這樣一個過程，現(xiàn)在發(fā)展實際上里面一個核心的設備就是直流開關(guān)。

目前我們?nèi)嵝灾绷鬏旊姀臉藴式嵌壬现v，國際電工委員會輸配電領域電力電子分技術(shù)委員會從五年前已經(jīng)制定柔性直流輸電技術(shù)標準，目前頒布的柔性技術(shù)標準有以下這幾個。我們國內(nèi)這幾年也在制定標準，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，實際上我們現(xiàn)在也是與我們國家的直流發(fā)展，因為中國西電集團，我覺得實際上我們國家輸電也是同步發(fā)展，有特高壓，一定有西電設備，柔直也在同步的發(fā)展。從我們西電集團角度，最早我們先做了一個通過這些研究，實際上從產(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，對于西電集團，這方面最早我們是從系統(tǒng)研究和成套設計，這也是集成我們傳統(tǒng)直流的技術(shù)，因為傳統(tǒng)直流我們是設備制造方，但是大集團制造公司的角度來講，這方面也得到聯(lián)網(wǎng)的測試，所以我們一開始是從系統(tǒng)做起，整個將來以后是一個整合的。比如要走向國外，我覺得制造企業(yè)現(xiàn)在單一走向國外，單一設計在國外的競爭，第一、得有資質(zhì)，一開始做柔直我們就朝著這個方向去走。第二、關(guān)于換流閥整個的設計，整個支撐我們?nèi)プ鲞@些設計。第三、我們做了比如換流閥的運行實驗等，換流閥的運行實驗，我們有一個12千伏兆瓦，按照整個試驗效果，一個一個去做。這個是關(guān)于仿真平臺，原來大家用的是RTDS，實時仿真系統(tǒng)KT-LAB，可進行多端、多電平。

對于我們現(xiàn)在做的項目，2013年我們通過自己設計，功能模塊也是自己設計，包括控制，因為總是有一個系統(tǒng)集成，我們自己建了一個完整的10kV/12MW柔性背靠背的。第二、成套提供正負160kV/50MW難熬柔直工程。第三、我們現(xiàn)在正在做研究，前期實驗已經(jīng)做完了，當然技術(shù)也是在不斷的進步，這次由于上次我們是練習，這次是單獨閥，完全做了試驗。當然，這里邊的設計工藝和設計方法上，比上一個工程不可同日而語了，這個電壓到350千伏直流，一個橋臂是五個閥串起來的。

當然，西電公司在電力電子方面也在做一些工作，對于柔直的發(fā)展，對于直流網(wǎng)的發(fā)展，實際上有幾大。這個也是根據(jù)863做前期的研究工作，我們實現(xiàn)的路線有兩個，一個是基于人工，一個是電子做的。直流斷路的發(fā)展，有不同的方式，是不是采取一些機械方式，不管怎么說，它的問題是將來形成直流網(wǎng)。當然，如果它實現(xiàn)了，同樣電力變壓器實現(xiàn)了，電力變壓器的時候，或者直流斷路器的實現(xiàn)，就是直流網(wǎng)形成的關(guān)鍵。那個時候我覺得從控制的角度上講，現(xiàn)在這個水平，我覺得應該要實現(xiàn)這個效果的調(diào)節(jié)，信息能量流的各種實現(xiàn)。幾個技術(shù)，現(xiàn)在在做的一些工作。這里邊就是對我們公司整個的一個介紹。我們一個是從系統(tǒng)研究的成套，再一個是從關(guān)鍵核心設備，整個一個完整的產(chǎn)業(yè)鏈和這樣一個形成技術(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)在各方面對這方面都感興趣，如果電力電子器元件能實現(xiàn)像晶閘管這樣一個水平，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，所以他們在這些兩大公司里，元器件廠，目前的市場需求量也很大。我們里面的核心元器件很多還是國外的，我們有設計技術(shù)，我們有工程業(yè)績，但是我們這里面的一些核心設備還是沒做出來。

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

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，要有不同的拓撲圖，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。在這個里面，我們繼續(xù)從拓撲圖的結(jié)構(gòu)上，怎么去如何提升它，提升一個模塊單元的大容量，和它的電壓的傳輸。 

對多端直流電網(wǎng)的實現(xiàn)，實際上我剛才一致在強調(diào)，電力電壓器的技術(shù)，因為對直流端的技術(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)上還會出現(xiàn)其他很多問題，而你是一個電力電子的元器件，你在開斷的過程，打開的過程中，必然會對系統(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)的一個倡導，大家朝著這個方向去做，這個里面還有很多問題，不是說誰發(fā)表一篇文章，這個東西能夠走向產(chǎn)業(yè)化和工業(yè)化，我認為還要有一段路程。

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，實際上包括我們現(xiàn)在的驅(qū)動，也是國外的，在功能模塊里面，這個主要的元器件。實際上我們上來之后說直流功能，當然從設計技術(shù)水平，發(fā)現(xiàn)我們跟國外站在平等的臺階，但是回過頭來說，看我們的設備，我們一些核心設備，還是需要去做的。常規(guī)直流走到跟天已經(jīng)是國際領先水平了，國外對這個也是認可的。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)于標準方面，隨著對設備的要求，我們的標準要繼續(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、遠距離輸電領域發(fā)揮越來越重要的作用。柔性直流輸電技術(shù)的應用已經(jīng)使多端直流輸電系統(tǒng)成為現(xiàn)實，還將進一步促進直流電網(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，以及控制保護技術(shù)的進步，預計未來5到10年我國將迎來柔性直流輸電工程建設快速發(fā)展時期，世界范圍將有望建成以柔性直流輸電為基礎，500kV及以上等級的區(qū)域性直流電網(wǎng)。謝謝大家!