一文說盡柔性直流輸電技術(shù)、虛擬同步機(jī)技術(shù)和調(diào)相機(jī)技術(shù)等智能電網(wǎng)技術(shù)

“如今說起讓國人引以為豪的高科技，大家會(huì)立刻想到載人航天技術(shù)、高鐵技術(shù)……

要說起讓電網(wǎng)人自豪的電力技術(shù)，除了特高壓、智能電網(wǎng)，你還能想到什么?

”近年來，隨著風(fēng)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(shù)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(yīng)我國電網(wǎng)發(fā)展的新變化，確保大電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)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(shù)，可以說這些技術(shù)是當(dāng)今世界最“牛”的電力技術(shù)!

那么這些“高大上”的新技術(shù)，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(shù)。

NO.1 柔性直流輸電技術(shù)

先來看看它都有哪些令人羨慕的頭銜——

◆“21世紀(jì)最為振奮人心的輸電技術(shù)革命”

◆“電力電子技術(shù)皇冠上的寶石”

◆“輸電技術(shù)新生代中的‘戰(zhàn)斗機(jī)’”

不僅有著一堆令人羨慕的頭銜，前一段時(shí)間它還走出國門，代表國家電網(wǎng)去為英國人民建設(shè)電網(wǎng)呢。

何為柔性直流技術(shù)?

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(shù)，是目前世界上可控性最高、適應(yīng)性最好的輸電技術(shù)。 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(shù)“柔”在哪里?

所謂柔性，主要指運(yùn)行控制靈活、智能化程度高。在傳統(tǒng)的輸電技術(shù)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(jì)，且也難以接納海島已有的風(fēng)力發(fā)電等新能源。柔性直流輸電技術(shù)則能提升電力系統(tǒng)穩(wěn)定性，增強(qiáng)系統(tǒng)對(duì)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(gè)太極高手，具有“以柔克剛”的本領(lǐng)。如果說特高壓直流像大飛機(jī)，容量大、效率高、距離遠(yuǎn)，柔性直流就像直升機(jī)，靈活、便捷。

比傳統(tǒng)輸電工程強(qiáng) 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(diǎn)對(duì)點(diǎn)單向輸電，不能向沒有電源點(diǎn)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(shù)，意味著在沒有港口的島嶼之間開行了登陸艇，可實(shí)現(xiàn)電能靈活雙向調(diào)配，直接向無電源電網(wǎng)供電，分布在分散海島上的風(fēng)電電能，也能及時(shí)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(shù)就相當(dāng)于水管中的水泵，可靈活調(diào)解冷水和熱水的流向、水量、比例等，可以對(duì)有功和無功功率進(jìn)行獨(dú)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(dāng)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(gè)站點(diǎn)的風(fēng)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(dá)多個(gè)城市的負(fù)荷中心，這為新能源并網(wǎng)、大城市供電等領(lǐng)域提供了一種有效的解決方案。

成 果

◆2011年，我國投運(yùn)亞洲首個(gè)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的柔直工程——上海南匯風(fēng)電場柔直工程

◆2014年，建設(shè)世界首個(gè)五端柔直工程——浙江舟山五端柔直工程

◆2015年，建設(shè)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(shè)計(jì)啟動(dòng)

NO.2 虛擬同步機(jī)技術(shù)

清潔能源發(fā)展迅速，但在很長一段時(shí)期內(nèi)，仍需要追蹤同步電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)其即插即用與自主協(xié)調(diào)運(yùn)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(dāng)務(wù)之急。

100多年以來，電力系統(tǒng)的規(guī)模不斷變大，這主要?dú)w功于同步發(fā)電機(jī)的同步機(jī)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(zhuǎn)換為電壓控制，難以實(shí)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(jī)的運(yùn)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(yùn)行適應(yīng)性。

