柔性直流輸電技術標準體系研究與優化

摘 要：以模塊化多電平換流器為核心的柔性直流輸電技術以其損耗低、諧波小、易擴展等優點，成為提升新能源并網穩定性和靈活性、支撐能源轉型的新型輸電技術。隨著近年來柔性輸電技術的工程化應用逐漸增加，有必要對柔性直流輸電標準體系進行優化提升，以滿足柔性直流輸電技術發展和后續推廣應用需求。本文梳理構建了現有柔性直流輸電國家及行業標準體系，結合近年來在柔性直流輸電領域涌現的新技術與新設備，提出優化發展方向，明確了需修訂與增補的標準及需求，對于規范柔性直流輸電領域的相關技術發展、指導標準制定、完善優化標準體系，以及推動先進標準的國際化提供參考。

關鍵詞：柔性直流輸電，模塊化多電平換流器，標準體系，標準制定，工程化

0 引 言

為了有效解決氣候變化、環境污染與傳統能源日益枯竭等問題，實行“雙碳”行動勢在必行，未來將逐漸實現以傳統能源為主體向綠色、清潔的可再生能源為主體的能源結構轉變。由于我國可再生能源分布與電力消納呈現典型的逆向分布特性[1]，要求電網具備大容量、遠距離輸送能力，為沿海負荷區域提供可靠的電力保障。以模塊化多電平換流器為核心的柔性直流輸電技術可以實現功率四象限運行以及有功、無功獨立控制，且損耗低、諧波小、易擴展，成為實現大規模可再生能源匯集送出、深遠海風電接入系統的主要并網方式之一，也是當前國內外相關領域研究的熱點。按照科技研發、標準制定與工程應用一體化的思想，有必要對現有的標準體系進行優化研究，進一步細化子體系架構，形成完善的系列標準集合，以適應技術與工程應用的新形勢。

在柔性直流輸電技術標準體系研究方面，文獻[2]依托舟山、廈門柔直工程，從規劃設計、設備材料、工程建設以及運行維護等方面梳理了國家電網有限公司柔性直流輸電工程標準體系，但是缺少對柔性直流輸電國家和行業相關標準體系的構建以及優化完善；文獻[3]重點梳理了有關柔性直流輸電的IEC國際標準和CIGRE導則，并提出了柔性直流輸電國際標準未來可以多在直流電網、高壓直流斷路器等方向優先布局。文獻[4]重點梳理了柔性直流輸電系統中設備可靠性相關標準，并總結了未來標準制定的方向；文獻[5]介紹了海上風電并網領域的標準化工作，其中包括海上風電柔性直流輸電技術相關標準的編制現狀，但沒有進行體系化的研究。

本文對柔性直流輸電領域的國家、行業標準進行系統分析和梳理，接著按照堅持持續創新、不斷拓展的原則，從既保持標準體系整體架構的相對穩定，又順應新技術的發展趨勢，滿足創新發展需求的角度出發，提出標準體系優化發展方向，完善技術標準體系，為標準的制定和促進技術產業發展奠定基礎。

1 柔性直流輸電技術標準需求分析

世界范圍內柔性直流輸電工程的規劃和建設數量正逐漸增多，應用領域逐漸從常規的端對端陸上輸電向深遠海上風電輸送、新能源送端直流組網等方向擴展，與此同時，也應同步開展柔性直流輸電相關標準的規劃、布局與制定工作，以滿足科技研發、標準制定與工程應用一體化思想。目前來看，已建成投運的多為示范工程，工程建設仍超前于標準建設。在工程的規劃、設計與建設階段，對于技術手段尚不完善的探索性工程，相關的系統參數、運行方式、拓撲結構等與柔性直流輸電工程相比有所提升和改進，但試驗、設備等方面仍依托舊的標準甚至是常規直流輸電技術標準，已無法適應和指導新的工程建設；而由于標準體系的不健全導致主要設備供應商研制的新型設備缺乏統一標準規范，進而不同廠家產品性能不一致，接口不規范等，給工程調試、應用與推廣帶來不便。

2 標準體系構建和優化方向建議

2.1 標準體系

近年來，在柔性直流輸電工程的建設下，各研究機構、高校等不斷構建和完善柔性直流輸電標準體系建設。本文梳理了已發布的柔性直流輸電領域國家、行業、團隊及企業標準，構建出基礎綜合、規劃設計、設備材料、工程建設以及運行維護五類標準體系頂層框架設計，對應的標準見表1所示。

