2.3 风电等可再生能源接入系统

风力发电等可再生能源由于功率不确定性大、通常距离负荷中，心较远等原因接入系统较为困难。柔性直流输电在风电等可再生能源输电方面具有很 大的优越性 ，以风电为例:

1 )规模风电场通常离负荷中心较远，柔""性直 流输电可远距离输送小容量的电力，而且可将分散、 小型化的电源组成一个群体与交流大电网互联。

2 )柔性直流输电能使风电场等输出的电压、 电流基本满足电能质量要求，实现交直流隔离，一 方面对于提高电网稳定性有重要意义，另一方面可 以使得风电场不受交流电网故障时低电压的影响， 最大限度地发挥可再生能源的发电能力。

3 )柔性直流可以运行在较大的频率范围内(30 65 Hz)，能够使得风电场的频率根据风能密度变化来优化风电出力。

4) 风电储能系统和柔性直流更容易结合，可 以更好地解决风电功率不确定性大、较为分散等问题，使得风电输出特性更容易被电网接受。这项技术目前正在研究中。 在实际工程中，柔性直流工程应用目的通常是以上几个目的的综合。如瑞典哥特兰和丹麦的海上风电场的接入，一方面是利用柔性直流海底电缆输电在远距离小容量电缆输电方面的优势，另一方面是柔性直流风电接入的优势;在建的美国跨湾工程， 一方面是利用柔性直流海底电缆输电，另一方面是 减少城市中心新建电厂，作为交流电网的重要支撑， 提高城市电网供电可靠性和动态稳定性。

3 在南方电网应用必要性与可行性分析

柔性直流输电作为一种可控性强、对环境友好 的最新的输电系统，在南方电网区内应用前景广阔。 综合南方电网实际问题和柔性直流应用实际情况， 提出以下几个柔性直流在南方电网应用的设想。

3.1 大规模海上风电场接入系统

海上风电由于其不占用宝贵的土地资源、受环境制约少、风电机组年利用小时数高、风能利用更加充分等优点，在丹麦、英国、德国、爱尔兰、瑞 典和荷兰等国发展较快。南方电网区内，广东、海 南等沿海省份都具有良好的海上风电发展条件。据 初步分析，广东沿海属风能资源属丰富区，年平均风速6 7 m/s 或以上，近期可装机容量达 5 500——6000 MW ，相当于全省水力发电的装机容量，每年 可发电10—— 12 TWh ，远期可开发海上风 部利用，广东海上风电可装机容量高达 100 GW 左 右，开发潜力相当巨大。

广东部分规划的海上风电场具有容量大( 1 000MW 左右)、离岸远(到km 以上)的特点。在海土风电场离岸较远，如超过 50 缸n时，采用交流电缆 输电由于很大的电容效应而不太现实或非常不经济时，广东电网接入大规模海上风力发电场采用柔性 直流海底电缆输电基本上是最优方案之一，而且柔性直流方式接入还有提高风电电能质量、提高风电发电能力等优点。即使是离岸距离较近(如 20 km 左右)，但如果风电场总装机规模较大(如 100MW 以上)，采用交流电缆接入由于容性充电功率的原因 需要较多交流电缆，采用柔性直流电缆接入需直流 电缆截面小、数量少而且寿命长，相对于交流电缆 接人也具有经济上的可比性，而且柔性直流可以将 有随机性、间歇性特点的风电电力直接送往负荷中 心，避免交流接入对近区相对较弱的交流系统造成较大的负面影响，利于能源结构中风力发电这种清 洁能源的比例的提高。

3.2 实现区域联网，提高电网供电可靠性

在区域联网方面，柔性直流输电和传统直流输电都可以达到为两个或多个电网之间提供可靠的连接、实现功率互备、提高供电可靠性，电网发生故 障时迅速隔离电网、防止事故扩大，提高系统阻尼、提高抵御区域之间的功率低频振荡风险等目的c 虽然现阶段由于部分因素的限制，柔性直流在大容量 (吉瓦级)电力输送上相对于传统直流有→定的局 限性，但是在中小容量联网方面柔性直流可以对交 流电网提供一系列非常重要的支持:如安全高效灵 活的电网互联、提高供电质量、加速弱交流电网的 黑启动等方面。在南方电网，可以利用柔性直流来实现或加强交流电网互接，如海南与南方电网主网 联网、广东和福建联网等。

以海南与南方电网主网联网为例，目前，联网 一期工程已经建成投产，采用的是交流海底电缆， 二期工程也在规划之中。在远期，可以采用柔性直 流实现联网二期工程，可以利用已有交流电缆或者 新建直流电缆，将具有以下优点:

1 )海南电网与南方电网主网联网海底电缆长 度较长(约 35 km)，交流充油电缆有很大的电容效 应，需要大容量电抗器补偿，而且轻载时容性电流 损耗较大，而直流电缆输电损起相对较小。

