柔直输电

对具有构网能力的网接变流器的需求，电力系统安全运行依赖于同步电机的一些特性，比如自同步、惯性和快速频率反应、系统强度支持、使用PSS来稳定低频振荡，发电构成变化同步发电机逐步退出，而新能源发电比例在增加新能源发电比如风电和光伏都是通过变流器与系统连接目前电网里大多数网接变流器还在采用跟网控制模式，不具有电网支撑能力。

直流断路器(direct current circuit breaker,DCCB)广泛应用于柔直输电系统，其造价与开断电流密切相关。文中从减小断路器开断电流的角度出发，设计适用于半桥型模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的自适应限流控制结构。在分析MMC直流侧短路电流特性的基础上，利用换流站输入阻抗幅值的变化反映其故障深度，定义换流站故障深度系数Kf；将Kf引入MMC控制结构，使其与桥臂电压参考值关联，提出针对MMC直流侧短路故障的自适应限流控制方法；在PSCAD/EMTDC平台搭建半桥型MMC柔直输电系统模型，模拟直流侧短路故障清除过程，验证限流控制的有效性。仿真结果表明：文中提出的限流控制方法可依据MMC不同故障深度，实现差异化限流控制，减小DCCB开断电流，提升故障清除速度。

今年，舟山柔直工程又有了新突破。4月10日，舟山柔直输电系统舟泗换流站满功率运行超过24小时，标志着工程大功率试验全面取得成功，具备五站满功率运行条件，将实现海上风电、光伏发电、潮汐发电等新能源全额消纳。在构建新型电力系统的大背景下，柔直系统设备和线路承载力进一步增强，为新能源大规模接入电网做好了准备。

鲁西柔性直流换流阀投运至今，在运维过程中存在以下问题: (1) 功率模块进出水嘴无专用工具紧固、均压电极由于空间狭小无法开展力矩检查: (2) 功率模块故障率高，只能采取简单更换、返厂修复的处理方法: (3) 柔直阀塔冷却主管道采用预埋方式设计，上方用钢板进行铺设，检修功率模块需关闭管道进、出水阀门，钢板重达75kg，移开存在人员受伤及钢板坠入管道引起设备损坏等风险:(4)柔直功率模块测试装置重达60kg，不易搬运，其测试线长18m (重10kg)，测试光纤长22m，收纳不方便:(5)功率模块故障后会将故障代码上传到阀控上位机，生成一个4位十六进制代码。目前读取故障代码需要将4位十六进制数转为二进制数( 代码组合有65536种故障类型)，再通过查询二进制故障代码表格，才能查到对应故障类型。 本项目的实施，解决了柔直换流阀检修遇到的新问题和五大痛点，大幅提高了柔直换流阀检修效率，提升了检修质量，降低了检修作业、仪器搬运中潜在的安全隐患，培养锻炼了一批在柔直输电换流阀检修专业的技术人才，为鲁西换流站柔直全年利用小时数超5000h做出了应有贡献，同时该项目可供乌东德直流工程及其他 柔性直流输电工程参考借鉴。

随着柔性直流输电技术的发展，柔直电缆系统技术，尤其是高载流量（工作温度90℃）柔直电缆系统技术是整个电缆行业的热点研究方向。高载流量柔直电缆系统技术的突破面临3类问题：（1）现有商用柔直绝缘材料全部进口，工作温度为70℃，低于交流电缆系统的工作温度90℃，采用该绝缘材料制造的柔直电缆系统输送容量较小，难以满足电网建设中大容量输送的需求；（2）国内外关于工作温度90℃直流电缆本体及连接件（接头和终端）结构设计、直流电场下电缆和连接件的电场匹配等方面的基础理论研究较少且不深入；（3）直流裕度试验采用充油终端，成本高、装卸不方便、易污染环境。上述问题已经严重影响柔直输电系统的大容量要求和电缆产业国产化的健康持续发展。 本研究依托国家电网公司重大科技项目，立足基础理论创新，在国际上首次开发了工作温度90℃的±320kV柔直电缆绝缘材料及其电缆系统，具体创新技术包括：1、自主开发了工作温度90℃的±320kV柔直电缆绝缘料及其柔直电缆，并实现了国产化。①提出了添加纳米粒子以实现抑制电缆绝缘空间电荷积累的方法，通过调控电缆材料助剂的手段降低了绝缘材料的温度敏感性，提出了超净技术提高了绝缘材料击穿强度及电阻率，自主研发了工作温度90℃的±320kV柔直电缆绝缘料，并构建了电缆绝缘基料及柔直电缆绝缘料评价体系；②提出了柔直电缆绝缘厚度设计的最大场强法，巧妙设计了耐腐蚀的环保型柔直电缆结构，自主研制了高载流量±320kV柔直电缆样机研制，提升了柔直电缆载输送容量约20%。2、提出了电缆绝缘-连接件绝缘组成的双层绝缘介质直流电场分布理论，巧妙地设计了柔直电缆连接件应力锥曲线，在国内首次开发了低电阻率的柔直电缆连接件专用绝缘材料及其工作温度90℃的±320kV柔直电缆连接件，解决了柔直电缆与连接件绝缘电场不匹配而易于击穿的问题。3、提出了金属应力锥与绝缘气体进行绝缘配合的柔直电缆全干式裕度试验终端结构设计方案，研制了裕度试验终端样机，解决了直流电缆终端不能循环利用的问题，并防止了环境污染。 本项目获南瑞集团有限公司2020年度科技进步一等奖，发表论文8篇（其中Ei检索4篇），授权发明专利5项，实用新型专利3项。2019年10月，本项目通过中国电机工程学会鉴定，鉴定结论为：“90℃柔性直流电缆绝缘料及±320kV柔性直流电缆系统达到了国际领先水平”。此项成果已在江苏电力、中天科技、万马高分子等应用，未来在海上风电进网、海岛供电、城市输电增容等拥有良好的应用前景。

10月14日，国网浙江电力牵头研发的国内首个非侵入式状态感知的换流阀子模块在舟山五端柔直输电工程舟洋站成功投运。该子模块解决了IGBT芯片温度无法实时、准确在线监测的问题，测量误差在±1摄氏度以内，可以有效预防温度过高引发的IGBT瞬时失效，提升柔直输电系统换流阀运行可靠性。

4月10日，舟山柔直输电系统舟泗换流站满功率运行超过24小时，标志着全球首个五端柔直输电工程大功率试验全面取得成功，具备五站满功率运行条件，将实现海上风光潮等新能源全额消纳。