大规模西部新能源东送需求与解决方案
大规模西部新能源东送需求
- 目标与规模：为实现“双碳”目标，预计到2060年，我国总装机规模达80亿kW，其中风电25亿kW，光伏36亿kW，合计61亿kW。假设一半风电光伏装机在西部地区，且一半需东送，则西电东送规模超15亿kW，输电距离均超2500km。
- 挑战：采用传统点对点特高压直流输电，需超100回线路，不经济。2022年大基地规划需超百回特高压直流满足4.55亿kW新能源外送需求。
新能源基地外送发展方式的三阶段
-
第一阶段：点对点风光火打捆传统直流输电
- 结构：送、受端均采用LCC，需配套火电提供电压支撑（短路比>5）。
- 问题：
- 配套电源不足时短路比降低，受端故障致换相失败引发送端无功过剩和新能源侧过电压（如青豫直流系统过电压达1.39p.u.）。
- 9条特高压直流总容量8200万kW，2022年输送新能源仅922亿kWh（占比27.25%），平均利用小时数4126h（要求4500h），效率偏低。
-
第二阶段：点对点柔性直流输电
- 方案：送端采用MMC提供电压支撑，受端故障无换相失败，直流线路故障通过LCC强制移相清除。
- 问题：100%输送新能源时，通道利用小时数仅3167h（利用率低）。
-
第三阶段：基于直流大母线的柔性直流电网
- 方案：不依赖西部交流电网，通过直流大母线汇集多个新能源基地再引出西电东送通道。
- 优势：提升通道利用率（如总弃电10%，通道利用小时数达6000h），摆脱对薄弱交流电网依赖，契合大型基地规模化发展需求。
构建直流大母线的关键技术
- 直流汇集与送出技术：采用全直流汇集（光伏阵列接入中压DC→高压DC→特高压DC），避免交流稳定性问题，相同廊道下汇集容量更大。
- 直流变压技术：隔离型单相MMC DC/DC变换器采用“双分裂链式”结构，实现电压等级变换和故障隔离。
- 多端口直流断路器技术：具备故障限流和快速清除能力，经济性优越，可直接利用直流电网完成充电。
- 直流潮流控制技术：通过级联子模块调节同一直流母线多条线路潮流，模块化且易于扩展。
研究结论
- 核心方案：以“直流大母线”为核心的新型送出架构，通过多新能源基地直流互联网络实现输电资源共享与功率互济，提升通道利用率和经济性，摆脱对西部薄弱交流电网依赖。
- 技术支撑：全直流汇集、直流变压器、多端口断路器、直流潮流控制器等关键技术保障系统安全运行。
- 未来方向：聚焦上述技术开展系统性突破，推动新一代直流电网建设，支撑国家能源战略转型。
