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盛俊毅:支撑新型电力系统建设的柔性直流输电技术创新与突破

2022-07-25 16:45:33 中国能源网

编者按:2022年7月20-21日,以“碳中和与全球产业融合”为主题的“第四届未来能源大会”在北京召开,本次大会由中国能源研究会与中国能源网联合主办。会上,特变电工西安柔性输配电有限公司副总经理盛俊毅先生做了题为“支撑新型电力系统建设的柔性直流输电技术创新与突破”视频演讲。

以下内容根据论坛演讲实录进行整理。

非常荣幸参加第四届未来能源大会,我是特变电工柔性输配电有限公司副总经理盛俊毅,今天给大家带来的主题是特高压输电交付实现和未来展望的课题。

我今天分享五个部分,一是我们公司做特高压大容量做一个介绍,二是针对我们的工程,柔性直流输电换流阀运行和创新点做一个介绍,第三和第四部分主要从换流阀和阀控两个方面对我们关键设计点做一个介绍,五是对大容量换流阀展望做一个简单的介绍。

我们公司特变电工从2014年开始做柔性直流输电,2018年中标南方电网的工程,到2020年投运,目前投运的时间大概2年多时间,这是目前公司在整个海上风电和新能源这块以及直流输电的一些业绩,从柔性直流水电解决方案,各个方面超过11个工厂的业绩,这是我们对换流阀的科研实力,我们创建西部最大的实验室,实验投资2.3个亿,占地6800平米,目前可以支撑5000兆以上输电装置的验证。

整个对于验证平台从换流阀从器件平台,组件平台到整机冷却以及老化的平台,这是对平台的介绍,目前换流阀里面最核心的部件是IGBT,这个平台可以满足6.5千伏以上的测试,从它的动态特性的测试,这是我们对换流阀的组件,包括单元,可以满足运行和平台,这是对于整个换流阀控制核心的平台,目前整个可以支撑3000以上的节点验证。

这个是我们在整个特高压大容量的交付过程中利用这样的场景,我们在实验室做了多端,一端是LCC,4端是VIC这样混合的平台,把整个实验场景做了全方位的验证,这是实验室的实物场景。这是我们在特高压电容量里面特高压这块,我们公司具备1100千伏变压器的基地,我们在2017年全球首台套也是用这个实验室做的验证。

整个在交付过程中的一些运行和成本做一个介绍,我们这个是在2018年8月份中标工程,在2018年的10月份委员会,2019年攻关,到2020年10月份进行调试,到2020年12月份是投运仪式,目前已经超过700多天运行比较平稳,这是现场的实物图,右边是换流阀本体的图片。

这个是在我们整个运营过程中,从2020年12月投运到2021年6月份,我们还有一些运行+调试的时间,正式的投运在2021年6月份至今经历了从2021年满足运行,整个故障率千分之五之内,调试运行以来运行比较平稳。

我们从2018年中标之后我们做了很多成果,从800千伏的温室,登上了人民日报,是全国首台套。第二个创新成果我们在首次国内提出了架控柔性技术,这个其实可以有效解决因为架控线带来短路的问题,这个在工程中得到成功的应用。我们在2019年的时候针对现在的工厂做了全实物缩放版的正负10.5千伏40兆瓦背靠背运营平台,也是模拟现场的运营工况,包括故障,在实验室完成了所有的验证,这是我们在交付过程中获得的一些奖项,包括超多电瓶,柔性直流输电的仿真一些技术的研究,包括当时我们参与5000兆“十三五”重大专项,也获得一系列的奖项。

第三部分主要是从换流阀本体这块做了一些简单的介绍,整个流北站和以往不太一样,它用的是全半桥混连拓扑的方式,跟常规不一样,它是相当于全半桥混连,无论从热设计,包括均压,平衡实验等等这些还是有区别的,我们是通过电磁热力分析工具进行优化,通过实验迭代,目前已经把相关问题得到解决,业内还比较成功。

这个是在整个过程中,包括从组件设计,包括核心板网设计,包括电源设计,包括模块电子厂设计,经过了多轮优化,目前运行比较成功。这个是针对以往工程有一个问题,单一故障下可能会导致跳闸问题,在这个过程中我们跟南方电网合作,一起在端口一个东西,相当于是被动元件,无论在任何一个工况下的故障,我们都会保持供应模块端口的状态,保证在任何故障下都不会形成跳闸,目前这项成果已经再工程中应用,比较成功。

第五,因为在特高大容量高电压、大电流,跟传统的是有区别的,在这里我们有一个理念准竣工的设计,我们把电磁抗扰,从30伏提到50伏,温度从负10提到负40度,高温从正7提到85,达到一个标准。同步我们提高可靠性,增加实验,相当于可靠性加强实验,目前的功能头用比较成功,目前没有因为板卡故障问题导致系统跳闸。

第六,我们在整个调试运维,其实我们结合现场需要可靠高效,我们研究了相当于智能化,多做页面的测试装置,目前跟传统的运维调测,把这个效果可以提升4-6倍,已经申请了专利。

