Технология передачи сверхвысокого напряжения вступает в новую эру гибкого постоянного тока

Масштабная передача чистой энергии – первоочередная задача, которую предстоит решить в новой энергосистеме

Существует «линия Ху Хуанюн» в области распределения чистой энергии и спроса на электроэнергию в моей стране. Из-за таких факторов, как климат, развитие производительности, историческая политическая экономия и другие факторы, экономическое развитие регионов нашей страны несбалансировано. «Линия Ху Хуанюн» (также известная как линия Хэйхэ-Тэнчун), предложенная в 1935 году, является типичным описанием этого явления: территория к востоку от линии Ху Хуанюн занимает около 36 процентов территории страны и занимает более 95 процентов. населения страны (по данным 1930-х гг. на тот момент). Существует также «линия Hu Huanyong» в сфере распределения чистой энергии и спроса на электроэнергию в Китае. К востоку от линии Ху Хуанюн потребляется 86,5% электроэнергии, а к западу — всего 13,5%. Однако с точки зрения распределения чистой энергии из распределения ресурсов ветра и света в Китае видно, что запад от линии Ху Хуанюн намного выше, чем к востоку от линии Ху Хуанюн. За исключением оффшорных ветроэнергетических ресурсов, другие высококачественные ветровые ресурсы находятся далеко от районов с интенсивными нагрузками и имеют огромные потребности в развертывании энергии.

Оффшорная ветроэнергетика является важным источником экологически чистой энергии на побережье, и в настоящее время это тенденция к тому, чтобы выходить на берег и расширяться. Оффшорная ветроэнергетика Китая быстро развивается. В 2020 году установленная мощность оффшорной ветроэнергетики в Китае достигнет 3,1 ГВт, впервые обогнав Европу и став крупнейшим в мире рынком оффшорной ветроэнергетики, а новая установленная мощность превысит половину от общей мировой. В 2021 году мощность вновь установленных морских ветряных электростанций в Китае составит 16,9 ГВт, что является рекордно высоким показателем. Однако с отменой государственных субсидий на оффшорную ветроэнергетику в 2022 году оффшорная ветроэнергетика вступит в эпоху паритета, а установленная мощность вернется к нормальному уровню. Оффшорная ветровая энергия находится близко к центру нагрузки, что способствует потреблению, а мощность оффшорной ветровой энергии относительно стабильна, а часы использования высоки. Это лучшая экологически чистая энергия в прибрежных районах. Согласно планированию оффшорной ветроэнергетики в Гуандуне, Цзянсу и других местах, в сочетании с тенденцией развития зарубежной оффшорной ветроэнергетики, общей тенденцией являются глубоководные и крупномасштабные.

UHV DC — лучшее решение для крупномасштабной передачи электроэнергии в регионах

UHV включает передачу UHV переменного тока и UHV постоянного тока. UHV AC относится к проектам передачи переменного тока с уровнем напряжения 1000 кВ, а UHVDC относится к проектам передачи постоянного тока с уровнем напряжения ± 800 кВ и выше. Технические принципы и логика развития у них совершенно разные. UHV DC — это типичный проект передачи электроэнергии от точки к сети. Его основной принцип заключается в использовании клапана преобразователя для преобразования мощности переменного тока в мощность постоянного тока, а затем преобразования мощности постоянного тока в мощность переменного тока после транспортировки к месту назначения, а затем подключения к электросети переменного тока. Основное назначение – передача электрической энергии. В дополнение к передаче электроэнергии сверхвысокое напряжение переменного тока также выполняет роль улучшения структуры сети и повышения ее стабильности. Технология передачи постоянного тока — это технология передачи энергии, основанная на технологии силовой электроники. Благодаря преимуществам простой топологии, простоты преобразования напряжения и низкой стоимости оборудования, передача переменного тока стала наиболее часто используемой технологией передачи электроэнергии в странах по всему миру, и она по-прежнему является наиболее важной частью энергосистемы Китая. Технология передачи постоянного тока — это технический путь, разработанный вместе с рождением технологии силовой электроники.

