跨海柔性直流 让大连电网更坚强

需求篇

大连电网　为什么要一条跨海输电“动脉”？

这是大连南部电网从“C”形到“O”形、大幅度提升抵御自然灾害能力的需要

大连市政治、经济、文化中心集中于南部地区，该区域对电网供电能力和供电可靠性要求很高。大连南部电网与主网联接的唯一通道处于市区与东北大陆连接处大连湾和金州新区之间地域，十分狭窄：长约10千米，最窄处不足3千米。这就是大连湾基础设备廊道，也是大连电网与辽宁主网相联的唯一通道。但正是在这个狭长地带，集中穿过了承担整个大连市区和旅顺地区供电任务的3回500千伏线路和6回220千伏线路。大连市区南部电网重要输电通道受地理条件限制，采取了同塔四回路架设方式，因此，整个大连南部电网被迫形成了一个“C”形电网。

大连电网基础设备走廊地区属于温带海洋季风性气候。冬春季节受西伯利亚冷空气影响频繁，在冷暖气流交汇下容易产生恶劣天气，再加上电网结构的问题，使得电网抵御自然灾害的能力明显不足。

2007年，发生在大连的“3·4”风暴潮灾害，重创大连电网。当日22时左右，大连电网与辽宁主网解列，孤网运行。风暴潮造成大连地区最多时共有14座220千伏变电站停电，损失负荷约100万千瓦，给当地生产和人民群众生活带来严重威胁。风暴潮中，大连电网经历了3小时15分钟的单运行考验，地区停电面积近90％，负荷损失近80％，几乎造成全部停电的恶劣事故。2009年，尽管辽宁中南部环网投运彻底结束了大连北部电网单一时段通道的历史，提高了抵御自然灾害的能力，但大连电网仍然存在城市核心地区大面积停电的事故隐患。

为从根本上消除大连电网存在的隐患，辽宁省电力有限公司和大连供电公司积极探索建立向大连市区供电的跨海输电通道。鉴于大连市一面靠山、三面环海的特殊地理条件，大连供电公司综合国内外先进技术，超前开展了大连海上柔性直流输电工程可行性研究，并连续近3年开展充分论证，积极争取项目立项。在国家电网公司及地方政府的支持下，2011年年底，大连海上柔性直流输电工程获得辽宁省发改委批准立项。该工程总投资51亿元（占辽宁电网年投资的三分之一），计划2013年年底建成投运。

这一工程输送容量为100万千瓦，直流电压等级选择为±320千伏，工程路径含陆地和海上两部分，其中，海上路径起自大连开发区董家沟村送端换流站，通过直流电缆从小窑湾入海，穿越大连港（601880，股吧）海区至港东受端换流站，全长54千米。

大连海上柔性直流输电工程的建成投运将实现大连南部电网由现在的“C”形电网闭合成完美的“O”形电网，并形成海路输电线路双通道、交直流混合的供电格局，使大连地区供电和抵御自然灾害能力大幅度提升。

方案篇

大连南部电网从“C”到“O”　为什么非柔性直流不可？

交流方案和普通直流方案都存在占地较大、输送能力不足、安全性较差等不利之处

从满足经济社会发展对的电力需求、避免自然灾害影响大连南部电网供电角度来看，开辟跨海输电通道显得极为必要。但，大连跨海输电，一定需要一条柔性直流输电线路吗？

国网智能电网研究院专家贺之渊告诉记者，根据工程前期研究，大连跨海输电通道有采用交流方案、直流方案两种思路。

先看交流输电技术方案。贺之渊称，如果采用交流方案、实施大连市区南部电网增容改造，则存在重新形成电磁环网、输送能力严重不足、征地施工难度大等问题。

具体来看，若采用交流方案，将导致大连500千伏金家变与雁水变220千伏间重新形成有重大事故隐患的高低压电磁环网，这显然是与大连电网解环运行、提高供电可靠性的要求背道而驰。在这种情况下，若大连雁水同塔4回线路同时故障，就可能导致100万千瓦以上电力瞬间转移到新建交流输电线路，从而引起新建交流线路过负荷。而且，如采用交流架空线方案，因大连市南输电走廊紧张，部分老旧变电站改造扩建将十分困难。另外，如果采用交流电缆作为传输线路，需要新征土地用于加装并联补偿装置，而交流电缆必须分开敷设在不同电缆沟中，整体施工难度较大。

那么，采用直流输电技术方案呢？贺之渊介绍，若采用直流方案，存在常规直流与柔性直流两种方案。其中，常规直流的换流站占地较大，对于寸土寸金的大连市区来说经济性欠佳。另外，常规直流所联接的交流电网必须是强电网，而大连市区南部没有足够的电源容量。另外，常规直流输电自身不能维持电压和频率的稳定，无法提升电网的供电可靠性和供电质量。

在分析了交流方案和普通直流方案的不利之处后，专家将眼光放在了柔性直流方案上。他们认为，考虑大连市区南部地区特殊的地理环境及对电网供电能力和可靠性的要求，采用柔性直流输电技术是一个较好的方案。

柔性直流输电线路技术是20世纪90年代开始发展的一种基于全控电力电子器件的新一代直流技术，是普通直流输电技术的更新换代，具有环保性好、占地面积小等突出优点，为可再生能源发电并网、大型城市中心和孤岛供电等领域提供了一个崭新的解决方案。