2 )海南远期规划建设单机容量较大的机组，加 剧了海南电网"大机小网"的矛盾，柔性直流可以由 调度灵活控制输送功率，缓解"大机小网"矛盾。

3 )相对于传统直流输电，柔性直流没有最小输送容量限制，对受端电网短路容量没有要求，非常适合联网短路容量较小的受端海南电网，而且能够提供动态无功支撑和有功调节，抑制电压波动、 稳定电网频率，提高海南供电质量。

4 )海南省是一个台风多发的省份，柔性直流可以充当重要负荷中心(如海口)的安保电源和"黑启动"电源，提高海南电网抵御自然灾害(尤其是台风)的能力。

5 )二期联网采用柔性直流输电，可以进一步 提升一期交流联网工程的输电能力，抑制潜在的低频振荡风险等。当然，海南联网二期工程是否采用 柔性直流方案还需进一步地从经济、技术、环境等角度进行比较。

3.3 应用于大城市负荷密集地区供电 南方电网"珠三角"等负荷密集地区，随着大城市负荷的增长，需要从外地向城市中心输入大量电力，导致向大城市供电问题越来越多，主要有:

1 )随着城市化进程加快，向负荷中心地区建 设新建输电通道、架设新的交流线路的代价和难度 越来越大;

2) 珠三角等负荷中心地区动态无功相对不 足，负荷中心抗暂态电压稳定的条件不断恶化;

3 )城市电网新建支撑电源受环境限制难度越来越大、代价越来越高，新建燃煤火电难度较大， 而新建 LNG 电厂等清洁能源发电成本又过高;

4 )城市电网负荷密度越来越大带来了短路电 流超标的问题;

5 )部分线路潮流过于重载，影响到电网的可靠性。

在文献[13-14]中，论证了柔性直流向城市供电的可行性和优点，在建的美国跨湾工程是柔性直流 向城市供电的工程范例。南方电网区内，在大城市负荷急剧增长的现实情况下，随着柔性直流输送容量的提高，柔性直流输电若成功应用于珠三角地区 等大城市电网供电，作为负荷密集地区的支撑电源， 避免城市中心新建电厂或替代污染较大的电厂，一 方面可以缓解负荷密集地区的环境容量压力，另一 方面缓解电网运行压力，提高电网电压支撑能力， 提高电网安全稳定性，将产生重大的经济和环境效 益。而且，柔性直流(电缆)输电可以作为重要负 荷的保安电源和黑启动电源，对提高电网紧急情况 下供电能力和快速恢复能力有十分重要的作用。

以澳门电网为例，其主要电厂均为燃油机组， 部分机组位于居民区，效率低，污染严重，出于环 保考虑，未来存在其部分机组退出运行的可能，澳 门电网对外部电网的依赖程度增大。柔性直流(电 缆)输电应用于向澳门电网供电，可作为澳门新的 支撑电源，具有占地面积小、对环境影响小的特点， 可提高供电质量，而且紧急情况下可作为保安电源 和黑启动电源，对保证南方电网向澳门安全供电具 有较大的经济意义和政治意义。

3.4 向远方孤立负荷供电

柔性直流(电缆)输电由于可以给无源网络直接供电、无最低输送有功功率限制、提高受端电网供电质量、换流站占地面积小、可远距离电缆输电 等特点卡分适用于远距离中小容量(如低至数十兆 瓦甚至数兆瓦)电力输送，特别适合向远方孤立负 荷供电，已有多个向海岛、海上平台等负荷供电的工程实例。南方电网区内，有部分偏远海岛等孤立负荷主网交流供电困难，主要采用就地柴油发电， 污染大、代价大，可研究采用柔性直流(电缆)输 电向这些孤立负荷供电。

4 在南方电网应用需解决问题

初步分析，柔性直流在南方电网应用需要解决的关键问题有:

1 )结合柔性直流输电发展趋势，较准确地估 计其容量、损耗及造价等关键应用参数并详细比较 不同类型的 VSC ，考虑柔性直流换流站国产化的可 行性;

2) 建立较为准确的实用柔性直流输电控制仿 真模型;

3 )针对不同的应用目的，确定合适的送端和 受端落点、容量及输电方式选择标准;

4) 换流站不同容量、不同布置方式的占地:

5 )柔性直流平时的运行方式和关键时刻的特 殊运行方式，以及加速电网黑启动能力评估和应用;

6) 柔性直流用来风电接人系统和交流接入对系统的影响和经济性的比较，特别地，柔性直流对 降低风电场造价以及提高风电发电能力的研究。

5 结论

柔性直流输电技术作为一种新型直流输电技 术，相对于传统输电方式有一系列的工程、技术、 经济优点，对于南方电网发展中存在的一些实际问 题是一种重要可选解决办法，在南方电网区内有广 泛的应用前景。

初步推荐南方电网在以下 4 个方面进行应用: 大规模海上风电场接入系统;实现区域联网，提高电网供电可靠性;应用于珠三角等大城市负荷密集 地区供电;向远方孤立负荷供电。建议紧密开展柔 性直流输电在南方电网应用需解决的技术经济研 究，并进行试点应用，建立柔性直流输电技术方面 的储备，为柔性直流输电在南方电网的规模应用做 好准备。

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