高压直流输电技术研究

高压直流输电核心装备研制及工程化技术研究汤广福中国电力科学研究院2020年2月中国电工装备创新与发展论坛1高压直流输电技术发展现状总结与展望柔性直流输电技术高压直流输电装备试验平台高压直流输电技术汇报提纲特高压直流换流阀技术电力行业的重大需求与挑战2电力科技的进步与创新能否对未来坚强智能电网的发展提供足够的支撑和保障，是一个非常现实的挑战。推动大范围的电力资源优化配置促进可再生能源的高效开发利用增强网架结构，推动各级电网协调发展提高电力传输的安全可靠性加大我国电工装备制造业结构调整力度加快我国电网向坚强智能化转变提升我国在世界电力领域的技术引领作用我国电力行业面临的重大任务与挑战3我国能源资源与用电需求呈逆向分布我国大型能源基地与能源消费地之间的输送距离将达到2500公里以上，2015年和2020年特高压及跨区、跨国电网输送容量将分别达到1.9亿千瓦和4.1亿千瓦。需要在全国范围内进行能源优化配置随着能源输送距离和规模越来越大，为满足大煤电、大水电、大核电、大型可再生能源基地的集约化开发和利用，必须通过远距离大规模输电在全国范围内优化配置电力资源。1、推动大范围资源优化配置我国能源资源与用电区域分布图4我国一次能源分布不均衡我国能源资源与用电需求在地理分布上的极不均衡，决定了我国必须走远距离、大规模输电和全国范围优化电力资源配置的道路。高压(柔性)直流输电技术的作用高压/特高压直流输电具有输送距离远、输送容量大、损耗低、占地省的特点，特别对于远距离大容量的电量输送，具有非常显著的技术优势；柔性直流输电对于内陆/海上大型风电场并网、偏远地区中小型负荷供电等特殊场合具有显著的技术优势，是大规模可再生能源发电接入和传输的重要手段。高压直流输电系统是构成坚强电网骨干网架和进行电力大规模远距离传输的重要方式。1、推动大范围资源优化配置6±500kV3000MW2009呼伦贝尔至辽宁±125kV750MW2009黑河BTB±800kV6400MW2010向家坝至上海±500kV3000MW2009德阳至宝鸡LongdistanceBTB±800kV5000MW2009云南至广东±660kV4000MW宁东至山东±500kV3000MW荆门至上海我国正在建设的高压直流输电工程1、推动大范围资源优化配置东北电网西藏电网西北电网南方电网华东电网华北电网华中电网7到2020年，我国预计将建设的直流输电工程达50项左右，其中包括30多个特高压工程，总投资达数千亿。1、推动大范围资源优化配置81.7风能等清洁能源迅猛发展2、促进可再生能源的高效开发利用风电规模迅猛发展2008年，我国新增风电装机容量630万千瓦，占全球新增装机容量的22%，预计到2020年，我国风电装机容量将达到1亿kW～1.5亿kW；大规模可再生能源集约式开发未来我国陆地风能、太阳能将以大规模集约化开发为主，规划在西部、北部等偏远地区建设千万千瓦级风电场，在沿海建设百兆瓦级海上风电场。我国风电场规划工程分布图91.7风能等清洁能源迅猛发展2、促进可再生能源的高效开发利用可再生能源大规模开发的技术挑战可再生能源的大范围、规模性开发，将对电网的控制和运行将带来较大的不利影响；使用智能化的并网和控制技术，是缓解可再生能源发电对电网安全运行影响的有效手段。柔性直流输电技术的作用柔性直流输电技术是目前国际上公认的最具技术优势的风场接入方式，其适用于任何形式的风场并网。尤其是对于百兆瓦和千兆瓦级的偏远陆地及海上风电场来说，使用智能化的柔性直流输电装备进行风场并网，可以满足风场运行时的故障穿越及稳态和暂态性能的要求，具有显著的技术竞争力。柔性直流输电技术的开发和应用，将为智能电网接纳大规模间歇式电源，提供经济、高效、环保、可靠的技术手段，具有显著的社会经济效益。102、促进可再生能源的高效开发利用随着可再生能源发电项目的不断增多，我国柔性直流输电工程预计将以每年1~2条的数量持续增长，平均每年新增输电容量可达200WM以上。