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五端柔性直流:打造舟山智慧电网
  • 目前,舟山主网通过两回220千伏交流线路、三回110千伏交流线路与浙江大陆电网相联,本岛还拥有装机容量为56万千瓦的电源。舟山供电秉承“本岛平衡为主,大陆受电为辅”的原则,由本地电源与浙江电网共同供电。

    舟山是个群岛城市,1390个岛屿星罗棋布。作为全国第4个国家级新区、首个群岛新区,舟山群岛新区的建设已上升至国家发展战略层面。

    经济发展,电力先行。目前,舟山主网通过两回220千伏交流线路、三回110千伏交流线路与浙江大陆电网相联,本岛还拥有装机容量为56万千瓦的电源。舟山供电秉承“本岛平衡为主,大陆受电为辅”的原则,由本地电源与浙江电网共同供电。

    尽管如此,一旦大陆供电出现状况,仍然会极大影响到舟山供电。1月5日和6日,220千伏舟山与大陆联网工程宁波段两条线路因覆冰严重先后跳闸、断线。受此影响,舟山主电网仅靠110千伏舟山与大陆联网工程双回线路、110千伏六横至宁波北仑线路和舟山电厂供电(当时舟山电厂二号发电机组正在检修),供电能力和可靠性大幅下降。1月9日,舟山全市用电缺口达到30万千瓦,占舟山电网实际负荷需求三分之一以上,全市紧急启动有序用电方案。“这种"殃及池鱼"的缺电我们不希望再发生了,建设智能海岛电网真的迫在眉睫!”舟山电力局调控中心负责人语气恳切地说。

     而在市内,受海岛地理条件限制,各岛屿呈链式分布,与舟山本岛电网联系较弱且岛内无大的电源支持,运行灵活性和供电可靠性较差。而且,舟山诸岛拥有丰富的风力、太阳能资源且已列入开发规划,风电、光伏发电的间歇性和波动性也对电网提出了新的要求。受网架规模限制,舟山电网对风电等分布式电源接入的适应性较差,容纳能力有限,亟须引进先进的输配电技术。

     “柔性直流适用于电压等级与用电负荷不太高的地区,从舟山电网的实际看,是建设、验证多端柔性直流输电技术的理想场所。”舟山电力局调控中心负责人说,舟山电网目前最高电压等级为220千伏,去年最高负荷为78万千瓦,平常用电负荷为五六十万千瓦,±200千伏的直流电压与舟山电网实际较为配套。

     综合分析柔性直流输电技术与舟山电网的实际后,国家电网公司相关专家认为,多端柔性直流工程落户舟山是科学合理的选择,也将为柔性直流输电的大规模推广起到良好示范作用。

     可以想见,这项工程建成后,舟山将形成北部主要岛屿间的直流输电网络,增强网架结构,提高供电可靠性,提升电网的科技含量和智能化水平,为风能、太阳能等清洁能源开发打下坚实的基础。

      与常规交直流输电相比有何优势?

     柔性直流为何能在与常规直流输电、交流输电的比选中脱颖而出,成为舟山地区坚强网架结构的理想选择?

     据介绍,该技术是以电压源换流器为核心的新一代直流输电技术,具有响应速度快、可控性好、运行方式灵活等特点,适用于可再生能源并网、分布式发电并网、孤岛供电等。

     “最主要的是柔性直流的开关器件可以控制导通,也可以控制关断,实现了有功功率与无功功率的独立控制。”舟山电力局海洋输电研究中心的陈国志博士说。他形象地比喻道,柔性直流相当于在电网中接入了一个阀门,可以有效地控制其上面通过的电能,隔离电网故障的扩散,还能根据电网需求,快速、灵活、可调地接收或者隔离一部分电能,从而优化电网的潮流分布,提高电网稳定性和可控性。

