柔性直流輸電技術(shù) 現(xiàn)狀與發(fā)展前景

在全球能源結(jié)構(gòu)的變革浪潮中，以“雙碳”為目標(biāo)的新型電力系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，優(yōu)化和升級(jí)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)也勢(shì)在必行。如何利用柔性直流輸電的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，找準(zhǔn)其在電網(wǎng)中的定位，靈活應(yīng)對(duì)新場(chǎng)景下的各種問(wèn)題，進(jìn)行相應(yīng)的技術(shù)升級(jí)，保證能源可用率以及增強(qiáng)輸電穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性，是當(dāng)前面臨的最大挑戰(zhàn)。本文基于張北柔性直流輸電工程的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)結(jié)合柔性直流輸電技術(shù)的發(fā)展，探討了新型電力系統(tǒng)下柔性直流輸電工程的現(xiàn)狀與前景，為其發(fā)展與應(yīng)用提供參考。

1 柔性直流輸電工程概況

1.1 海外柔性直流輸電工程

歐洲已投運(yùn)的柔直工程已超過(guò)30個(gè)，主要涉及海上風(fēng)電柔直并網(wǎng)、電網(wǎng)柔直互聯(lián)等。近年來(lái)，由于大型海上風(fēng)電接入、電網(wǎng)互聯(lián)等領(lǐng)域的推動(dòng)，柔性直流輸電需求日益高漲，在建工程已超過(guò)前十年已建工程的總和。歐洲規(guī)劃建設(shè)中的柔直工程有40余條，最大電壓與容量為±525千伏/2000兆瓦。

1.2 中國(guó)柔性直流輸電工程

對(duì)比海外柔直工程，國(guó)內(nèi)柔直工程建設(shè)起步較晚，但是在全球能源危機(jī)的背景下，建設(shè)了多個(gè)柔直輸電工程，技術(shù)上達(dá)到了國(guó)際領(lǐng)先水平，實(shí)現(xiàn)了彎道超車(chē)。目前，我國(guó)已投運(yùn)柔性直流輸電工程11條。±500千伏/3千安電壓等級(jí)技術(shù)已較成熟，大容量柔性直流、混合級(jí)聯(lián)直流已工程應(yīng)用，在新能源并網(wǎng)、電網(wǎng)互聯(lián)、島嶼供電及遠(yuǎn)距離輸電等方面發(fā)揮了重要作用。

2 基于張北柔直工程的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)

基于目前柔直工程調(diào)試、運(yùn)行中暴露出了一些問(wèn)題，從能源流的方面看，直流換流站容量和規(guī)模大，運(yùn)行方式復(fù)雜；從數(shù)據(jù)流的方面看，各種數(shù)據(jù)規(guī)模大、類型多、價(jià)值密度低、變化快；從業(yè)務(wù)流的方面看，業(yè)務(wù)范圍廣，設(shè)備數(shù)量、種類繁多，多個(gè)獨(dú)立存在且互不聯(lián)系的系統(tǒng)并行運(yùn)行。因此，為了保證能量的可用率與電網(wǎng)的穩(wěn)定性與經(jīng)濟(jì)性，需要進(jìn)一步對(duì)換流站運(yùn)檢能力進(jìn)行重點(diǎn)關(guān)注，開(kāi)展深化研究。

2.1 智能換流站建設(shè)

為解決換流站運(yùn)維檢修工作量大、人員配備相對(duì)不足，大數(shù)據(jù)的低應(yīng)用水平，關(guān)鍵設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)不能及時(shí)掌握，潛在故障風(fēng)險(xiǎn)無(wú)法提前預(yù)判等問(wèn)題，有必要利用數(shù)字化、邊緣計(jì)算等現(xiàn)代信息技術(shù)和先進(jìn)通信技術(shù)，探索換流站設(shè)備、人、環(huán)境之間互聯(lián)互通、人機(jī)交互的可行性，在站端建立一個(gè)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理平臺(tái)和數(shù)據(jù)模型，打破不同子系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)壁壘，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通，滿足不同業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)要求，實(shí)現(xiàn)換流站內(nèi)相互關(guān)聯(lián)的各種數(shù)據(jù)的綜合分析和深度挖掘，全面掌握設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)及健康程度，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的精益化管理，提升運(yùn)檢質(zhì)效，最終為電網(wǎng)數(shù)智化轉(zhuǎn)型貢獻(xiàn)力量。

2.1.1 數(shù)字化換流站

中都數(shù)字化換流站平臺(tái)已完成日常重點(diǎn)工作的部署調(diào)試；工具應(yīng)用已完成程序部署；換流閥高級(jí)應(yīng)用、換流變故障分析及故障診斷已完成部署；中屏三維和視頻管控正常顯示。中都站共計(jì)18套子系統(tǒng)，目前已接入16套子系統(tǒng)。

2.1.2 閥廳無(wú)人機(jī)系統(tǒng)