柔性直流输电不增加短路电流，也不存在电磁环网问题，而且能稳定提供有功功率。贺之渊说，采用柔性直流，即使大连北部地区同塔四回线路同时发生故障的极端情况，也不会出现交流方案中所存在的功率瞬间转移，从而可最大限度地保障大连市南地区的供电可靠性。柔性直流输电还能改善大连南部电网电能质量和可靠性，具备黑启动能力。

另外，从施工角度看，柔性直流工程施工较为方便。专家介绍，采用柔性直流无需新征地来加装补偿装置，所需两根电缆可直接捆绑在一起，敷设在同一条电缆沟中，这样，输电走廊审批较为容易。

对比交流、普通直流、柔性直流方案后，专家发现，大连电网第二条输电通道采用跨海柔性直流技术，将实现大连市区现有的“C”形供电结构到“O”形环形结构的完美闭合，彻底解决大连市区南部第二路电源问题。

应用篇

世界最大柔性直流工程 技术上可行吗？

公司攻克五方面难题，已经全面掌握系统分析与成套设计、核心设备研制及试验等核心技术

大连跨海柔性直流输电工程，是世界已知容量最大的柔直工程。100万千瓦／±320千伏大连跨海柔性直流工程将额定电压、电流推向了顶峰，已达到可关断器件的承受极限。那么，柔性直流工程从技术角度可行吗？

近日，带着这个问题，记者走进国网智研院中电普瑞公司一探究竟。

普瑞公司的林畅告诉记者，为了最大限度地提高工程的可行性，他们依托国家电网公司相关重点科技项目，在系统分析与设计、换流阀研制、阀基控制设备研制、阀型式试验方法与技术、阀控设备全功能全规模测试方法与技术等五方面开展了技术攻关，已经实现了全面突破。

柔直工程身躯系统分析与成套设计方面，该公司在亚洲第一条柔性直流工程上海南汇柔直示范工程的基础上，优化设计方法，确定了换流站的合理运行区间；完成综合系统功率最优传输、保护要求、避免系统谐振等多目标优化设计，主回路、主要设备参数优化设计和相关设备选型；创造性完成了±320千伏柔直系统过电压与绝缘配合设计；完成了适用城市供电的控制保护系统设计；建立了大连柔性直流工程详细电磁暂态模型，完成了柔直接入系统暂稳态性能分析与计算。

柔直工程心脏换流阀研制方面，该公司成功解决了高电压、大电流、强电磁场环境下换流阀散热、电压尖峰抑制、电磁兼容问题；创造性完成了高速旁路开关和超低电压下晶闸管强制触发设计；实现了低电感、低局放、防水、防爆、防离子扩散、强抗电磁干扰设计；成功研制了世界首个100万千瓦／±320千伏柔性直流换流阀。

柔直工程神经阀控设备研制方面，该公司提出了低开关频率电容平衡优化控制方法和多层面能量平衡桥臂电流控制策略；采用高、低电位分级分层系统架构，研制的100万千瓦／±320千伏柔性直流换流阀阀控设备可靠性高，能够满足换流阀复杂多目标控制的要求。

柔直工程心脏测试仪阀型式试验方法与技术方面，该公司提出了模块化多电平换流阀全工况等效试验方法，完成了世界首套全功率交换式可关断器件阀成套试验装置研制，满足±500千伏等级柔直换流阀运行试验要求。

换流站神经测试仪阀控设备测试方法与技术方面，该公司实现了世界上规模最大的一体化柔直换流阀阀控设备全规模动模平台研制，能够实现阀控设备全功能全规模测试。

可以说，普瑞公司已从系统分析与设计、核心设备研制、试验技术等方面全面掌握高压大容量柔性直流工程核心技术，我国100万千瓦／±320千伏柔性直流输电技术已具备工程应用的条件。

记者了解到，下一步，普瑞公司将进一步在±320千伏柔性直流电缆制造、海缆敷设、工程建设与现场调试、工程运行与维护等方面开展工作。

“工程开工后，虽然应用方面还有一些工作要做，但已经没有不可克服的难题。”普瑞公司负责人说。

链接

中国柔性直流大事记

2006年，国家电网公司启动柔直研究。

2006～2008年，公司柔直研究科研团队在国内首次建立了柔直研究的基础理论体系。

2011年7月25日，亚洲首项柔性直流输电示范工程上海南汇风电场柔性直流输电工程投入正式运行。中电普瑞工程公司成为继ABB、西门子之后，世界第三家具备柔直成套设备研发和工程实施能力的企业。

2012年12月14日，舟山多端柔性直流输电示范工程获得浙江省发展和改革委员会项目核准批复。舟山多端柔性直流输电示范工程是世界上第一个五端柔性直流输电工程。该工程将新建换流站5座，实现舟山多个海岛电网之间的直流互联。

2013年3月5日，国网智能电网研究院、辽宁省电力有限公司共同研制的100万千瓦／±320千伏柔性直流换流阀及阀控设备技术通过国家能源局组织的成果鉴定，为大连跨海柔性直流工程打下了坚实的技术基础。