新基建丨“十四五”柔性直流渗透，成就直流输电黄金时代

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前言：

随着全国统一电力市场建设和用户侧能源服务发展的提速，特高压实现大范围跨省跨区配置资源，配电网就地消纳分布式新能源显得尤为迫切。

作者 | 方文图片来源 |  网 络 
 
目前已经暴露的不足

①受端电网动态无功支撑不足：直流大量替代本地电源开机，面对电压扰动，直流系统暂态响应与常规机组相反，恶化电压稳定性。

 

②送端短路容量不足：未来多能互补基地以风、光电力电子装置并网为主，无法提供短路容量支撑，在无功扰动下电压波动巨大。

 

③高比例受电地区电压支撑不足：随着大城市等负荷中心火电逐步关停，对外来电依赖加大，负荷高峰期电压稳定问题突出。

 

以上可通过配置调相机、SVG等动态无功补偿设备予以部分解决，但成本高、运维难度大。

直流输电是新型结构性机会

南方电网日前发布“十四五”电网规划，总投资额约6700亿元，较“十三五”总投资增长约22%。

 

目前国家电网预计总投资较“十三五”增长约10%，两网合计增长约15%左右。

 

由于我国电网网架日趋完善，供电可靠性普遍较高，电力供应呈现整体宽松态势。

 

从投资额总量看，重现两位数的年化增长率已无可能。

 

在此前提下，应放弃总量仍将大幅度增长的幻想，重视新型电力系统背景下的结构性机会。

 

[多能互补电源体系+特高压直流输电送出通道]，是新型电力系统针对新能源的主流解决方案，国内新一轮特高压项目建设将大规模开展。

[柔性直流+常规直流]优势互补

柔性直流技术是直流输电的升级和进化，该技术在保持传统直流输电技术机床上，并依靠基于IGBT器件能关断特性的脉宽调制技术，能实现有功、无功功率的独立控制。

 

通过采用基于全控型电力电子器件（如IGBT、GTO）的电压源型换流器（VSC），柔性直流输电克服了常规直流技术的缺陷：

 

可向孤岛供电；无换相失败问题；不需要无功支撑；有功、无功可独立控制；可实现多端直流电网。

 

因此，柔性直流特别适合海岛供电、海上风电送出等场景。

 

若采用柔性直流技术建设特高压直流受端换流站，或对存量换流站行改造，便可降低对受端电网电压支撑能力的需求，减小换相失败的概率，提升电网安全稳定性。

国家电网规划“十四五”期间特高压交直流工程总投资3002亿元，新增特高压交流线路1.26万公里、变电容量1.74亿千伏安，新增直流线路1.72万公里、换流容量1.63亿千瓦。

 

相对传统的直流输电，柔性直流输电以IGBT等高频率、可控性电力电子器件为核心。

 

在集成传统常规直流几乎全部优点的同时兼具无功率补偿、无换相失败、可向孤岛供电及能进行多端系统构建等特点，更加契合清洁能源的输送。

 

而从市场空间看，在柔性直流技术加持下，直流输电能够解决风电、光伏大规模送出和并网问题。

 

柔性直流输电有望依托自身接近火电同步发电机组的性能特质成为未来电网升级方向之一。

 

柔性直流技术加持下，直流输电不再存在技术限制，使用范围得到扩展。柔性直流技术是直流输电的升级和进化。

 

直流输电不但可用于远距离（特高压）输电，还可用于柔直背靠背以及深远海上风电送出。

 

但通过柔直，两个电网可以不同步，完全隔离开。不管各自出什么事故，双方都互不干扰，最好的办法就是柔性直流。

 

如此，未来依托风光大基地和海上风电，柔性直流必然快速发展。

高比例可再生能源+柔直渗透

根据目前国网、南网“十四五”规划况，预计2021-2025年将有10条左右的特高压直流线路开工。

 

南网正在积极推进的中通道、南通道柔性互联工程将成为一批柔直背靠背工程的样板，在南网其他区域和国网中得到推进。

 

结构性变化核心在于直流输电将大规模起量，在柔性直流技术加持下，直流输电能够解决风电、光伏大规模送出和并网问题。

 

在特高压混合直流、柔直背靠背以及深远海上风电送出三大应用场景共同驱动下，预计“十四五”期间直流输电工程总投资规模将达4000亿以上。

 

其中换流阀、IGBT、晶闸管等五年市场总需求在450亿元，为相关产业链公司带来充足弹性。

 

能够将多个大型新能源基地接入直流系统，也能够接入常规直流系统，通过改造完成新能源接入，以利用传统的直流系统资产，提升系统效益。

面临成本与技术制约

与特高压直流输电工程相类似，柔性直流工程的建设需要诸如IGBT换流阀、直流断路器等核心设备，是工程的关键所在。

 

其中，柔性换流阀在总工程成本中的占比在25—30%左右，而换流阀中功率半导体组件又是换流阀中价值量占比最高的部分，由大量晶闸管、IGBT组成。

 

不过，当下柔性直流技术依旧面临成本和技术双重制约，一方面，相对传统直流，柔性输电的成本是其1.8倍左右；

 

另一方面，柔性直流技术端虽已有多个示范项目投运，但前期项目效果差强人意，整体仍有待进一步认证。

结尾：

可预见在未来清洁能源装机容量不断增加、多场景开展应用的背景下，发电侧和用电侧的改变，柔性直流将是电网未来升级的必然趋势。

 

部分资料参考：未来智库：《直流输电行业专题研究：“十四五”开启直流输电黄金时代》，机器之能：《「海风」扑面，化解凛冬之中的能源危机》

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