国家电网模块化多电平柔性直流输电技术实现工程应用

电力供应是现代社会发展的基石，随着全球能源利用方式加速向绿色清洁转变，促使电能输送方式向更加高效、灵活、环保的方向发展。柔性直流输电技术是继交流、常规直流之后的一种新型输电技术，是目前世界上可控性最高、适应性最好的输电技术，也是构建未来电力供应系统的重要手段。因此，发达国家十分重视发展柔性直流输电技术，欧盟提出超级电网计划，旨在建立以柔性直流输电为骨干的电力互联网络，实现广域可再生能源发电资源互补和高效利用。

此前，全球共有6个柔性直流输电工程，均采用两电平/三电平技术，但普遍存在运行损耗高、容量扩展困难等问题，这严重制约了柔性直流输电技术的持续发展和应用。从理论上讲，模块化多电平柔性直流输电技术可以克服上述缺陷，但一直停留在概念阶段，我国要开展自主研发将面临巨大挑战。

为了加快我国柔性直流输电技术的发展，国家电网组织研发团队，依托国家973计划等重大课题，历经8年自主创新，在模块化多电平柔性直流输电技术的运行机理、核心设备、控制保护、试验能力、仿真方法等方面取得了全面突破：一是揭示了交直流系统、多换流器系统及换流器内部等多层次间的功率交换机理，解决了系统分析、绝缘配合和参数优化等成套设计难题；二是提出了数千个功率模块纳秒级动态行为调控、换流阀复杂应力均衡优化设计方法，解决了电压源换流器设备研制难题；三是提出了优化脉冲分配算法、环流抑制和多层面协同调控方法（控制周期10-100微秒），解决了控制保护系统设计难题；四是提出了交直流功率循环和多源注入试验方法，解决了换流器交直流复合应力等效试验难题；五是提出了基于等惯性时间常数和相似性原理的动态模拟方法，解决了高精度全规模仿真与验证难题。该项成果共获授权专利76项（其中美国发明专利1项、中国发明专利46项），编制国际标准和导则8项、中国国家和行业标准4项，编著了包括国内首部柔性直流输电技术专著《基于电压源换流器的高压直流输电技术》在内的学术著作4部。该项成果还推动成立了首个由我国主导的国际大电网组织（CIGRE）工作组，项目组成员参与了柔性直流输电领域目前所有IEC标准编写，显著提升了我国在国际电工领域的影响力和话语权。该项目成果，推动了我国电力装备产业技术进步，标志我国在柔性直流输电领域达到国际领先地位。

该项目成果先后应用于上海南汇的世界首个风电场并网模块化多电平柔性直流输电科技示范工程，浙江舟山的世界上端数最多的五端柔性直流输电工程，世界上电压等级最高、容量最大的柔性直流换流阀产品研制，部分成果还推广应用于英法互联Channel Cable、英国海上风电并网EA ONE等欧洲柔性直流输电工程的设计。上述工程投运以来，运行良好，性能稳定，进一步证明了模块化多电平柔性直流输电技术路线的可行性和适应性。

今后，该项目研制的模块化多电平柔性直流输电技术和装备将推动我国柔性直流输电领域的快速发展，并取得更大的经济和社会效益，同时，还将成为中央企业实施“一带一路”战略的重要合作项目，助推中央企业国际产能和装备制造合作。