根據(jù)國(guó)內(nèi)外關(guān)于無(wú)人飛行器相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)研究的成果，從無(wú)人機(jī)消防應(yīng)急技術(shù)研究、無(wú)人機(jī)安全性能研究、無(wú)人機(jī)智能巡檢技術(shù)研究三個(gè)方面，建立了一種具備消防應(yīng)急、智能巡檢的多功能無(wú)人機(jī)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)閥廳內(nèi)核心設(shè)備的應(yīng)急滅火及紅外檢測(cè)異常預(yù)警等特殊巡檢工作。可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)端對(duì)閥廳內(nèi)部無(wú)人機(jī)消防、巡檢系統(tǒng)進(jìn)行操控，以達(dá)到巡檢、預(yù)警、滅火、輔助決策等作業(yè)目的。該項(xiàng)目的研制與應(yīng)用，可以很好的彌補(bǔ)現(xiàn)有閥廳缺乏消防應(yīng)急措施、巡檢監(jiān)視存在盲區(qū)且智能化水平不高的局面。

2.1.2 智能巡檢機(jī)器人

智能機(jī)器人采用激光導(dǎo)航系統(tǒng)，定位精準(zhǔn)，可以對(duì)室外高壓設(shè)備進(jìn)行紅外測(cè)溫檢測(cè)、可見(jiàn)光檢測(cè)、表計(jì)圖像識(shí)別等功能，支持全面巡視、特殊巡視、專項(xiàng)巡視等巡視方式，巡檢結(jié)束后機(jī)器人自動(dòng)返回充電室進(jìn)行充電。巡檢過(guò)程中可以實(shí)時(shí)將巡檢數(shù)據(jù)及報(bào)警信息上傳到客戶端，方便運(yùn)維人員巡查分析；巡檢任務(wù)可以設(shè)置成定期執(zhí)行或周期執(zhí)行，減輕運(yùn)維人員現(xiàn)場(chǎng)巡視壓力，表計(jì)識(shí)別率達(dá)到97.7%，表計(jì)讀數(shù)誤差在5%以內(nèi)，巡檢覆蓋率和表計(jì)數(shù)字識(shí)別率指標(biāo)符合技術(shù)指標(biāo)要求。

2.2 規(guī)范換流站年度檢修工作

換流站的年度檢修，作為換流站查漏補(bǔ)缺，消除安全隱患，保證穩(wěn)定運(yùn)行的重要手段，需要進(jìn)一步提質(zhì)增效，切實(shí)提升技術(shù)優(yōu)勢(shì)，保證安全運(yùn)行。在2024換流站年度工作中，國(guó)網(wǎng)冀北超高壓公司提出并試行了堅(jiān)持以履職盡責(zé)為核心，嚴(yán)格落實(shí)作業(yè)流程標(biāo)準(zhǔn)化、人員行為規(guī)范化、安全措施定制化的“一核三化”軍事化管理方案，高效、快速地完成了任務(wù)，為安全穩(wěn)定運(yùn)行，縮短檢修時(shí)間發(fā)揮了重要力量。

2.3 建設(shè)換流站先鋒團(tuán)隊(duì)，建功“兩個(gè)標(biāo)桿”

自張北柔直工程投運(yùn)以來(lái)，直流運(yùn)檢團(tuán)隊(duì)充分發(fā)揮青年人“探路者”精神，聚焦柔直專業(yè)， 為十五五期間受端直流“宜柔則柔”建設(shè)積攢下運(yùn)檢經(jīng)驗(yàn)。張北柔直工程運(yùn)行狀況良好，能量可用率指標(biāo)達(dá)到96.57%，接近常規(guī)直流運(yùn)行水平。直流運(yùn)檢團(tuán)隊(duì)將始終緊扣“兩個(gè)標(biāo)桿”建設(shè)目標(biāo)，在新能源并網(wǎng)消納這一路上披荊斬棘、奮勇前行，輸出冀北模式，展現(xiàn)冀北風(fēng)采！

3 結(jié)語(yǔ)

“碳中和、碳達(dá)峰”及全球能源結(jié)構(gòu)變革的背景下，新能源在電網(wǎng)中的占比越來(lái)越大，柔性直流（VSC-HVDC）輸電作為新一代的直流輸電技術(shù)，由于其優(yōu)秀的新能源消納和調(diào)控能力，在建設(shè)新型電力系統(tǒng)的過(guò)程中扮演的角色和發(fā)揮的作用愈發(fā)重要。但目前在工程應(yīng)用中還存在著不足，仍應(yīng)著眼于以設(shè)備為中心，將直流生產(chǎn)業(yè)務(wù)深度解耦，規(guī)范業(yè)務(wù)主題，支撐功能規(guī)劃發(fā)展。構(gòu)建運(yùn)檢一體化業(yè)務(wù)能力，開(kāi)展業(yè)務(wù)班組梯隊(duì)建設(shè)，推動(dòng)巡視管理、缺陷管理等業(yè)務(wù)在站內(nèi)閉環(huán)管理。針對(duì)性開(kāi)發(fā)應(yīng)用功能，結(jié)合大數(shù)據(jù)分析、人工智能等前沿技術(shù)，推動(dòng)柔性直流輸電工程向數(shù)智化轉(zhuǎn)型。■