一文說盡柔性直流輸電技術、虛擬同步機技術和調相機技術等智能電網(wǎng)技術
“如今說起讓國人引以為豪的高科技,大家會立刻想到載人航天技術、高鐵技術……
要說起讓電網(wǎng)人自豪的電力技術,除了特高壓、智能電網(wǎng),你還能想到什么?
”近年來,隨著風電、光伏發(fā)電等新能源的大規(guī)模開發(fā)利用,以及特高壓交直流技術的快速發(fā)展,我國的電源、電網(wǎng)特性都發(fā)生了變化較大。
為了適應我國電網(wǎng)發(fā)展的新變化,確保大電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行,國家電網(wǎng)的科研人員一直在努力,研發(fā)了很多“高大上”的電網(wǎng)新技術,可以說這些技術是當今世界最“牛”的電力技術!
那么這些“高大上”的新技術,到底“牛”在哪兒,有多神奇呢?
下面,小編就用為你揭秘這些世界最前沿的電力技術。
NO.1 柔性直流輸電技術
先來看看它都有哪些令人羨慕的頭銜——
◆“21世紀最為振奮人心的輸電技術革命”
◆“電力電子技術皇冠上的寶石”
◆“輸電技術新生代中的‘戰(zhàn)斗機’”
不僅有著一堆令人羨慕的頭銜,前一段時間它還走出國門,代表國家電網(wǎng)去為英國人民建設電網(wǎng)呢。
何為柔性直流技術?
柔性直流是繼交流、常規(guī)直流之后,以電壓源換流器為核心的新一代直流輸電技術,是目前世界上可控性最高、適應性最好的輸電技術。 適用于可再生能源并網(wǎng)、分布式發(fā)電并網(wǎng)、孤島供電、城市配電網(wǎng)的增容改造等。
柔直技術“柔”在哪里?
所謂柔性,主要指運行控制靈活、智能化程度高。在傳統(tǒng)的輸電技術下,比如要解決分散海島供電問題,一般采用大投入的“剛性”辦法,建大跨度的跨海輸電線路,或者干脆在海島上建大電廠。但這樣的剛性大投入不經(jīng)濟,且也難以接納海島已有的風力發(fā)電等新能源。柔性直流輸電技術則能提升電力系統(tǒng)穩(wěn)定性,增強系統(tǒng)對清潔能源的消納能力,提高配電網(wǎng)可靠性和靈活性,就像個太極高手,具有“以柔克剛”的本領。如果說特高壓直流像大飛機,容量大、效率高、距離遠,柔性直流就像直升機,靈活、便捷。
比傳統(tǒng)輸電工程強 在哪?
與傳統(tǒng)直流相比:
與傳統(tǒng)直流相比,柔性直流的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在孤島供電、多端互聯(lián)、無功功率控制等方面。如在孤島供電中,常規(guī)直流輸電是點對點單向輸電,不能向沒有電源點的電網(wǎng)送電,就像沒有港口大船難以靠岸,不能有效解決孤島供電問題。采用柔直輸電技術,意味著在沒有港口的島嶼之間開行了登陸艇,可實現(xiàn)電能靈活雙向調配,直接向無電源電網(wǎng)供電,分布在分散海島上的風電電能,也能及時聯(lián)網(wǎng)送出。在有功和無功控制方面,如果將有功功率和無功功率比作淋浴房中的熱水管和冷水管,柔性直流輸電技術就相當于水管中的水泵,可靈活調解冷水和熱水的流向、水量、比例等,可以對有功和無功功率進行獨立控制。
與交流輸電相比:
柔性直流的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在長距離輸電、可再生能源消納、異步聯(lián)網(wǎng)等方面。如在長距離電纜輸電中,交流電纜越長,電能損耗越高,輸送的有效電能越少,就像燒好的開水沿著管子往外送,管子越長,水溫越低,末端用戶就用不上熱水了;柔性直流則相當于一根保溫管,即使到末端用戶,水溫都是恒定的。
更為重要的是,柔性直流輸電可攜帶來自多個站點的風能、太陽能等清潔能源,通過大容量、長距離的電力傳輸通道,到達多個城市的負荷中心,這為新能源并網(wǎng)、大城市供電等領域提供了一種有效的解決方案。
成 果
◆2011年,我國投運亞洲首個具有自主知識產(chǎn)權的柔直工程——上海南匯風電場柔直工程
◆2014年,建設世界首個五端柔直工程——浙江舟山五端柔直工程
◆2015年,建設廈門±320千伏柔性直流輸電科技示范工程
◆2017年2月,張北可再生能源±500千伏柔直示范工程設計啟動
NO.2 虛擬同步機技術
清潔能源發(fā)展迅速,但在很長一段時期內(nèi),仍需要追蹤同步電網(wǎng),實現(xiàn)其即插即用與自主協(xié)調運行。如何保證這些新接入的分布式能源與電力系統(tǒng)兼容成為當務之急。
