电力装备企业如何从跟跑者向“领跑者”跨越

中国能源消费、供给、技术和体制革命的大幕即将拉开，这将是一场无比庞大的能源系统改造工程。我国众多电力设备企业，既要面临转型升级的严峻考验，也要把握前所未有的无限商机。那么如何实现从“跟跑者”向“并行者”再到“领跑者”跨越，电力设备企业做了积极的努力。8月16日，由清华大学电机系、张家港经济技术开发区(国家级)和江苏省(张家港)智能电力研究院联合主办的 “第一届中国智能电力产业发展论坛”在北京举行，本次论坛的主题是 “新技术、新挑战、新机遇”，来自全国各地的电力相关产业的120多家企业相聚北京，共同交流智能装备、技术发展成果，中国工程院院士韩英铎、余贻鑫、李立浧、郭剑波作了发言。此外，会上成立了智能电力产学研联盟。

韩英铎：电能质量治理亟待提速

加强大电网动态无功支撑STATCOM应加速取代SVC

近年来中国电力工业发展迅猛，伴随大量非线性及冲击负荷接入电网，引起了日益严峻的电能质量问题。同时，智能电网建设及新能源发展又对电能质量提出了新要求，这使得电能质量的治理迫在眉睫。需要加强电网动态无功补偿作支撑。

现在电网存在着反差极大的落后领域。电力系统的多电压等级、多层结构加之负荷的随机性使得负荷动态参数成为长期难题。韩英铎举例说，同样是黑龙江电网稳定极限与负荷参数影响算例，选择不同负荷模型对输电系统稳定极限影响很大。若选择“50%恒定阻抗+50%电动机”的模型，送出断面功率极限为61.5万千瓦，而选择“40%恒定阻抗+60%恒定功率”的模型，送出断面功率则高达120万千瓦。

由此可以看出，电网的稳定性容易受到影响。此外，随着智能电网的快速发展，我国电网将面临更多的技术问题，影响电网电能质量稳定，例如设备利用率低安全可靠性不高，安全裕度过大，节能减排优化调度差;接受间接式可再生能源接入能力差;改善电能品质得不到落实;调峰节能，有功无法存储等。

因此，韩英铎也多次指出应加强电网动态无功补偿装置的配置。他表示，经过多年的技术进步，功角稳定、频率稳定已经不是我国区域电力系统的大问题，取而代之的是电压问题。暂态电 压稳定是京沪穗深等中东部受端各大中心负荷区面临的共性潜在威胁，也是各大区电网主要安全问题。此外，发端系统在直流双极闭锁引起大面积切机时也要校验本地区的电压动态过程。新能源发电中，众多风电场需要动态无功补偿装置。南方电网已经在加强重要负荷节点动态无功支撑。

那么，在现有电网动态无功补偿装置技术方面，何种技术能委以重任?韩英铎院士也给出了答案——— “STATCOM的市场大得很”。链式STATCOM经过十几年的发展，目前已经在各行业得到了广泛的应用。风电场中应用非常多，到2012年底，我国的1400多个风电场绝大部分都安装了STATCOM，主要是为了减少由于风电的随机性引起的电压波动，另外有些末端风电场直接带载，容易产生电压不平衡，需要补偿;链式STATCOM在电弧炉、轧钢机这样的冶金负荷中应用也比较多，用来治理电压闪变和负荷不平衡;电网最关注的是设备可靠性和电压稳定，电网系统中近年来也有一定的应用。

他认为，STATCOM应该加速取代SVC。因为STATCOM在无功控制能力、无功补偿响应速度、同等补偿效果所需容量、占地面积、损耗与输出无功的关系等方面均优于SVC。而且近年来，二者的价格基本相当。国产STATCOM技术已经成熟,容量和电压水平已经可以覆盖国内各行业的需要。
 