В соответствии с различными силовыми электронными устройствами и функциями его можно разделить на два маршрута: обычный постоянный ток (LCC) и гибкий постоянный ток (VSC):

(1) Обычный постоянный ток (LCC) — это технология передачи постоянного тока, в которой используются полууправляемые силовые электронные компоненты, такие как тиристоры, в качестве основных компонентов вентиля преобразователя. Его преимуществами являются большая пропускная способность и низкая стоимость, но для этого требуется сильная поддержка сети переменного тока. Количество гармоник велико, и реактивная мощность должна поглощаться из сети, поэтому необходимо настроить большое количество оборудования для фильтрации постоянного и переменного тока.

(2) Гибкий постоянный ток (VSC) — это технология передачи постоянного тока, в которой используются полностью управляемые силовые электронные компоненты, такие как IGBT, в качестве основных компонентов вентиля преобразователя. Его преимущество заключается в том, что он может формировать переменный ток, очень близкий к стандартной синусоидальной волне, благодаря модульной многоуровневой технологии, а активную и реактивную мощности можно регулировать независимо без фильтрующего оборудования или поддержки сети переменного тока. Недостатком является то, что стоимость высока, а пропускная способность мала.

С точки зрения передачи электроэнергии на большие расстояния СВН постоянного тока имеет очевидные преимущества перед СВН переменного тока: общая схема раздельной работы энергосистемы моей страны не изменится. Эксплуатацию энергосистемы моей страны осуществляют три основных оператора: Государственная электросетевая корпорация Китая, Китайская южная электросетевая корпорация и Электроэнергетическая компания Внутренней Монголии. Существует 7 региональных синхронных электрических сетей, и между региональными электрическими сетями существует лишь слабая связь, и большая часть производства и потребления электроэнергии производится в регионе.

По данным Китайского совета по электроэнергетике, в 2021 году по регионам страны будет передано 687,6 млрд киловатт-часов электроэнергии, что составляет лишь около 8,3 процента от потребления электроэнергии всего общества, а связи между регионами относительно невелики. слабый. Расширение электросети переменного тока может привести к тому, что риск электросети возрастет, а не упадет. Согласно «Консультативному заключению по исследованию моделей будущих электросетей моей страны (2020)» Китайской инженерной академии 2018 г., мы должны продолжать придерживаться структуры с шестью основными региональными энергосетями в качестве основного органа (инвестиционный проект Чунцин-Хубэй 2019 г.). После транспортировки Юго-Западная энергосистема и Центрально-китайская энергосистема будут разделены). Поэтому СВН переменного тока не может передавать мощность между регионами, а может играть роль только в конкретных ситуациях, таких как наличие качественных ветровых и солнечных ресурсов и большой спрос на электроэнергию в одной энергосистеме, а также расстояние между двумя является относительно длинным.

Передача постоянного тока является лучшим региональным подключением к сети. Однако из-за различий в обеспеченности ресурсами между регионами моя страна имеет относительно большой спрос на межрегиональную передачу электроэнергии. Передача постоянного тока имеет следующие три преимущества, что делает ее лучшим решением для межрегиональной передачи электроэнергии:

(1) Передача постоянного тока отличается исключительной экономичностью при передаче электроэнергии на большие расстояния. Стоимость подстанций с преобразователем постоянного тока выше, чем у подстанций переменного тока, но поскольку передача постоянного тока не имеет скин-эффекта и зарядной мощности, коэффициент использования линий электропередач выше. Следовательно, когда расстояние передачи достаточно велико, его экономичность превзойдет экономичность передачи переменного тока.

(2) Его можно использовать для асинхронного межсетевого соединения. Для межсетевого соединения переменного тока требуется, чтобы частота всей сети была постоянной, поэтому его нельзя использовать для асинхронного межсетевого соединения. Передача энергии постоянного тока сначала выпрямляет мощность переменного тока в мощность постоянного тока, а затем инвертирует ее в мощность переменного тока, что может применяться для асинхронного межсетевого соединения.