100多年以來,電力系統(tǒng)的規(guī)模不斷變大,這主要歸功于同步發(fā)電機的同步機制。一般說來,分布式電源主要通過并網(wǎng)逆變器接入電網(wǎng)。并網(wǎng)逆變器必須轉換為電壓控制,難以實現(xiàn)無縫切換。如果能使并網(wǎng)逆變器具有類似同步發(fā)電機的運行特性,那么必將大幅提升分布式發(fā)電的并網(wǎng)安全性與運行適應性。
虛擬同步機正是這樣一種技術,它使得并網(wǎng)逆變器能夠模擬同步發(fā)電機的運行機理、功率調節(jié)等特性,從而能夠促進風電、光伏發(fā)電上網(wǎng)的穩(wěn)定性、安全性,防止脫網(wǎng);對電網(wǎng)有天然友好性,可實現(xiàn)全網(wǎng)唯一頻率運行,真正實現(xiàn)“同步”。
目前國家電網(wǎng)公司規(guī)劃在張北風光儲輸基地開展示范工程建設,建設世界容量最大的虛擬同步機示范工程。計劃于2017年年底建成。
NO.3 調相機技術
隨著我國特高壓直流的快速發(fā)展、清潔能源的大規(guī)模開發(fā),部分地區(qū)動態(tài)無功儲備下降、電壓支撐不足的問題愈發(fā)突出,電壓穩(wěn)定問題成為大電網(wǎng)安全穩(wěn)定的主要問題之一。這客觀要求直流大規(guī)模有功輸送,必須匹配大規(guī)模動態(tài)無功,即“大直流輸電、強無功支撐”。為提高電網(wǎng)動態(tài)無功補償能力,需要在電網(wǎng)中加裝調相機等動態(tài)無功設備,提高電網(wǎng)動態(tài)無功補償能力。
與我國上世紀裝設的調相機不同,當前電網(wǎng)企業(yè)研制的調相機有了很大創(chuàng)新。目前研制的新型調相機具備大容量、少維護的特點,同時其無功補償能力和過載能力相比傳統(tǒng)調相機大大提高,是提升電網(wǎng)運行安全性、滿足系統(tǒng)穩(wěn)定要求的新一代設備。
目前國家電網(wǎng)公司已規(guī)劃在多個特高壓直流工程送受端換流站或近區(qū)電網(wǎng),以及北京、西藏地區(qū)電網(wǎng)加裝多臺調相機,以滿足系統(tǒng)動態(tài)無功需求。以華東電網(wǎng)為例,在長三角地區(qū)加裝多臺調相機,可有效減少多回直流同時換相失敗的概率。
NO.4 統(tǒng)一潮流控制器(UPFC)
統(tǒng)一潮流控制器(UnifiedPowerFlowController,UPFC)可針對常規(guī)電網(wǎng)建設、改造和運行中難以解決的潮流控制、供電能力提升等難題,通過大功率電力電子技術的應用,使電網(wǎng)潮流由自然分布轉變?yōu)橹悄芑`活控制,在保持現(xiàn)有網(wǎng)架結構不變、不新建輸電通道的前提下,有效解決上述難題。
通俗地說,UPFC裝置加裝于電網(wǎng)后,相當于給其安裝了可調節(jié)電流通過的“紅綠燈”,以點帶面,實現(xiàn)對電力潮流的精準控制,充分挖掘現(xiàn)有電網(wǎng)的輸電能力,實現(xiàn)對電力傳輸?shù)闹悄苷{控,可大幅提升現(xiàn)有資源條件下的供電能力,保證用電負荷安全穩(wěn)定供給,有效減少用電高峰居民停電(這和我們的生活息息相關)。
NO.5 半波長技術
我國的一次能源基地與負荷中心相距甚遠,如新疆煤電基地、西藏水電基地到東部負荷中心的距離約3000公里。對超遠距離、超大容量的電力輸送,半波長輸電技術具有經(jīng)濟性和穩(wěn)定性等優(yōu)勢,是一種可行的解決方案。
由電路原理可知,輸電本質上是波的傳播過程。當線路足夠長時,在傳輸功率極限和沿線電壓分布等方面會出現(xiàn)許多與常規(guī)輸電線路不同的特性。
半波長輸電正是根據(jù)交流線路長度等于一個工頻半波,即3000公里(50赫茲)時,輸送功率極限可以達到無窮大這一特性而確定的輸電方式(適用于理想的無損線路)。
半波長技術可用于點對網(wǎng)遠距離大容量輸電,無需安裝無功補償設備,全線無需設置中間開關站,可以和直流輸電系統(tǒng)一樣實現(xiàn)點對點或點對網(wǎng)輸電,但在輸電距離方面不如直流輸電靈活。半波長技術還可用于送端電網(wǎng)與受端電網(wǎng)之間的聯(lián)網(wǎng)。此外,可利用半波長線路進行“立體電網(wǎng)”構建。“立體電網(wǎng)”可極大改變電網(wǎng)形態(tài),大大縮短落點之間的電氣距離,顯著改變同步電網(wǎng)的結構,明顯改善同步電網(wǎng)的穩(wěn)定性。