2017-2022年中国多端柔性直流输电行业市场现状调研及前景预测报告

观研网-观潮向研精深怀天下观研天下（北京）信息咨询有限公司企业发展咨询第一站2017-2022年中国多端柔性直流输电行业市场现状调研及前景预测报告（目录）观研网-观潮向研精深怀天下观研网-观潮向研精深怀天下观研天下（北京）信息咨询有限公司企业发展咨询第一站观研天下（北京）信息咨询有限公司企业发展咨询第一站2017-2022年中国多端柔性直流输电行业市场现状调研及前景预测报告（目录）【价格】纸介版：7200电子版：7200纸介+电子：7500【交付方式】电子版Email，特快专递【网址】=2008741VSC-MTDC输电技术概述多端直流(MTDC)输电工程是由多个换流站及其直流输电线路组成。它与交流系统有3个或3个以上的连接端口，能够实现多个电源区域向多个负荷中心供电。MTDC系统按照其使用换流器技术来分，它可以分为以下3大类型:1)传统的基于晶闸管相控换流技术的传统多端直流输电(LCC-MTDC)。目前大多数早期投运的MTDC都属于LCC-MTDC输电系统，如意大利－科西嘉－撒丁岛为3端的LCC-MTDC系统、加拿大魁北克－新英格兰为5端的LCC-MTDC系统(实际按3端运行)及日本的新信浓背靠背3端的LCCMTDC系统。2)基于电压源型换流技术的多端柔性直流输电系统(VSC-MTDC)。近些年逐渐有越来越多的实际工程投建(后文详细介绍)。3)混合型多端柔性直流(Hybrid-MTDC)，即为既有电压源型换流器又有晶闸管相控换流器的多端直流输电系统。目前在实际工程中还比较少，如美国的GBX多端直流工程，其两端为LCC换流站，而中间落点为VSC换流站。1.1VSC-MTDC系统拓扑结构VSC-MTDC输电系统是指在同一直流网架下，含有3个及3个以上VSC换流站，通过串联、并联或混联方式连接起来的多端直流输电系统。VSCMTDC系统中的VSC换流站既可作为整流站运行，也可作为逆变站运行，运行方式非常灵活。根据VSC-MTDC运行条件和设计要求的不同，VSCMTDC系统主要有3种拓扑结构。1.1.1并联型VSC-MTDC输电系统并联型VSC-MTDC输电系统是指各VSC换流站并联连接，并且整个直流网络运行在同一电压下的MTDC输电系统。并联型VSC-MTDC主要分为放射式和环网式2观研网-观潮向研精深怀天下观研天下（北京）信息咨询有限公司企业发展咨询第一站种接线方式，其各VSC之间的功率分配主要靠改变换流站的直流电流实现。通常由1个主导VSC控制整个直流网络直流电压，其他VSC的电流变化由该站来平衡。图：并联VSC-MTDC输电系统的拓扑结构示意图。资料来源：公开资料，观研天下整理1.1.2串联型VSC-MTDC输电系统观研网-观潮向研精深怀天下观研天下（北京）信息咨询有限公司企业发展咨询第一站串联型VSC-MTDC输电系统是指各VSC换流站串联连接，并且直流网络流过同一电流的MTDC输电系统。VSC-MTDC输电系统中所有VSC换流站都要参与直流电压控制，直流网络存在多个电压等级。图：串联VSC-MTDC输电系统的拓扑结构示意图。资料来源：公开资料，观研天下整理1.1.3混合型VSC-MTDC输电系统由于拓扑结构的不同，并联型VSC-MTDC输电系统和串联型VSC-MTDC输电系统各自都有自己的优缺点。图：2种多端柔性直流输电方式的比较观研网-观潮向研精深怀天下观研天下（北京）信息咨询有限公司企业发展咨询第一站资料来源：公开资料，观研天下整理因此，对于一些特殊的运行场合，需要结合并联型VSC-MTDC输电和串联型VSC-MTDC输电构成较复杂的混合型VSC-MTDC系统。它综合了前两类输电方式的优点，增加了MTDC输电系统的接线灵活性和系统可靠性。