大连城市供电500MW浙江海岛供电700MW上海城市供电600MW福建海岛供电200MW内蒙古风场2000MW广州城市供电800MW云南光伏发电400MW辽宁海上风场1000MW山东海上风场800MW江苏海上风场2200MW宁夏光伏发电400MW青海光伏发电600MW甘肃风场2400MW甘肃光伏发电800MW新疆风场1000MW2015年国内柔性直流输电工程初步规划113、增强网架结构，推动各级电网协调发展高压/特高压直流输电装备高压/特高压直流输电系统是进行大规模、远距离、跨区域电力传输的重要方式，是大型电网互联的重要手段；高压/特高压直流输电装备是形成坚强电网的核心设备，是进行各大区域电网互联的纽带，也是增强我国电网骨干网架建设的必要基础；柔性直流输电装备柔性直流输电系统在弱电网接入、偏远地区供电、异步电网互联等方面具有显著的技术优势；柔性直流输电系统是构建智能电网的重要装备，可大幅度提高电网在动态无功支撑、电力潮流控制、故障电流限制、故障后黑启动等方面的水平，是推动电网结构升级和节能降损，加快电网向绿色环保和智能化转变的技术基础；在全面加强电网网架建设的基础上，通过先进技术的高度融合，全面提高大电网运行控制的智能化水平，实现我国各级电网的协调、跨越式发展。11124、提高电力传输的安全可靠性高压(柔性)直流输电等大功率电力电子装置在电力系统中正得到越来越广泛的应用，可在提高大型互联电网的运行可靠性、经济性、环保性等方面发挥重要的作用；为提高电力传输的可靠性，进一步发挥电力电子装置要在大型互联电网中的重要作用，首先要解决如何提高其自身可靠性的关键技术问题；高压(柔性)直流输电装置试验方法的研究和相关试验平台的创建，是提高直流输电装备运行可靠性的根本保证，也是实现电网安全可靠运行的重要前提和基础。12135、加大我国电工装备制造业结构调整力度电工装备制造业发展面临的问题目前我国的发电和输变电设备产品的产量已经位居世界先进水平，已经成为电工装备制造大国，但是还面临着电工装备行业整体创新能力不强、产品核心竞争力不足、自主创新能力较弱等问题，难以有效支撑行业结构调整升级。高压直流输电技术研发带来的作用依托高压(柔性)直流输电系统核心装备，开展自主知识产权的技术开发和设备研制，对促进我国电工装备产业结构调整、提高自主创新能力，加快制造业在产品质量、技术含量和现代化程度上的提升，都具有十分重要的作用。13146、加快我国电网向坚强智能化转变坚强智能电网是以坚强网架为基础，以智能控制和智能化装置为手段，包含电力系统的发电、输电、变电、配电、用电和调度六大环节，覆盖所有电压等级的现代化电力网络。高压/特高压直流输电系统是形成坚强电网骨干网架的核心装备，柔性直流输电系统是构建智能电网的重要装备。高压直流输电相关装备的研发和工程化应用，是推动电网向坚强化、智能化转变的重要手段。157、提升我国在世界电力领域的技术引领作用我国电力技术的发展机遇在特高压交/直流输电工程技术领域，我国已经走在世界的前列；在世界坚强智能电网技术的蓬勃发展中，我国需要把握机遇，在智能电网的实施中继续发挥引领作用，提升我国电网的整体技术实力。实现从技术跟踪到技术引领的转变高压/特高压直流输电技术，我国在部分工程技术方面已处于世界领先地位，需要继续开展自主研究，实现全面的技术引领；柔性直流输电技术作为最先进的电力系统电力电子应用技术，我国与世界目前的发展基本同步，通过积极、快速的推进，在部分领域实现技术引领；在立足建设坚强智能电网的总体需求上，通过关键技术攻关与创新，形成一批具有自主知识产权的、达到国际领先或先进水平的科技成果，使我国电网在整体上达到国际领先水平，引领国际电网技术发展方向，极大地提升我国电力行业的国际竞争能力与影响力。