柔性直流输电在交直流混联电网中的应用与展望.pdf
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1、POWERNOKI直流输电技术全国重点实验室中国南方电网StateKeyLaboratoryofHVDCCHINASOUTHERNPOWERGRID2023JINAN柔性直流输电在交直流混联电网中的应用与展望APPLICATIONANDPROSPECTOFVSC-HVDCINAC/DCHYBRIDPOWERGRID黄伟煌南方电网科学研究院Weihuang HUANGSEPRI-CSG2023年9月22日,济南22ndSept.,2023,JINAN春提纲CONTENTS柔性直流的技术特点TechnicalcharacteristicsofVSC-HVDC柔性直流的发展现状Development
2、ofVSC-HVDC川.柔性直流在大电网中发挥的作用RoleofVSC-HVDCinLargePowerGridsIV.柔性直流在新型电力系统的应用与展望ApplicationandProspectofVSC-HVDCinNewPowerSystems2柔性直流技术特点VsC-HVDCtechnicalcharacteristics柔性直流是采用全控型功率器件和模块化拓扑结构的新一代直流输电技术,可控性高、适应性好,可实现有功和无功独立解耦的全域运行。VSC-HVDC is a newgenerationofDc transmissiontechnologythatadopts fully-c
3、ontrolledpowerdevices and modularized topology,withhighcontrollability,andcanrealizefourquadrantsoperationwithdecouplingcontrolofactiveandreactivepower.除了输电外,柔性直流能否部分取代交流系统元件的功能,例如“交流联络线模拟”“虚拟电磁环网”?“直流电厂”?这是本报告主要讨论的问题之Inadditiontotransmission,canVSC-HVDCpartiallyreplacethefunctionsofACsystemcomponen
4、ts,suchasAclineemulation,Virtualelectromagneticloop,Dcpowerstation?Thesearethemainquestionsthatwillbediscussedinthisreport.“箱革元A“箱量元B箱量元直流侧正极功率模块动率模块功率模块第二象限第一象限母线模功率模块功率模块quadrant2quadrant1桥臂有功和无功独立解耦的全域运行半桥子模块直流侧Half-bridge ModuleIndependent decouplingofactiveandreactivepowerfor full-domainoperati
5、on直流侧负极鲜线全桥子模块第三象限第四象限柔性直流拓扑结构Full-bridge Modulequadrant3quadrant 4VSC-HVDCtopology3提纲CONTENTS柔性直流的技术特点TechnicalcharacteristicsofVSC-HVDo柔性直流的发展现状DevelopmentofVSC-HVDC川I.柔性直流在大电网中发挥的作用RoleofVSC-HVDCinLargePowerGridsIV.柔性直流在新型电力系统的应用与展望ApplicationandProspectofVSC-HVDCinNewPowerSystems柔性直流技术发展现状Develo
6、pmentofVSC-HVDC柔性直流技术已成为全球关注热点和发展趋势VSC-HVDCtechnologyhasbecomeaglobalconcernanddevelopmenttrend已运行的直流工程,传统直流占大多数、达到70%,柔性直流占21%LCCaccountsforthemajority(70%)oftheHVDCprojectsinoperation,andVSC-HVDCaccountsfor21%规划中的直流工程,柔性直流成为主流方案,规划数量是传统直流的2倍AmongplannedHVDCprojects,VSC-HVDChasbecomethemainstream,t
7、wiceofconventionalLCC3%86%16%12%331921%LETT39%ETTLTTLTT8454%VSCVSCMixtureMixture25Unknown21Unknown16%43%00%已运行直流工程数据来源:CIGREB4规划建设中直流工程5HVDCprojectsinoperationData source:CIGRE B4HVDCprojectsunderplanningandconstruction柔性直流技术发展现状DevelopmentofVSC-HVDC柔性直流工程的电压和容量不断提高ThevoltageandcapacityofVSC-HVDCcon
8、tinuetoincrease.中国虽然起步晚,但无论是从发展速度还是工程容量上,都呈赶超趋势Although China started late,it is catching up both in terms of development speed and engineering capacity800乌东德国外直流电压5000MW中国600张北3000MW800kvINEFLE容量:1000MW=30Q0MW5000MW鲁西1000MW1000MWNord Lin400Transbaycable渝鄂1400MW500kVCrosssoundcable400MW4*1250MW330MW
