发展交直流输电先进技术 构建新型电力系统

7月2～3日，第十八届IET交直流输电国际会议（ACDC2022）在线举办。本届会议由英国工程技术学会（IET）、清华大学联合国网山东省电力公司共同主办。参会者围绕先进交直流输电技术支撑新型电力系统构建的主题，分享了最新研究成果，针对热点技术与发展前景进行了交流。多位专家就新型电力系统、电力电子技术、柔性低频交流输电、智能传感等主题作主旨报告。

交直流输电技术支撑新能源消纳，柔性低频交流输电进入示范应用

交直流输电技术是保证大规模新能源在大范围内高效汇集、灵活传递及分散消纳的重要手段，是支撑构建新型电力系统的核心技术之一。经过多年建设发展，我国已建成目前世界上最先进的特高压交直流混联大电网。

中国科学院院士、国家电网有限公司一级顾问陈维江在会上结合交直流输电技术的各自特点，系统阐述了柔性低频交流输电技术。“直流输电适用于远距离大容量电能输送，损耗低、潮流可控性好，但不足在于没有过零点，故障开断、变压相对困难；工频交流输电的突出优势是组网灵活，易于实现电压等级的变换，缺点在于远距离传输时传输损耗较高。”陈维江院士介绍，“如果借鉴直流输电频率变换的思路，借助交流输电零点开断的优势，我们可以探索一种新型输电方式，通过电力电子技术实现频率变换，选择0～50赫兹范围内的合适频率，来提升系统的输送容量、距离和潮流控制能力，弥补工频交流和直流输电方式的不足，这就是柔性低频交流输电技术，可应用于大规模新能源汇集、城市电网分区柔性互联等场景。”

2021年10月，我国海上风电装机规模首次超越英国，跃居世界第一。发展海上风电已成为我国推进能源转型的重要举措之一。多个重点省份确定了大规模海上风电开发计划，并由几十千米的近海向百千米左右的中远海推进。

陈维江院士认为，柔性低频交流输电在海上风电送出场景中将成为工频交流和直流输电的有益补充。工频交流输电是国内外近海风电场的主要送出方式，直流输电适用于大容量、远距离的远海风电送出。而介于近海与远海之间的区域，柔性低频交流输电是一种相对经济的方案。

“柔性低频交流输电技术在浙江电网已有示范工程应用，台州35千伏柔性低频输电示范工程已于今年6月投运。该工程实现了大陈岛电网与大陆主电网柔性互联，并实现了两台风机发电低频送出。”浙江电力科学研究院高级工程师裘鹏介绍，在杭州，国网浙江省电力有限公司正在建设一个220千伏柔性低频输电示范工程，该工程可实现不同供区之间的柔性互联。

构建新型电力系统需要大力发展电力电子技术

电力电子技术已在能源电力、交通、生活等领域得到广泛应用，是现代能源转换的核心技术之一。业内专家普遍认为，在实现“双碳”目标和构建新型电力系统的大背景下，电子电子技术在新能源发电和直流输配电等领域发挥越来越重要的作用。

基于新型电力系统的特征和概念情景，大规模新能源电源并网将对系统的安全稳定运行产生重大影响。中国工程院院士、中国南方电网公司专家委员会名誉主任委员李立浧认为，已经实现应用的电力电子变换器在服务大规模新能源电源安全并网的过程中能起到关键作用，这给电力电子技术带来了巨大的发展空间。他提出，未来要在高性能电力电子器件、构网型电力电子变换器、智能化电力电子设备、柔性直流输电和柔性直流电网4个方面持续开展创新实践，研发硬核技术。

“在构建新型电力系统的过程中，电力系统将从刚性向柔性发展，与数字化、信息化、智能化特征融合，逐步成为全面可见、可知、可控的透明电力系统。整个能源领域电能占比将大幅提高，实现电能多元化转换，构成泛电气化能源电力系统。直流输电与电力电子技术将在其中扮演重要角色。”李立浧表示，直流输电和电力电子技术作为电力领域的重要技术分支，必须适应构建新型电力系统的需求，坚定不移朝着这一目标发展。

西安交通大学教授刘进军认为，我国输配电系统正在面临革命性的变化，其中，电力电子化是一个主要特征。电力电子相关和交叉学科的技术研究和发展在新时期遇到了许多机遇，比如输配电系统功率变换产品的规格、可靠性和工艺在不断提升，损耗、成本和体积在不断下降。“在这些机遇中，也出现了许多具有挑战性的问题，比如可靠性、即插即用的组网架构等，这些都需要通过电力电子工程师与非电力电子工程师的合作来解决。”刘进军说。

电力电子器件和智能传感技术助推输配电系统转型

高性能电力电子器件是输配电系统功率变换的核心，智能传感是输配电系统信息采集、实现智能化的基础。在会上，业内专家针对第三代功率半导体的研制进展、新型功率半导体器件和微型电流电压传感器的研制及应用进行了分享和交流。

“碳达峰碳中和目标要求能源利用清洁、可靠、可持续，预计到2030年我国可再生能源发电占比将超过59%，电网运行面临包括间歇性可再生能源比重高、电力电子比重高、负荷随机增加、远距离传输等问题。为了支持高比例可再生能源电力系统的建设，柔性交流输电和高压直流输电等技术变得越来越关键。”浙江大学教授盛况在会上表示，间歇性可再生能源的利用需要高效率的电力电子变换器，而功率半导体器件是功率变换系统的核心，功率半导体器件电压阻断能力和电流传导能力的提升是减少系统复杂度、体积和成本的关键。

盛况介绍了目前第三代功率半导体的研究进展，他表示，10千伏以上高压4英寸碳化硅二极管已经商品化， 22千伏以上高压4英寸碳化硅门极可关断晶闸管已研制成功，下一步的挑战在于如何进一步提升高压碳化硅器件的工艺水平、良品率和可靠性。

西安西电电力系统有限公司总经理娄彦涛在会上阐述了新型功率半导体器件集成门极换流晶闸管的应用。“与目前在电网中广泛应用的绝缘栅双极型晶体管（IGBT）相比，集成门极换流晶闸管（IGCT）具有大容量、高可靠、低损耗、低成本的优点，但也存在驱动功率大、开关频率低等不足。”他表示，直流电网中高压大容量电力电子设备的运行特点，很大程度上规避了IGCT工作频率低、驱动功率大的劣势。随着高压大功率IGCT器件的发展，基于IGCT的电力电子设备将在支持能源转型、实现碳达峰碳中和目标的过程中发挥作用。

“传感技术是实现信息采集、数字化的基础，可助力在现有智能电网的基础上构建更加可观测、可分析、可预测、可控的数字化电力系统，实现对电网全景信息的深度感知。该技术的应用场景涵盖了整个能源互联网，能够极大地促进能源和信息的流动，成为构建新型电力系统的重要基础。”清华大学教授何金良说。