柔性直流输电在交直流混联电网中的应用与展望

POWERNOKI直流输电技术全国重点实验室中国南方电网 2023JINAN StateKeyLaboratoryofHVDCCHINASOUTHERNPOWERGRID 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 WeihuangHUANGSEPRI-CSG 2023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 DevelopmentofVSC-HVDC 川.柔性直流在大电网中发挥的作用 RoleofVSC-HVDCinLargePowerGrids IV.柔性直流在新型电力系统的应用与展望 ApplicationandProspectofVSC-HVDCinNewPowerSystems 2 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-HVDCisanewgenerationofDctransmissiontechnologythatadoptsfully-controlledpowerdevicesandmodularizedtopology,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-HVDCpartiallyreplacethefunctionsofACsystemcomponents,suchas"Aclineemulation","Virtual electromagneticloop","Dcpowerstation"?Thesearethemainquestionsthatwillbediscussedinthisreport. “箱革元A“箱量元B箱量元 模 直流母侧线正极功率模块动率模块功率模块第二象限第一象限 功率模块功率模块quadrant2quadrant1 有功和无功独立解 桥臂 半桥子模块 耦的全域运行 直流侧Half-bridgeModule Independentdecouplingofactiveandreactivepowerforfull-domainoperation 直流侧负极鲜线 柔性直流拓扑结构 VSC-HVDCtopology 全桥子模块第三象限第四象限 Full-bridgeModulequadrant3quadrant43 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-HVDCinLargePowerGrids IV.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 DevelopmentofVSC-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,twiceofconventionalLCC 3% 8 6%16%1 2% 33 21%LETT 19 39%ETT LTTLTT 84 54%VSCVSC MixtureMixture 25Unknown21Unknown 16% 已运行直流工程数据来源：CIGREB4 43% 0 0% 规划建设中直流工程5 HVDCprojectsinoperationDatasource:CIGREB4HVDCprojectsunderplanningandconstruction 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-HVDCcontinuetoincrease. ·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 AlthoughChinastartedlate,itiscatchingupbothintermsofdevelopmentspeedandengineeringcapacity 直流电压 800 国外容量：1000MW=30Q0MW→5000MW 中国 乌东德 5000MW ±800kv 600张北 3000MW INEFLE鲁西 NordLin ↑400 Transbaycable ±500kVCrosssoundcable400MW 330MW 1000MW1000MW 厦门 渝鄂1400MW 4*1250MW 12001000MW Hellsjon 南汇舟山多端 南澳多端400MW ±320kv10MW20MW 0 中海油200MW TOMW 199720022010201320162020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-HVDCiswidelyusedinfourmajorscenarios,includinggridinterconnection,long-distance powertransmission,renewableenergytransmission,andpowerdistribution. 回丰 合 电网互联 新能源送出 AYGridRenewableEnergy InterconnectionTransmission 中国团 80% g-distance 远距离输电 柔性直流技术 低压配网 Power 直流微电网 交流微电网 PowerTransmissionDistribution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-HVDCforgridinterconnectionisappliedtoexchangepowerbetweentwogridsandimprovethesecurityandstabilityofexistingACgrids ，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,canquicklyandflexibly regulatethepowerflow,andisanimportanttechnicalsolutionforgridinterconnection 国内外已建成的柔直背靠背联网工程 分区2 Completedback-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 澳大利亚Murraylink工程 220MW/±150kV 132/220kV 2002 爱沙尼亚Estlink工程 350MW/±150kV 400/330kV 2006 分区1分区3 英国Britain-500MW/±200kV400kV2013 Ireland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/±400kV 500kV2022 VSc-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 Luxiback-to-backvSC-HvDCproject:thefirsttimetouseVSC-HVDCforthemainchannelofwest-eastpowertransmission,realizing flexibleinterconnectionofasynchronouspowergrids. 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,itrealizestheisolationofACsystemfaultsin differentACpowergridareas,providesfastpowercontrolandemergencypowersupport,andincreasesthestabilityofthepowergrid 滇月 罗平东雨 变电站汪 罗平背靠背 云南百色广西 鲁西背靠背桑直工程 Luxiback-to-backVSC-HVDCproject 广东电网背靠背柔直工程 Guangdongback-to-backVSC-HVDCproject9 柔性直流技术应用于远距离输电 VSC-HVDCTechnologyAppliedtoLongDistancePowerTransmission 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 Developmentofcontrolstrategy,circuittopologyandpowerelectronicdeviceshavefacilitatedtheincreaseof voltagelevelsandtransmissiondistances -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-valveserialtopologyand3000A-rateddevicedevelopmenttoincreasevoltageto±800kVandca