柔性直流组网技术发展与展望

柔性直流组网技术发展与展望

彭浩

珠海格力电器股份有限公司    广东 珠海   519070

摘要：“双碳”驱动绿色经济转型，以及高清洁电力占比的新型电力系统推进，进一步推动技术革命和产业创新，新能源光伏、储能技术快速发展迭代，促使成本不断降低、适用化程度不断提高，同时也推动直流技术不断的向更多的行业和领域渗透。2021年10月，“直流”和“光储直柔”被写入我国《2030年前碳达峰行动方案》，“光储直柔”成为民用建筑领域发展零碳能源和实现碳中和的重要路径，而机电设备直流化，特别是柔性直流租完高技术的规模化应用将成为“光储直柔”应用的重要支撑。

关键词：柔性直流、标准、直流化

ABSRTACT: "Dual carbon" drives the transition to a green economy, as well as the promotion of new power systems with a high proportion of clean electricity, further driving the technological revolution and industrial innovation, and rapid development and iteration of new energy photovoltaic and Energy Storage Technologies, promote the continuous reduction of costs, increasing the degree of applicability, but also promote the continuous penetration of DC technology to more industries and fields. In October, "Direct current" and "Light storage direct soft" were 2021 into our National Carbon Peak Action Plan by 2030, "Light storage and direct flexibility" has become an important way to develop zero-carbon energy and achieve carbon neutrality in the field of civil buildings, especially, the large-scale application of the high technology of flexible DC rent-out will become an important support for the application of"Optical storage straight flexible".

Keywords: Flexible DC, Standard, DC

1.概述

柔性直流组网是指通过直流技术实现组网，按照功能和电压等级可分为高压柔性直流电网和低压直流供用电系统。高压柔性直流电网由换流器和换流变压设备、换流电抗设备等组成，与基于相控换相技术的电流源换流器型高压直流输电不同，柔性直流电网中的换流器为电压源换流器(VSC)，其最大的特点在于采用了可关断器件(通常为IGBT)，可通过调节换流器出口电压的幅值和与系统电压之间的功角差，独立地控制输出的有功功率和无功功率，具有灵活可控、易于组网等优越的运行特性。低压直流供用电系统是发、储、用一体化的全直流和以交流电源经整流的直流母线为全直流负荷供电的新型供用电系统，具有“全面感知、信息共享、数字智能、源荷互动、灵活高效”等特征和高可控性、强兼容性、良好供电安全等优势。

我国的新能源资源多位于电网薄弱的偏远地区，新能源消纳送出困难。高压柔性直流电网从原理上能够实现新能源并网不受交流电网强弱、新能源基地汇集距离等因素的限制，实现新能源波动性的时空互补、多能互补以及与储能的互补，实现电力多路由传输，可以有效解决新能源“并网规模受电网强度制约”、“能量密度低，占地面积大，广域汇集难”、“功率波动性大”等难题。柔性直流电网是一种送端弱交流系统条件下大规模清洁能源外送的新模式，为推动能源转型、保障能源安全和构建新型电力系统提供了全新的技术手段。

随着分布式能源的高比例渗透，特别是光伏直流发电的日益增多、电子设备等直流负荷快速增长，配用电系统呈现出非线性、随机性、强耦合等特征，传统交流供用电系统在运行模式、可靠性、能量损耗等方面遇到了挑战，难以满足分布式可再生能源、负荷的高速发展需求。在源、荷皆为直流形态的情况下，低压直流供用电系统可减少大量不必要的交直流变换环节，实现电源灵活、高效接入，电能低损耗、高可靠、低碳的输配以及负荷更高能效、更便利、更低成本的利用。同时，直流供用电避免了传统交流电网固有的同步和稳定性问题，有功和无功功率可快速且独立解耦。因此，新能源直流供用电系统成为近年来的研究热点，许多国家不同程度地开展此领域的研究和工程应用试点。

2.应用、效益与展望

依托张北坝上地区新能源送出、满足北京电力供应绿色低碳转型需求的典型场景，建成了世界首个高压柔性直流电网工程——张北柔性直流电网工程，同时，形成了涵盖系统成套、工程设计、设备制造、试验调试等柔性直流工程建设全过程技术标准体系，全面提升了柔性直流设计和设备制造水平，国产IGBT、源网交互等核心技术和设备推广应用于如东海上风电柔直、白鹤滩-江苏特高压直流等工程。我国柔性直流技术处于国际引领水平，柔性直流装备作为中国制造“金色名片”的名声更加响亮，我国首次成功中标德国柔性直流工程（BorWin6工程）。柔性直流电网在未来海上风电并网、西部北部电网薄弱地区大规模新能源汇集与送出、负荷密集地区供电能力加强、直流多馈入地区电网稳定性提升等场景具有广阔应用前景。

图1 拓扑自愈重构的“环形手拉手+直流断路器”组网架构

图2 500kV高压直流断路器

图3 张北换流站和北京换流站鸟瞰图

3.总结与建议

在“双碳”目标推动绿色能源革命的背景下，在柔性直流组网技术变革浪潮中，电源制式和接口的将是标准化的重要挑战，一旦实现全球电源接口标准的统一，将会给家电、光伏、储能、电动汽车等多个产业集约化发展带来重大的意义，将实现产业接口及设备的共用和互通，对地球环保、减少电子垃圾起到积极的作用，对万物互联起到重要的推动作用，给消费者的使用带来了极大的便捷。

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作者简介：彭浩（1985-），男，工程师，硕士，主要从事新能源直流配电等技术研究与应用