第七,高连阀最关键的可靠性,可靠性里面最关键的是阀本体设计,我们主要从几个方面,第一个是通过系统给出可行性指标,进行可靠性分解,我们把阀控分析指标得出来进行可行预计,然后进行建模,然后论证地最后是可靠性每一个部件的分配,进行器件选型,包括可靠的设计,用这个里来做。设计之后是可靠验证,刚才讲到一些东西,包括从电特性到环境实验、可靠性增长、单元、信号等等实验,我们进行可靠性加强,来提升整体可靠性加强。

最后避免不了在现场因为器件本身有失效率,有一个分析在售后,我们遵循一个设计理念,首先是在现场失效之后我们有数据分析,包括对部件的分析,包括对失效原因的分析,包括拿一些举措,在工程上进行迭代,进行提升,目前是这样的整体设计流程。

第四部分,我主要是从换流阀阀控方面做简单汇报。在过程中我们应用了可视化编程,减小因为人为无论是标准化,一错犯错,包括后续提升运维效率的改进,包括一键生成代码,将应用层的代码和通讯系统配置,底层设置配上代码合并,变成最终程序,代码是用CCI路径,直接便于抄写。这块我们通过硬件优化,以及数据的处理,目前可以把整个控制在26微秒以内,在整个工作项目中是最好的。阀控在成本中不是占比很大,其实是整个换流阀的大脑,我们从脉冲机箱到IPG,到电源总线,全部用的双流设计,目前的功能也得到了验证。当时在跟南网进行联合测试,全链路右下角通过一些实验,通过第三方的鉴定,实验项目比较多,左边这个是主要对实验项目的简单截图。

第五部分,主要从特高大容量,柔直换流阀展望做简单汇报。现在柔直未来工程化我们必须要走向标准化,分几个层面,第一是在配电网络,包括海洋资产平台,电压等级在100千伏以下的配置,我们是从8-20伏,150-700安标准化模块来适配,从配电网到海洋资产平台场景应用。针对新能源跟主电网,我们是从150-800千伏,300兆-5000兆的容量,从1600伏700安,到2000,甚至到3000的配置,通过搭积木的方式实现远距离海上输电设计,包括区域电网互联标准化设计。这是我们脉冲平柜,我们采用模块化、功能化设计,包括机箱标准化设计,来提升阀控系统的通用性、可靠性,可以去移植,提升整个工程交付的可靠性,提升安装的效率,包括调试效率。

对于未来大规模,主要两个方面,第一个是海上风电大规模新能源接入,第二从西北地区到中国东部大规模新能源输送的并网挑战,而且新能源比例会越来越大,我们针对这些挑战,我们公司目前在几个方面做一些关键研究。第一在输电系统主电路设计做一些研究,第二从新能源厂站集电方案优化与振荡抑制,第三从加控线多段直流故障与保护,从新能源故障穿越能力,包括未来在西北、西藏、青海的地方,包括高海拔、高地震下的研究。从整个海上我们有几个方面,在海上风电的新能源接入,主要从系统高电压,主要是目前我们国家海上风电的工程,换流阀的体积已经占到整个平台体系大概40%多的水平,我们要统一过电压的设计,把整个体积要降下来,这样整个体积会降下来。因为海上整个运维它而且成本比较高,这块我们通过一些标准化设计,包括一些切分标准化单元,小型化的方式加强可靠性和运维的设计。主要是平台化,主要还是从GS,包括一些有效规避电感进行空间的优化,从布置方面进行优化。

从平台运输,也是考虑到在海上运输海浪等天气的原因,包括一些拉调的方式加强,包括平台上考虑平台的安装和选取,关于系统设计这块,目前我们也是针对海上风电加特高压陆上的输电,我们和几个大学主要从4个课题提出直流送出和主电路方案和优化控制策略,提出规模化新能源和优化方案,实现新能源场内无振荡稳定运行。针对大规模新能源的加工线的方式提出一定的策略,针对新能源设备特点和节电方案提出满足联网要求的配合设计。

主要针对刚才说的,包括西藏这些地方高海拔,高地带的特点特点进行换流阀的验证。对于关键点,主要是我们现在目前研究已经开始,主要是场景是什么场景?针对风光的系统,新能源在100%的接入方式,通过前期的一些考察,包括投入选择,包括一些运行方式,做前期的研究。

这是针对模型,目前在过程中从海上到陆上遇到一些问题,我们搭建新能源的场站,从变流器到场站,到换流站的模型进行仿真和验证,包括具备的实物验证提升模型的能力。

从整个30兆瓦交付看,我们用了大概有2年多的时间,整个工程的投运是比较成功的,在这里我们输出了很多的成果,有几个方面。一个是我们在过程中提出了无闭塞加工输电技术,解决了加工线在无障碍下的团体,实现功能应用。针对因为单一故障导致的风险,在这里通过实现扎管的方式,实现单一故障下不导致第二个技术难题,以实现工程应用。

对于高电压,大电流比较复杂的电磁环境下,我们采用半卡实设计,提升了系统运营可靠性,目前已经在应用。在这个过程中我们把整个链路延迟降低26秒之类,显著降低了风险,目前26秒是行业内比较低的水平。针对陆上,海上新能源的并网挑战,开展相对的技术研究。

我的汇报到此结束,非常感谢各位的聆听,会后可以随时交流,谢谢大家。




责任编辑: 张磊

标签: 新型电力系统 柔性直流输电技术

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