余贻鑫：新能源发电期望储能

需要寿命长、价格低、可靠性和效率高的大功率化学电池

随着风能、太阳能等可再生能源和智能电网产业的迅速崛起，储能技术成为万众瞩目的焦点。大规模储能技术被认为是支撑可再生能源普及的战略性技术。

余贻鑫表示，储能是解决可再生能源发电间歇性，不确定性和多变性的期望所在，电网的安全性要求可再生能源发电时时刻刻保持供需平衡。

我国风电、光伏资源丰富，一旦储能规模化推广，前景广阔。

在风电方面，我国计划建设10个1亿千瓦级风电基地分别位于甘肃酒泉、新疆哈密、河北、吉林、蒙东等地。

到2015年末连接到大电网的风力发电的累积容量将达到1.5亿千瓦。到2050年，风电将供全国电力需求的17%。

光伏方面，中国拥有丰富的太阳能资源。全国到达地面的水平面年平均总辐射量相当于1.7万亿吨标煤。平均转换效率为10%时，全国太阳能辐射量每年可提供1.4×1015千瓦时的电力。中国只需利用0.357%的土地就可生产5×1012千瓦时电力。

我国大规模的风电、光伏发电离不开储能调节，由其带来的储能效益无法预估。从全球范围看，IMS研究公司于2013年4月30日发布：“预计全球光储能市场，将从2012年的小于2亿美元迅速增长2017年到190亿美元。” 目前电网对储能的需要(储能的应用)是多方面的，包括电能质量、电压支持、旋转储备、对频繁变化的负荷进行负荷跟踪、减轻配电阻塞、为可再生能源提供服务、平移负荷需求、用户的用能管理等。每种应用的充放电特性不同，但是缺乏适合于多种充放电特性(具有多功能性)的储能装置。

据余贻鑫介绍，目前世界上发展最快的大容量储能技术是全钒液流储能电池 (VRB)———与市场上的铅酸电池、镍氢电池比，功率大、寿命长达15年、价格低、可靠性高、支持频繁大电流充放电、操作和维修费用少、绿色无污染。它是与风电、光伏电组合成离网或微网发电系统最佳选择，也可用于削峰填谷。

磷酸铁锂电池(寿命20年以上)和钠硫电池也是主流的电网解决方案，可用于调峰和负荷平衡。

在太阳能行业锂离子电池和整体存储阵列的价格下降，住宅系统(离网)将获得最大的应用，将增至2018年的38.2万千瓦。与此同时，轻型商用部门增至22万千瓦，而重型商用/工业7.33万千瓦。但并网型的太阳能设施将拥有市场的主体。

美国前能源部部长朱棣文(StevenChu)也曾表示，储能技术与太阳能技术相结合，在配电和发电领域的影响或可与当年互联网所造成的颠覆性冲击相媲美。

李立浧：柔直输电需电力电子升级

创新电力电子器件期待优良控制系统

继世界首个五端柔性直流输电工程———浙江舟山工程投运后，7月21日，位于福建厦门岛的厦门柔性直流输电科技示范工程开始建设。厦门柔性直流工程是世界上第一个采用真双极接线、电压和容量双双达到国际之最的柔性直流输电工程，工程额定电压±320千伏，额定容量100万千瓦，计划于2015年12月投产。我国在柔性直流输电领域频频绽放光彩，为推动电力电子技术升级作出了重要贡献。

高压大容量柔性直流输电技术是未来电力电子技术是的重要发展方向，受到世界各国都高度重视。其涵盖了成套设计、阀及阀控、试验检测、动模仿真、控制保护、电子器件等系列关键技术。

据李立浧介绍，柔性直流输电是基于可关断器件和电压源换流器的高压直流输电技术，换流器自换向，能够独立调节有功功率和无功功率，可控性和灵活性强，占地省、谐波小、控制灵活，被誉为新一代的直流输电技术。

采用基于模块化多电平换流器的柔性直流输电技术，具有模块化水平高、输出电压失真小、谐波含量低等突出优点。

要求有功功率、无功功率独立控制，具备四象限运行能力。

相比传统直流输电技术而言，要求全控器件，自换相、调制控制，输出电平数很高，百电平以上。而传统直流输电技术则是半控器件(晶闸管)，电网换相，相位角控制，以6脉动为基础，通常为12脉动。