9、厦门2001000MW1Hellsjon舟山多端南汇320kv10MW20MW南澳多端400MW中海油200MW0TOMW199720022010201320162020年份6柔性直流技术发展现状DevelopmentofVsC-HVDC目前柔性直流在电网互联、远距离输电、新能源送出、中低压配电等四类主要场景得到了广泛应用Currently,VsC-HVDCiswidelyused infourmajor scenarios,includinggridinterconnection,long-distancepowertransmission,renewableenergytransmissi
10、on,andpowerdistribution.电网互联新能源送出回丰合柔性直流技术GridRenewable EnergyAYInterconnectionTransmission远距离输电中国团80%低压配网交流微电网直流微电网g-distancePowerPowerTransmissionDistribution德能柔性直流技术应用于电网互联VSC-HVDCTechnologyAppliedtoGridlnterconnection柔直应用于电网互联,实现两个电网电力交换,并提高已有交流电网安全稳定水平Vsc-HVDC for grid interconnection is applie
11、d to exchange power between two grids and improve thesecurityandstabilityofexistingACgrids,电网互联可实现互供电力、互通有无、互为备用,可减少事故备用容量,增强抵御事故能力柔直不增加交流短路电流,不受交流系统短路容量限制,可快速灵活调节潮流,是电网互联的重要技术手段VSC-HVDCdoesnotincreasetheshort-circuitcurrentoftheACpowergrid,notlimitedbySCRoftheACsystem,canquicklyandflexiblyregulatet
12、hepowerflow,andisanimportanttechnicalsolutionforgridinterconnection国内外已建成的柔直背靠背联网工程分区2Completedback-to-backVSC-HVDCprojectsinChinaandabroad工程名称容量交流电压投入时间美国EaglePass工程36MW/15.9kV132kV2000分区1分区3澳大利亚Murraylink工程220MW/150kV132/220kV2002爱沙尼亚Estlink工程350MW/150kV400/330kV2006英国Britain-500MW/200kV400kV2013I
13、reland工程鲁西背靠背桑直工程1000MW/350kV500kV2016渝鄂背靠背柔直工程1250MW/420kV500kV2019柔直应用手交流电网互联中南通道柔直工程1500MW/400kV500kV2022VSc-HVDCapplicationsforACgridinterconnections8柔性直流技术应用于电网互联VSC-HVDCTechnologyAppliedtoGridlnterconnection电网互联典型应用Typicalapplicationsforgridinterconnection鲁西背靠背柔直工程:首次将柔性直流用于西电东送主通道,实现电网分区柔性互联L
14、uxiback-to-backvSC-HvDCproject:thefirsttimetouseVSC-HVDCforthemainchannelofwest-eastpowertransmission,realizingflexibleinterconnectionofasynchronouspowergrids.厂东电网背靠背直工程:应用于广东电网负荷中心,实现不同交流电网区域交流系统敌障的隔离,提供快速功率控制与紧急功率支撑,增加电网稳定性GuangdongBack-to-BackvsC-HvDCProject:AppliedintheloadcenterofGuangdong,itre
15、alizestheisolationofACsystemfaultsindifferentACpowergridareas,providesfastpowercontrolandemergencypowersupport,andincreasesthestabilityofthepowergrid滇月东罗平雨变电站汪罗平背靠背广西云南百色广东电网背靠背柔直工程鲁西背靠背桑直工程Guangdongback-to-backVSC-HVDCprojectLuxiback-to-backVSC-HVDCproject9柔性直流技术应用于远距离输电VSC-HVDCTechnologyAppliedtoL
16、ongDistancePowerTransmission柔直运行控制,拓扑结构和核心器件的发展,促进了电压等级及输电距离的提升Development of control strategy,circuit topology and power electronic devices have facilitated the increase ofvoltagelevelsandtransmissiondistances-双阀组串联拓扑与3000A等级器件研制,将柔直电压提升至800kV,容量提升至5000MW-Dual-valve serial topology and 3000A-rated
17、device development to increase voltage to 800kV and capacity to 5000Mw加装直流断路器或“全桥+半桥”混合拓扑,可阻隔直流故障电流,实现远距离架空线故障的清除和快速重启-ByinstallingDCcircuitbreakersoradoptingfullbridge+halfbridgehybridtopology,DCfaultcurrentcanbeblocked,realizingfaultclearingandfastrestartunderlong-distanceoverheadlinefaults.国内外已建成