虛擬同步機(jī)正是這樣一種技術(shù)，它使得并網(wǎng)逆變器能夠模擬同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行機(jī)理、功率調(diào)節(jié)等特性，從而能夠促進(jìn)風(fēng)電、光伏發(fā)電上網(wǎng)的穩(wěn)定性、安全性，防止脫網(wǎng);對(duì)電網(wǎng)有天然友好性，可實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)唯一頻率運(yùn)行，真正實(shí)現(xiàn)“同步”。

目前國家電網(wǎng)公司規(guī)劃在張北風(fēng)光儲(chǔ)輸基地開展示范工程建設(shè)，建設(shè)世界容量最大的虛擬同步機(jī)示范工程。計(jì)劃于2017年年底建成。

NO.3 調(diào)相機(jī)技術(shù)

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(dòng)態(tài)無功儲(chǔ)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(dòng)態(tài)無功，即“大直流輸電、強(qiáng)無功支撐”。為提高電網(wǎng)動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償能力，需要在電網(wǎng)中加裝調(diào)相機(jī)等動(dòng)態(tài)無功設(shè)備，提高電網(wǎng)動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償能力。

與我國上世紀(jì)裝設(shè)的調(diào)相機(jī)不同，當(dāng)前電網(wǎng)企業(yè)研制的調(diào)相機(jī)有了很大創(chuàng)新。目前研制的新型調(diào)相機(jī)具備大容量、少維護(hù)的特點(diǎn)，同時(shí)其無功補(bǔ)償能力和過載能力相比傳統(tǒng)調(diào)相機(jī)大大提高，是提升電網(wǎng)運(yùn)行安全性、滿足系統(tǒng)穩(wěn)定要求的新一代設(shè)備。

目前國家電網(wǎng)公司已規(guī)劃在多個(gè)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(tái)調(diào)相機(jī)，以滿足系統(tǒng)動(dòng)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(tái)調(diào)相機(jī)，可有效減少多回直流同時(shí)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(duì)常規(guī)電網(wǎng)建設(shè)、改造和運(yùn)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(shù)的應(yīng)用，使電網(wǎng)潮流由自然分布轉(zhuǎn)變?yōu)橹悄芑`活控制，在保持現(xiàn)有網(wǎng)架結(jié)構(gòu)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(dāng)于給其安裝了可調(diào)節(jié)電流通過的“紅綠燈”，以點(diǎn)帶面，實(shí)現(xiàn)對(duì)電力潮流的精準(zhǔn)控制，充分挖掘現(xiàn)有電網(wǎng)的輸電能力，實(shí)現(xiàn)對(duì)電力傳輸?shù)闹悄苷{(diào)控，可大幅提升現(xiàn)有資源條件下的供電能力，保證用電負(fù)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(guān))。

NO.5 半波長技術(shù)

我國的一次能源基地與負(fù)荷中心相距甚遠(yuǎn)，如新疆煤電基地、西藏水電基地到東部負(fù)荷中心的距離約3000公里。對(duì)超遠(yuǎn)距離、超大容量的電力輸送，半波長輸電技術(shù)具有經(jīng)濟(jì)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(zhì)上是波的傳播過程。當(dāng)線路足夠長時(shí)，在傳輸功率極限和沿線電壓分布等方面會(huì)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(gè)工頻半波，即3000公里(50赫茲)時(shí)，輸送功率極限可以達(dá)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(shù)可用于點(diǎn)對(duì)網(wǎng)遠(yuǎn)距離大容量輸電，無需安裝無功補(bǔ)償設(shè)備，全線無需設(shè)置中間開關(guān)站，可以和直流輸電系統(tǒng)一樣實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)或點(diǎn)對(duì)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(shù)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(jìn)行“立體電網(wǎng)”構(gòu)建。“立體電網(wǎng)”可極大改變電網(wǎng)形態(tài)，大大縮短落點(diǎn)之間的電氣距離，顯著改變同步電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)，明顯改善同步電網(wǎng)的穩(wěn)定性。