在电压、容量方面表现为增长快，2015年前后，电压和容量将接近500千伏常规直流输电水平，能够覆盖输电网和配电网应用。

500千伏等级，桥臂功率模块数量625个，包含1250个IGBT;整个换流器(站)包含7500个IGBT器件。现有器件耐压水平导致高电压情况下，串联级数巨大。控制异常复杂，一个周期多次触发，器件在不同时刻需要精确导通。随着电压等级升高，需要开发更大电流器件，均流控制技术。

“2012～2015，全世界预计将有11个工程;欧洲大规模风电接入、国家联网均拟采用柔性直流输电。”李立浧表示。未来，柔性直流输电技术在结构上将表现为，换流阀所需大功率电力电子器件选择多样化;换流器输出谐波含量少，无需交流滤波器;开关频率大大降低，运行损耗减少，运行成本降低;结构更加紧凑，更适合海上等不利环境下建设、运行。

而随着风电等新型电源不断接入中低压等级电网，电力电子技术也将在中低压电网得到广泛应用，这种应用改变了传统的潮流方向，也提出了很多新的课题。

因此，李立浧期望在器件方面，创造新器件或在现有器件上功能创新。发明新的与现有的拓扑结构有本质区别的拓扑结构以及基于新的功率理论的控制系统，基于新工程应用的优良的控制系统。

李立浧：柔直输电需电力电子升级

创新电力电子器件期待优良控制系统

继世界首个五端柔性直流输电工程———浙江舟山工程投运后，7月21日，位于福建厦门岛的厦门柔性直流输电科技示范工程开始建设。厦门柔性直流工程是世界上第一个采用真双极接线、电压和容量双双达到国际之最的柔性直流输电工程，工程额定电压±320千伏，额定容量100万千瓦，计划于2015年12月投产。我国在柔性直流输电领域频频绽放光彩，为推动电力电子技术升级作出了重要贡献。

高压大容量柔性直流输电技术是未来电力电子技术是的重要发展方向，受到世界各国都高度重视。其涵盖了成套设计、阀及阀控、试验检测、动模仿真、控制保护、电子器件等系列关键技术。

据李立浧介绍，柔性直流输电是基于可关断器件和电压源换流器的高压直流输电技术，换流器自换向，能够独立调节有功功率和无功功率，可控性和灵活性强，占地省、谐波小、控制灵活，被誉为新一代的直流输电技术。

采用基于模块化多电平换流器的柔性直流输电技术，具有模块化水平高、输出电压失真小、谐波含量低等突出优点。

要求有功功率、无功功率独立控制，具备四象限运行能力。

相比传统直流输电技术而言，要求全控器件，自换相、调制控制，输出电平数很高，百电平以上。而传统直流输电技术则是半控器件(晶闸管)，电网换相，相位角控制，以6脉动为基础，通常为12脉动。

在电压、容量方面表现为增长快，2015年前后，电压和容量将接近500千伏常规直流输电水平，能够覆盖输电网和配电网应用。

500千伏等级，桥臂功率模块数量625个，包含1250个IGBT;整个换流器(站)包含7500个IGBT器件。现有器件耐压水平导致高电压情况下，串联级数巨大。控制异常复杂，一个周期多次触发，器件在不同时刻需要精确导通。随着电压等级升高，需要开发更大电流器件，均流控制技术。

“2012～2015，全世界预计将有11个工程;欧洲大规模风电接入、国家联网均拟采用柔性直流输电。”李立浧表示。未来，柔性直流输电技术在结构上将表现为，换流阀所需大功率电力电子器件选择多样化;换流器输出谐波含量少，无需交流滤波器;开关频率大大降低，运行损耗减少，运行成本降低;结构更加紧凑，更适合海上等不利环境下建设、运行。

而随着风电等新型电源不断接入中低压等级电网，电力电子技术也将在中低压电网得到广泛应用，这种应用改变了传统的潮流方向，也提出了很多新的课题。

因此，李立浧期望在器件方面，创造新器件或在现有器件上功能创新。发明新的与现有的拓扑结构有本质区别的拓扑结构以及基于新的功率理论的控制系统，基于新工程应用的优良的控制系统。