當(dāng)前，“全球能源互聯(lián)網(wǎng)”概念方興未艾，高壓直流輸電技術(shù)研究和工程實踐十分活躍，尤其是在中國、印度、南美、歐盟等。近日，來自12個國家的300多名專家聚焦高壓大功率電力電子器件、直流輸電裝備、常規(guī)高壓/特高壓直流輸電、柔性直流輸電、直流輸電系統(tǒng)與運行、特高壓直流輸電、柔性直流輸電、直流輸電裝備等方向，旨在推薦高壓直流輸電技術(shù)在世界范圍內(nèi)的研究和應(yīng)用。
直流輸電設(shè)備各國百花齊放
目前，我國已經(jīng)全面掌握特高壓直流輸電核心技術(shù)和整套設(shè)備的制造能力，在大電網(wǎng)控制保護、智能電網(wǎng)、清潔能源接入電網(wǎng)等領(lǐng)域取得一批世界級創(chuàng)新成果。目前建立了系統(tǒng)的特高壓與智能電網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系，編制相關(guān)國際標(biāo)準(zhǔn)。特高壓技術(shù)裝備是我國能源領(lǐng)域自主創(chuàng)新、世界首創(chuàng)、擁有國際標(biāo)準(zhǔn)主導(dǎo)權(quán)和較強競爭優(yōu)勢的重大技術(shù)，也是國家創(chuàng)新能力和綜合實力的重要標(biāo)志。
高壓直流輸電技術(shù)在長距離跨區(qū)電能的傳輸、異步電網(wǎng)的互聯(lián)、弱電網(wǎng)的電能輸送等領(lǐng)域開展了廣泛的應(yīng)用，換流閥技術(shù)是高壓直流輸電技術(shù)的關(guān)鍵核心。南瑞集團中電普瑞電力工程有限公司總經(jīng)理查鯤鵬著重介紹了中國高壓直流輸電換流閥技術(shù)及應(yīng)用。目前，高壓直流輸電換流閥技術(shù)分為兩大類，一類是應(yīng)用LCC技術(shù)的換流閥，一類是應(yīng)用VSC技術(shù)的換流閥。查鯤鵬表示，中國在運行中的超高壓/特高壓直流輸電工程大部分應(yīng)用的是LCC技術(shù)的換流閥，現(xiàn)有LCC的換流閥已到達±800千伏/5000安培的技術(shù)指標(biāo)。在現(xiàn)有±800千伏/5000安培技術(shù)的基礎(chǔ)上，將進一步開發(fā)±1100千伏/5500安培與±800千伏/6250安培兩種技術(shù)規(guī)格。VSC換流閥技術(shù)是新一代換流閥技術(shù)，其在新能源并網(wǎng)、海島電網(wǎng)輸電等領(lǐng)域上具備巨大的優(yōu)勢。使用該項技術(shù)的換流閥已經(jīng)在上海南風(fēng)工程、浙江舟山工程、福建廈門工程成功應(yīng)用，未來更高電壓、更大容量的換流閥將在2017年豫鄂背靠背等工程中應(yīng)用。
韓國曉星公司電網(wǎng)部總經(jīng)理鄭宏巨詳細(xì)分析了韓國最近用于風(fēng)電并網(wǎng)的高壓直流輸電工程——20MW的VSC-HVDC項目。該應(yīng)用自2012年開始，由政府組織研究，該項目采用的是MMC技術(shù)。據(jù)介紹，韓國曉星公司還在STATCOM技術(shù)領(lǐng)域開展應(yīng)用，2015年已投入運行了100Mvar容量的STATCOM項目，并計劃于2016年開展應(yīng)用MMC技術(shù)的STATCOM的研發(fā)。
關(guān)于高壓直流輸電技術(shù)中的快速隔離故障，全球能源互聯(lián)網(wǎng)研究院直流輸電技術(shù)研究所所長賀之淵介紹了一種新型直流斷路器，它的主回路由一個機械斷路器及數(shù)個全橋SM模塊組成，旁路回路由數(shù)個SM模塊組成，能量吸收回路主要由避雷器組成。正常運行時電流流經(jīng)主回路，在產(chǎn)生故障電流時主回路SM模塊閉鎖使得故障電流在100至200微秒內(nèi)流經(jīng)旁路回路，當(dāng)主回路電流為零后機械開關(guān)斷開，之后旁路回路SM閉鎖使得直流斷路器兩段電壓上升至壓敏電阻的動作等級，之后完成斷開。