18、/建设中的柔直远距离架空线输电工程FBSMCompleted/underconstructionlong-distancetransmissionVSC-HVDCprojectsinChinaandabroad工程名称容量/电压输电距离直流故障清除投入时间纳米比300MW/-350kV970km交流断路器亚Caprivi2010Link工程清除时间1.5sHBSM666km直流断路器张北直流3000MW/500kV20203ms开断电流昆柳龙直流5000MW/800kV1452km全半桥,主动降压清除2020150ms电流过零德国800MW/320kV340km建设中全桥和半桥混合型MMC的结
19、构示意图ULTRANET全桥,主动降压清除Schematicstructureoffull-bridgeand half-bridge hybrid MMCs10柔性直流技术应用于远距离输电VSC-HVDCTechnologyAppliedtoLongDistancePowerTransmission远距离输电典型应用Typicalapplicationsforlongdistancepowertransmission昆柳龙直流工程:落点广东的第10回直流输电工程,将乌东德电站(世界第7大水电)的电力输送至两广负荷中心,受端采取特高压柔性直流技术KunliulongProject:the1Ot
20、hDCtransmissionproject inGuangdong,transmittingpowerfromWDDStation(theworlds7thlargesthydropowerstation)totheloadcentersofGD&GXprovinces,withUHVVSC-HVDCtechnologyatthereceivingend世界上首次将柔性直流用于远距离、大容量、架空线输电-Theworlds firstapplicationofvsc-HvDcfor long-distance,high-capacity,overhead linepowertransmiss
21、ion.CCTV1305km云南昆北换流站西柳北换流站广东龙门换流站央视记者朱继华高森王戈李超云南台南方电网乌东德电站送电广东广西特高压工程投运乌东德水电站昆柳龙直流工程示意图11UdundehydroelectricpowerstationSchematicdiagramofKunliulongDCproject柔性直流技术应用于新能源送出VSC-HVDCTechnologyAppliedtoRenewableEnergyTransmission海风大容量集中送出能有效降低单位开发成本,柔直是深远海风电送出的主流方案Large-capacitycentralizedtransmissiono
22、foffshorewindcanreducetheunitdevelopmentcost,VsC-HVDCisthemainstreamsolutionofthedistantoffshorewindpowertransmission深远海风柔直送出,直流海缆无充电无功问题,输电距离远DistantoffshorewindVSC-HVDCtransmission;NoreactivepowerissuesforDCcables;Longdistancetransmission国外已建成的海上风电柔直工程主要集中在德国,直流电压等级以土320kV为主Completedoverseaoffshor
23、ewindpowerVSC-HVDCprojectsaremainlylocatedinGermany,DCvoltagearemainly32OkV.国内外已建成的海上风电柔直送出工程送出工程造价/亿元completed offshorewindpowerVSC-HVDCtransmission陆上站projectsinChinaandabroad直流海缆工程名称容量/电压输电距离投入时间海上站BorWin1400MW/150kV200km2010下降BorWin2800MW/300kV200km201525%DolWin1800MW/320kV165km2015HelWin1576MW/2
24、50kV130km2015HelWin2690MW/320kV130km2015SylWin1864MW/320kV205km2015DolWin2916MW/320kV135km201721GW12GWDolWin3900MW/320kV160km2017海风直流送出工程造价对比(国内)BorWin3900MW/320kV200km2019CostcomparisonofVSC-HVDCtransmission如东海上柔直1100MW/400kV108km2021projectsforoffshorewindpowerplant(China)12柔性直流技术应用于新能源送出VSC-HVDC
25、Technology Applied to Renewable Energy Transmission新能源送出典型应用Typical applications of renewable energy transmission如东海风柔直工程:我国首个海风柔直送出工程,电压等级土400kV、容量1.1GW-Rudong Offshore Wind VSC-HVDc Project:the first offshore wind VSC-HVDC transmission project in China,40okV,1.1GW.,青州五/七柔直工程:采用500kV/2GW柔直送出,预计2024
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