      与常规直流相比,柔性直流的优势主要体现在孤岛供电、有功功率与无功功率控制等方面。比如在孤岛供电中,常规直流必须要有发电机组之类的电源点;柔性直流只需设备启动的电源即可,无需额外建设配套电源。在有功功率和无功功率控制方面,常规直流只能控制有功功率,不能控制无功功率;柔性直流既可以控制有功功率,又可以控制无功功率。“如果将有功功率和无功功率比作淋浴房中的热水管和冷水管,常规直流可以控制热水管,却只能任由冷水管固定地进水;柔性直流可以自如地调解冷水和热水的流向、水量、比例等,灵活性大幅提升。”舟山电力局海洋输电研究中心综合技术办公室主任郑新龙说。

    而与交流输电相比,柔性直流的优势主要体现在长距离输电、新能源消纳等方面。在长电缆线路输电中,交流电缆越长,电能损耗越多,输送的有效电能就越少;柔性直流则相当于一根“保温管”,尽管也有电能损耗,但与等距离的交流相比却少得多。在新能源接纳方面,柔性直流的灵活性更强,对冲击负荷的承受能力更强。如一台正在运行的电器,交流输电在消纳间歇性能源并网或应对冲击性负荷时,因其不稳定性,往往会因为电压不稳带来隐患,而柔性直流在消纳时则较为平稳,设备受损的几率明显降低。

      集多重优势于一身的多端柔性直流工程,落户正在如火如荼建设中的舟山群岛新区,将解决舟山群岛电网发展中的诸多难题。

      此项工程凭什么“独步天下”?

      世界上第一个五端柔性直流工程,当今世界电力电子技术应用领域的制高点,智能电网的关键技术……如此多的标签,足以表明舟山多端柔性直流工程的非比寻常,同样也意味着建设任务的艰巨。

      “该工程由五个换流站及其相互联结的各直流输电线路组成的高压直流输电系统,能够实现多电源供电、多落点受电,提供一种更为灵活、快捷的输电方式。”陈国志说,当发生交流侧故障时,多端柔性直流输电系统可以通过故障换流站退运,以达到新的稳定运行状态。

      舟山多端柔性直流工程最能代表世界水平的是,多端换流站之间的功率及电压协调控制技术,实现功率在各换流站之间的灵活调配;通过多端柔性直流拓扑结构设计,实现工程的整体技术经济指标最优,即工程换流站和海缆线路的投资与运行成本最低,带来的效益最好;多端系统运行方式、控制和保护策略等技术,提出多端柔性直流输电系统故障分析方法和不同时间尺度下多端柔性直流系统解析数学建模方法,解决直流线路故障的隔离和系统的稳定问题;解决海岛电网的风能等间歇性能源并网问题、多端联网带来的系统绝缘配合及系统联调等技术问题。

      没有先例可循,一切只能摸着石头过河。“建设过程中最大的难关是新设备、新技术较多,设计、研制压力大。”该工程相关负责人说,主要设备及控制保护系统国内均处于起步状态,为进一步完善新技术的论证,保证主要设备研发制造时间,需尽快确定设计单位及重要物资供应商,为加快推进项目创造有利条件。此外,站区地质条件差、建设管理工作量大等客观困难,在建设进程中也需耗费大量精力去克服。

      不积跬步,无以至千里;不积小流,无以成江海。世界首个五端柔性直流输电示范工程已在舟山吹响了“集结号”,各参建单位必将全力以赴,力争按时动工、按时投运。

      舟山多端柔性直流输电工程采用±200千伏直流电压,分别在定海、岱山、衢山、洋山、泗礁各建设一座换流站,容量分别为40万千瓦、30万千瓦、10万千瓦、10万千瓦、10万千瓦;建设直流输电线路141千米,220千伏交流输电线路22.5千米,110千伏交流输电线路15.2千米。

      编辑:Harris
      
      

    目前,舟山主网通过两回220千伏交流线路、三回110千伏交流线路与浙江大陆电网相联,本岛还拥有装机容量为56万千瓦的电源。舟山供电秉承“本岛平衡为主,大陆受电为辅”的原则,由本地电源与浙江电网共同供电。