图：混合型VSC-MTDC输电系统资料来源：公开资料，观研天下整理1.2VSC-MTDC输电系统控制原则VSC-MTDC输电系统的各VSC均可独立控制有功功率和无功功率，因此各VSC的控制模式可以分为有功功率类控制和无功功率类控制两大类。而VSC-MTDC输电系统中的每一个VSC必须同时在有功功率类控制和无功功率类控制中各选一种物理量进行控制，并且必须要保证系统内有一端控制直流侧电压。有功功率类控制的主要是VSC接受直接的有功功率控制指令或者通过间接调节与有功功率相关的物理量来控制注入或吸收的交流侧有功功率。有功功率类控制包括定交流侧或直流侧有功功率控制、定直流侧电压控制、定频率控制等。有功功率类控制模式选取原则为:1)定交流侧或直流侧有功功率控制:正常运行情况下，对于交流侧为有源系统，非定直流电压控制的VSC一般会采用定交流侧或直流侧有功功率控制模式。2)定直流侧电压控制:直流侧电压的有效控制是VSC-MTDC输电系统安全稳定运观研网-观潮向研精深怀天下观研天下（北京）信息咨询有限公司企业发展咨询第一站行的基础。正常运行时，VSC-MTDC输电系统各VSC中必须保证有一个VSC作为主导换流站，采用定直流侧电压控制，从而保证直流网络电压始终稳定。3)定频率控制:在VSC-MTDC输电系统中，当有单个VSC(或多个VSC)处于直流孤岛供电区域或者承担局部电网调频任务的VSC就应该采用定交流侧频率控制模式，并且与风电场相连接的VSC通常也会选定交流侧频率控制模式。无功功率类控制主要是VSC接受直接的无功功率控制指令或者通过间接调节与无功功率相关的物理量来控制注入或吸收的交流侧有功功率。无功功率类控制包括定交流侧无功功率控制、定交流侧电压控制等。无功功率类控制模式选取原则:1)定交流侧无功功率控制:正常运行情况下，各VSC的无功功率类控制均可以选择定交流侧无功功率控制。2)定交流侧电压控制:在VSC-MTDC输电系统中，当有单个VSC(或多个VSC)处于直流孤岛供电区域或者承担局部电网调频任务的VSC就应该采用定交流侧频率控制模式，并且与风电场相连接的VSC通常也会选定交流侧电压控制模式。2VSC-MTDC发展现状2.1VSC-MTDC工程实例目前世界范围内已投运的柔性直流输电工程均为点对点两端柔性直流输电系统，尚无多端柔性直流输电工程投入商业运行。两端柔性直流输电系统无法实现对多个电源点的接入或者多个负荷点的同时供电，多端柔性直流输电系统可以将多个分布式新能源电源、孤立海岛或海上平台、多个电网等连接起来，构成柔性直流网络。因此，全世界已经很多国家开始建设VSC-MTDC输电工程。2.1.1国内VSC-MTDC输电工程实例我国虽然在柔性直流输电工程技术研究与应用方面起步较晚。但从2006年开始，国内许多研究单位及时把握住了柔性直流输电技术发展的趋势，在基础理论研究、关键技术攻关、核心设备研制、试验能力建设、工程系统集成等方面取得了许多自主创新成果，通过近几年的快速发展，我国在柔性直流输电技术研究和工程应用等方面已达到世界先进水平。在多端柔性直流方面，我国更是取得了巨大的成就，已有两项多端柔性直流输电工程:南澳多端柔性直流输电工程和舟山多端柔性直流输电工程。南澳多端柔性直流输电工程是由南方电网公司建设的世界上第一个多端柔性直流输电示范工程，它由三个换流站并联构成，采用的是模块化多电平(MMC)技术，观研网-观潮向研精深怀天下观研天下（北京）信息咨询有限公司企业发展咨询第一站直流电压等级为±160kV，传输容量200MW。该工程主要用于海上风电并网，分别在广东汕头南澳岛上的青澳、金牛各建设一座风电送端换流站，在大陆澄海区建设一座风电受端换流站，三个站容量分别为5万kW、10万kW和20万kW，建设直流电缆混合输电线路40.7km。