(3) Это способствует изоляции аварий в сети и не увеличивает риск аварий в сети. Передачу сверхвысокого напряжения постоянного тока можно рассматривать как управляемый источник питания приемной оконечной сети на большие расстояния. Решетки на обоих концах не связаны, и сетки на обоих концах могут быть изолированы. В случае серьезной аварии в электросети сверхвысокое напряжение постоянного тока может изолировать аварию, не увеличивая риск аварий в электросети. Другим типичным сценарием применения сверхвысокого напряжения переменного тока является укрепление энергосистемы. Поскольку крупномасштабная линия передачи постоянного тока в моей стране входит в Северный Китай, Восточный Китай, Центральный Китай и Юго-Западный Китай, мощность электросети переменного тока определяет безопасность всей энергосистемы, и спрос на сверхвысокое напряжение переменного тока соответственно увеличивается.

Важная роль гибкого постоянного тока в новых энергосистемах

Гибкий постоянный ток особенно подходит для передачи крупномасштабной морской ветровой энергии в дальние моря. В настоящее время основным методом передачи оффшорной ветровой энергии является передача высокого напряжения переменного тока, то есть оффшорные ветряные турбины подключаются к оффшорным бустерным станциям, повышаются до уровня напряжения 220 кВ или выше, а затем направляются в береговые электрические сети. Поскольку передача постоянного тока не имеет зарядной мощности, инвестиции и эффективность передачи подводных кабелей лучше, чем передача переменного тока. Вообще говоря, когда расстояние передачи превышает 80 км, экономичность передачи постоянного тока будет выше, чем при передаче переменного тока. Кроме того, поскольку для обычного постоянного тока требуется сильная поддержка сети переменного тока, а морские ветряные электростанции представляют собой слабые системы переменного тока, состоящие из ветряных турбин, которые не могут удовлетворить требования к передаче энергии обычного постоянного тока, гибкий постоянный ток стал единственным экономичным и осуществимым решением. Маршрут гибридной технологии LCC-VSC эффективно решает проблему отказа коммутации сверхвысокого напряжения постоянного тока в районах с плотными точками отвода постоянного тока. После десятилетий строительства в моей стране было построено 32 проекта передачи постоянного тока с передачей электроэнергии на большие расстояния в качестве основной функции, из которых более 10 проектов расположены в дельте реки Янцзы или провинции Гуандун, а плотное размещение приводит к постоянному току. передачи между двумя точками. Возрастает риск выхода из строя коммутации, увеличивается скрытая опасность аварий в электросетях. Гибкий постоянный ток может независимо поддерживать напряжение без риска отказа коммутации и является лучшим решением для продолжения подачи постоянного тока в два вышеуказанных места. В настоящее время China Southern Power Grid завершила проект передачи постоянного тока в Удондэ, а State Grid также строит проект передачи сверхвысокого напряжения постоянного тока Baihetan-Jiangsu, в обоих из которых применяется гибкая технология постоянного тока. Но технические решения двух проектов разные.

Гибкое соединение постоянного тока увеличивает возможности взаимопомощи энергосистемы и повышает надежность и эффективность энергоснабжения. В дополнение к традиционной схеме передачи электроэнергии на большие расстояния между региональными электрическими сетями в моей стране, встречно-параллельные гибкие маршруты постоянного тока также могут использоваться для присоединения на стыке региональных электрических сетей. Так называемый встречно-параллельный гибкий постоянный ток относится к конструкции выпрямительной станции и инверторной станции вместе без линии постоянного тока. Технология комбинированного гибкого постоянного тока может улучшить взаимную мощность между региональными электрическими сетями без увеличения масштабов аварий в электросетях. Кроме того, электрические сети 500 кВ в Гуандуне, Цзянсу и других местах Китая уже очень большие, со сложной структурой и серьезными проблемами, связанными с чрезмерным током короткого замыкания. Добавление встречно-параллельного гибкого постоянного тока для «развязывания» энергосистемы также может эффективно решить вышеуказанные проблемы. Параллельный проект Чунцин-Хубэй и строящийся проект соединения Фуцзянь-Гуандун являются типичными приложениями гибких прямых параллельных проектов.