从而逐步实现在国际电力领域的技术跟踪到技术引领的转变16高压直流输电技术发展现状总结与展望柔性直流输电技术高压直流输电装备试验平台高压直流输电技术汇报提纲电力行业的重大需求与挑战特高压直流换流阀技术171、技术简介高压直流输电技术通常包括常规高压/特高压直流输电技术、柔性直流输电技术和其它新型直流输电技术等。Zs1L1Zs2L2送端系统VSC换流站AVSC换流站B受端系统常规直流和柔性直流输电系统结构示意图换流站A换流站B送端系统受端系统高压直流输电技术发展历程182、技术需求与技术供给的差距主要的技术差距现有高压/特高压直流工程都是采取与国外厂家合作的方式，其换流阀和直流场等设备核心技术均为国外垄断，国内基本上只能开展部分组装工作，国产化率始终无法大幅提升；柔性直流输电技术和高压直流换流阀试验技术，则一直为国外厂家垄断和封锁，不进行任何技术转让;需要实现的目标目前我国需要突破特高压直流输电、柔性直流输电成套装置和高压直流换流阀试验等核心技术和装备，以全面实现高压直流输电装备的国产化。18193、高压直流输电产业市场规模19Gotland260MWKonti-stan550MWBalticCable500MWHolckbido-honshu720MWVolgograd-Dontess720MWShin-Shinero600MWHegasi-Shinero300MWSakurna300MWSnikoku-Kausal3400MWGezhouba-Shanghai1200MWRihand-Delh1500MWLeye-Luzon440MWVinchyachal500MWMshkepatan500MWNewZealand1240MWSrokerHid40MWSileruBarsoar100MWQuebeo-NewEngland2690MWMagawaaka350MWChtaleauguay1000MWMinaml300MWZhoushanIsland50MWSkagenak940MWCrossCnannel2000MWEelRiuer320MWVyborg1050MWChejuIalanend300MWFenno-Skan500MWCorsinclaping50MWKontel500MWDurmronr550MWMoyie550MWWien550MWCahora-Bassa1920Inqa-Shaba550MWSantinia-Italy300MWItaly-Greece500MWBrazil-Anpanthia1000MWChangrapu-Paoghe1500MWEtzhnaehl600MWThreeGomas-Changzhou3000MWChandraour-PaddgheB1B1000MWNebonRiver3420MWSqueButle500MWMCNeil150MWVancounter682MWSdney200MWDAHamil100MWMiles200MWCU-project1000MWWels600MWInfermountain1920MWPacificIntertle3100MWEddyCounty200MWBlackwater200MWOfdaunion200MWHighgate200MWAcaray607MWMaipu6300MWUrygaiana50MW目前世界范围内已经规划的特高压直流输电工程约有50个，总容量达320GW以上，市场规模超过数千亿元。到2015年，世界范围内柔性直流输电工程的市场规模预计在1000亿元以上。随着新能源的快速发展和环境保护要求的提高，我国对柔性直流输电技术也呈现出强劲的市场需求。世界高压直流输电工程规划2020年欧洲（柔性）直流联网工程规划20未来二十年中，国家电网公司规划建设的直流输电工程多达40条以上，其中特高压直流输电工程超过15条。预计的市场规模目前，我国每条特高压直流输电工程的建设总投资在150亿元以上。其中特高直流换流阀和换流变的价格均在15至20亿，平波电抗器的价格在10亿左右，控制保护系统