如今，特高壓、大容量的輸電特性對換流變壓器提出了很高的工藝要求，因此采用多端的特高壓直流輸電技術(shù)就成了解決上述問題的一種方案，多端特高壓直流輸電技術(shù)還具備運輸方式多樣、靈活的輸電特點。瑞士ABB中國電網(wǎng)項目開發(fā)經(jīng)理王衛(wèi)國介紹了ABB公司的特高壓多端直流輸電及柔性直流電網(wǎng)的發(fā)展：ABB公司通過逆導(dǎo)IGBT概念形成的雙模式絕緣柵晶體管BIGT技術(shù)會進一步使得VSC換流閥達到3000安培/800千伏的技術(shù)指標(biāo)。目前ABB公司已具備生產(chǎn)525千伏直流電纜的能力，下一步將研發(fā)更大容量的，電壓等級達到600千伏至800千伏的直流電纜。
柔性直流技術(shù)電網(wǎng)升級利器
柔性直流輸電是繼交流輸電、常規(guī)直流輸電后的一種新型直流輸電方式，是目前世界上可控性最高、適應(yīng)性最好的輸電技術(shù)，為電網(wǎng)升級提供了一種有效的技術(shù)手段。
歐洲正大力推進能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型，實現(xiàn)高比例可再生能源的開發(fā)利用。計劃將北海和大西洋的遠海風(fēng)電、芬蘭和挪威的水電、非洲北部的太陽能接入電網(wǎng)，迫切需要新型的輸電技術(shù)。為此，歐洲規(guī)劃了一個基于柔性直流的全新輸電網(wǎng)，用來實現(xiàn)可再生能源的大范圍接納和配置。
在中國，對于柔性直流輸電技術(shù)的探索正在進行。我國西部和東部沿海地區(qū)風(fēng)力資源豐富，未來局部地區(qū)可再生能源發(fā)電比例將超過50%，需要更加靈活的并網(wǎng)技術(shù)。東部和南部沿海島嶼眾多，供電可靠性和質(zhì)量無法滿足人民生活水平提升要求，需要更加高效、可控的輸電技術(shù)。華東和廣東兩大負(fù)荷中心，直流輸電較為集中，連鎖換相失敗故障導(dǎo)致的停電隱患始終存在。因此，我國電網(wǎng)發(fā)展迫切需要柔性直流技術(shù)。
韓國LSIS公司研發(fā)中心高壓直流實驗室主任鐘永豪介紹了基于MMC的柔性直流系統(tǒng)及靈活交流系統(tǒng)的控制平臺。VSC-HVDC技術(shù)現(xiàn)有三種換流閥構(gòu)成方式：兩電平方式、三電平方式與MMC方式。MMC方式相較于前兩種構(gòu)成方式，擁有低頻率開斷、高效率、易擴展、低諧波的特點。環(huán)流部分的控制主要就是考慮三相換流閥臂間的電流平衡與上下橋臂間的電流平衡?？刂葡到y(tǒng)通過使用A/B系統(tǒng)互為備用的方式實現(xiàn)控制系統(tǒng)的冗余能力。通過應(yīng)用支持IEC標(biāo)準(zhǔn)的工具，可以記錄與監(jiān)控運行數(shù)據(jù)并構(gòu)建數(shù)據(jù)庫。
對于直流電網(wǎng)的保護，與會專家認(rèn)為主要存在四種挑戰(zhàn)：其一是故障電流的上升速率很高，基本上在10毫秒內(nèi)其將達到穩(wěn)態(tài)水平；其二是穩(wěn)態(tài)故障電流幅值將會達到10倍的額定電流值；其三是故障電流是單極性的，因此不存在過零點，這樣將導(dǎo)致故障電流很難被消除；其四是對于快速切除故障電流能力的要求非常高，基本上需要在5毫秒內(nèi)將其切除，否則將會對設(shè)備安全造成威脅。
談及直流電網(wǎng)的控制及保護故障策略，浙江大學(xué)教授徐政提出兩種方式的保護邏輯，其一是常規(guī)策略，通過診斷故障區(qū)域然后將其切除，這種方式可能造成故障電流等級非常大；其二是就地診斷與動作，其原理是如果在直流斷路器區(qū)域與換流閥區(qū)域偵測到數(shù)倍的額定電流，則直流斷路器與換流閥將不再需要保護信號迅速動作，斷開斷路器、閉鎖換流閥，以此降低開斷電流的等級。
對于交直流系統(tǒng)對直流電網(wǎng)保護設(shè)計的功能性要求，比利時魯汶大學(xué)教授德德克˙萬赫頓認(rèn)為，直流電網(wǎng)是一個非常好的供電解決方案，將會成為未來的一種發(fā)展趨勢。交流電網(wǎng)的保護可以做到有選擇性地隔離故障區(qū)域，當(dāng)主保護未能正確動作時后備保護，確保故障被隔離，整個過程將在60~200毫秒內(nèi)完成。直流電網(wǎng)保護的需求可以在交流電網(wǎng)保護需求的基礎(chǔ)上建立，同時需要考慮電網(wǎng)對頻率波動、功率損耗的接受能力。