图：南澳多端柔性直流输电工程示意图资料来源：公开资料，观研天下整理舟山多端柔性直流输电工程是世界首个五端柔性直流输电工程，同时也是目前世界上已投运的端数最多、同级电压中容量最大、运行最复杂的海岛供电网络。同样采用的是模块化多电平(MMC)技术，直流电压等级为±200kV，系统总容量为1000MW。该工程主要用于海岛供电，包括五站五线四缆一基地，工程在定海、岱山、衢山、洋山、泗礁各建设一座换流站，容量分别为40万kW、30万kW、20万kW、10万kW，建设直流电缆输电线路141km、交流220kV输电线路22.5km、交流110kV输电线路15.2km。该工程主要采用并联放射型网络拓扑结构。2.1.2国外VSC-MTDC输电工程实例目前在国外也有在建的多端柔性直流输电工程，北美TresAmigas超导体输电项目计划在新墨西哥州的Clovis地区建设一座超级电力中转站，是目前在建最大的三端柔性直流输电工程，该超级电力中转站的设计输电容量预计达5GW，直流电压等级为345kV，共占地约58km2。3个AC/DC换流站分别用于连接西部互联电网、东部互联电网和EＲCOT电网。各换流站均采用VSC，在每个换流站内还安装有大型电能存储设备，除作备用外，还可以用来平衡相连交流系统中的间歇性能源发电及向系统提供辅助服务。该项目预计2016年投运，建成后将进一步促进北美的电网互联及现有3个互联电网内的交流高压网络建设。图：舟山多端柔性直流输电工程示意图观研网-观潮向研精深怀天下观研天下（北京）信息咨询有限公司企业发展咨询第一站资料来源：公开资料，观研天下整理另外还有就是瑞典－挪威的South-WestScheme三端柔性直流输电工程。瑞典国家电网公司在瑞典南部启动了“南西柔性直流工程”，该工程主要用于大容量输电。在Oslo、Barkeryd、Hurva这3地各建2个换流站，为保证运行可靠，该工程采用两条独立的线路，每条直流线路传输容量为720MW，直流电压等级为±300kV，该柔性直流工程计划的输电总量为1440MW，预计在2016年投入运行。2.2VSC-MTDC研究现状由于VSC-MTDC输电的实际工程较少，并且VSC-MTDC输电技术较复杂，所以有关VSC-MTDC输电的研究相对于两端的VSC-HVDC直流输电较少。但是随着柔性直流向着多落点、网络化的发展，近几年来国内外学者针对VSC-MTDC输电关键技术的研究越来越多。本文总结出了近几年所研究的VSC-MTDC关键技术主要包括:VSC-MTDC的拓扑结构分析、VSC-MTDC的控制保护策略研究、VSC-MTDC的建模仿真研究以及VSC-MTDC的运行特性分析。2.2.1VSC-MTDC的拓扑结构分析VSC-MTDC系统的拓扑结构直接关系到其控制策略的可靠性和实用性。目前关于VSC-MTDC输电系统的拓扑结构研究主要集中在拓扑结构的对比分析方面，而对VSC-MTDC输电网络可靠性和经济性方面的研究却很少。2.2.2VSC-MTDC的控制保护策略研究与两端柔性直流输电控制不同，VSC-MTDC输电系统需要协调控制多个换流站，要考虑多个换流站控制系统间的配合问题，因此它的系统级控制比两端观研网-观潮向研精深怀天下观研天下（北京）信息咨询有限公司企业发展咨询第一站VSC-HVDC要更加灵活、复杂。VSC-MTDC输电系统协调控制的关键是对直流侧电压的控制。在VSC-MTDC输电系统中，直流电压的稳定会直接影响到直流潮流的稳定，从而影响到VSC-MTDC输电系统的运行稳定性。从目前国内外VSC-MTDC输电系统电压稳定控制策略的相关文献中，可以将VSC-MTDC系统级直流电压控制策略可以分为两个主要大类，分别为单点直流电压控制策略和多点直流电压控制策略。单点直流电压控制策略将一个换流站作为VSC-M