基礎綜合類主要包括柔性直流輸電的術語等基礎內容的標準，如：術語類標準對各類專業名詞進行解釋；規劃設計類包括柔性直流輸電系統性能、控制保護、系統設計等，對工程前期的可研和設計等進行規范和要求；設備材料類標準是對柔性直流相關裝備技術進行規范，如：換流閥、接地設備、變壓器、啟動電阻等；工程建設類標準規范了柔性直流輸電工程涉及的各種交接試驗、現場試驗等要求，為設備運輸、現場檢查、安裝施工及驗收等提供統一的標準參考，提高工程驗收的效率；在運行維護方面規定了工程運行和檢修需要遵守的標準，有助于提高柔性直流輸電工程運行維護工作的效率。

2.2 優化方向

未來隨著雙碳行動的日益開展，能源結構轉型勢在必行，對遠距離、大容量輸電的需求更加強烈，柔性直流輸電的應用將更加廣泛。隨著新能源的規模化開發和洲際、跨國互聯，端對端擴展組網形式的直流電網可以實現區域間能源資源的優化配置、大規模新能源電力的可靠接入以及現有電力系統運行穩定性的提升。我國西北地區蘊藏著大量的風電、光伏等可再生能源，多種可再生能源大規模互聯促使直流電網向更大容量、更多端數、多電壓等級互聯方向發展，具有廣闊的應用前景。

目前，國際上已經投運的柔直工程已有50余項，主要分布在歐洲和中國。歐洲計劃以柔直為主要手段建設超級電網，實現北海風電、北歐水電以及北非光伏多種可再生能源的廣域互補和高效利用；北美主要將柔直用于交流電網互聯，提升電網靈活性；中國柔直技術發展迅速，在輸電電壓、輸送容量等性能指標上已走在世界前列。同時出現大量新型換流裝備，有必要結合大量工程應用經驗對現行標準進行監督評價及反饋，盡快修訂完善現行標準中的不足，從參數設計、控制保護、運行方式、試驗流程、檢修規范等各個環節建立統一的標準，以便指導后續工程實踐。

針對柔性直流輸電標準體系，提出以下優化方向建議。

（1）隨著工程輸送距離、容量和電壓等級的不斷提升，部分柔直工程標準編制年代久遠，已經無法適應新的需求，有必要結合大量工程應用經驗，對這部分標準進行修訂和完善；

（2）為適應高電壓、大容量、遠距離輸電、直流組網等需求，在目前的工程中應用了大量研制出的新型設備，建議盡早開展新型設備標準化工作，從參數設計、控制保護、運行方式、試驗流程、檢修規范等各個環節建立統一的標準，以便指導后續應用于工程實踐。

根據上述優化方向建議，對柔性直流輸電標準體系的不同類別進行了新標準的布局，如：在基礎綜合類建議增加柔性直流電網以及高壓直流斷路器等術語標準，以統一新型設備的命名、名詞定義等；在系統分析類方面建議新增柔性直流電網、海上風電成套設計、全新能源直流匯集技術規范，以填補相關標準空白，為后續工程提供規范和指導；在設備材料類建議新增直流耗能裝置技術規范；在工程建設類新增高壓直流斷路器、直流耗能裝置、直流設備等交接試驗、現場試驗、電氣試驗規范等；在運行檢修類新增高壓直流斷路器狀態評價規范、裝備數字孿生技術應用規范等，以便為后續工程中上述新設備的使用提供標準化技術指導和監督的依據。

3 結 論

本文梳理了柔性直流輸電領域國內標準體系，旨在總結當前柔性直流輸電工程標準化工作的不足，研判技術發展趨勢，結合標準與科研雙向互動，完善優化現有標準體系，補充柔性直流輸電領域新的應用場景如：直流電網、海上風電柔直送出工程，以及高壓直流斷路器、直流耗能裝置、直流變壓器等新設備應用及數智化的標準需求，為本技術領域標準體系的逐步優化和后續標準的制修訂工作提供建議。

參考文獻

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[2]于慧芳，杜曉磊，李敬如. 國家電網公司柔性直流輸電工程標準體系研究[J].中國標準化，2016（1）：132-135.

[3]孫寶寶，季蘭蘭. 柔性直流輸電國際標準體系分析[J].智能電網，2017， 5（9）：837-840.

[4]羅琴，李丹，潘廣澤，等. 中國柔性直流輸電系統可靠性標準需求研究[J].南方電網技術，2022， 16（2）：121-129.

[5]樊肖杰，遲永寧，馬士聰，等. 大規模海上風電接入電網關鍵技術與技術標準的研究及應用[J].電網技術，2022，46（8）：2859-2870.