直流國際標(biāo)準(zhǔn)前沿參與者制定
隨著特高壓輸電技術(shù)的發(fā)展以及在中國、日本、印度等國家的應(yīng)用，有關(guān)特高壓領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)受到國際大電網(wǎng)委員會（CIGRE）的高度關(guān)注。
不同國家對特高壓技術(shù)有自己的不同標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)之差是否會阻礙特高壓技術(shù)“走出去”？CIGRE直流輸電與電力電子專委會前主席馬西奧˙塞茨特曼表示，在一項新技術(shù)或新解決方案初面世的時候，通常是以本土為基礎(chǔ)去嘗試、發(fā)展。隨著技術(shù)的成熟，它可能會被引入新的市場。但是，標(biāo)準(zhǔn)不會自己產(chǎn)生，必然需要開路者的存在，需要新技術(shù)開發(fā)的探路者引領(lǐng)。
韓國是世界上最早采用智慧能源、清潔能源的國家之一，已經(jīng)打造了智能電網(wǎng)、儲能系統(tǒng)和微電網(wǎng)等先進的智慧能源平臺?！昂推渌麌蚁啾?，韓國土地資源匱乏，很多線路采取地下排管，造成線路環(huán)境比較潮濕，容易造成腐蝕。帶金屬回線的500千伏雙極高壓直流輸電系統(tǒng)有效地解決了這個問題，不僅環(huán)保，而且對于土壤污染比較小。”韓國電氣學(xué)會副會長李東尹表示，基于這個設(shè)計，韓國的電塔高度下降了25%。這套系統(tǒng)在土地資源匱乏、不易開發(fā)的地區(qū)前景廣闊。
近年來，我國特高壓建設(shè)為電工裝備制造業(yè)發(fā)展提供了機遇，大范圍的特高壓電網(wǎng)建設(shè)推動中國電力裝備優(yōu)化升級，走出國門，大幅提升了我國在國際電工領(lǐng)域的影響力和話語權(quán)，實現(xiàn)了“中國創(chuàng)造”和“中國引領(lǐng)”。
國家電網(wǎng)公司直流建設(shè)部副主任王紹武表示，我國在特高壓直流輸電領(lǐng)域取得了舉世矚目的成績。向家壩—上?！?00千伏特高壓直流輸電示范工程，在輸送容量、送電距離、技術(shù)水平、電壓等級等方面均達到了當(dāng)時的世界之最。溪洛渡左岸—浙江金華±800千伏特高壓直流輸電工程在輸送容量、技術(shù)應(yīng)用等方面再次創(chuàng)國際領(lǐng)先水平。在繼承原有技術(shù)水平的基礎(chǔ)之上，我國在更高電壓等級±1100千流輸電和特高壓直流接入特高壓交流方面取得持續(xù)性的突破。
目前，世界上電壓等級最高、輸送容量最大、輸送距離最遠、技術(shù)水平最先進的特高壓輸電工程——昌吉—古泉±1100千伏特高壓直流輸電工程換流站已開工建設(shè)。全球能源互聯(lián)網(wǎng)研究院直流輸電技術(shù)研究所特高壓室主任高沖特別介紹了該工程中的核心設(shè)備“±1100千伏特高壓直流輸電換流閥”的研制。該項目2012年立項，經(jīng)過3年努力，項目組研究攻克了高電氣應(yīng)力下的寄生參數(shù)提取、過電壓分布計算、多重閥試驗實施等難題，成功研制出世界首個±1100千伏/5500安培特高壓直流換流閥樣機，并完成試驗?zāi)芰ㄔO(shè)。根據(jù)我國電網(wǎng)的發(fā)展趨勢，特高壓直流輸電技術(shù)在遠距離輸電、大容量傳輸以及電網(wǎng)互聯(lián)方面有著顯著優(yōu)勢。特高壓直流換流閥作為特高壓直流輸電的核心設(shè)備，是實現(xiàn)交直流電轉(zhuǎn)換的核心功能單元，這一成果進一步鞏固了我國在國際直流輸電領(lǐng)域的技術(shù)引領(lǐng)地位，為±1100千伏超大輸送容量直流工程的實施和推廣奠定了技術(shù)基礎(chǔ)，將促進我國電力能源優(yōu)化配置和智能電網(wǎng)發(fā)展，對構(gòu)建全球能源互聯(lián)網(wǎng)提供技術(shù)支持。
