柔性直流输电技术标准体系研究与优化

摘 要：以模块化多电平换流器为核心的柔性直流输电技术以其损耗低、谐波小、易扩展等优点，成为提升新能源并网稳定性和灵活性、支撑能源转型的新型输电技术。随着近年来柔性输电技术的工程化应用逐渐增加，有必要对柔性直流输电标准体系进行优化提升，以满足柔性直流输电技术发展和后续推广应用需求。本文梳理构建了现有柔性直流输电国家及行业标准体系，结合近年来在柔性直流输电领域涌现的新技术与新设备，提出优化发展方向，明确了需修订与增补的标准及需求，对于规范柔性直流输电领域的相关技术发展、指导标准制定、完善优化标准体系，以及推动先进标准的国际化提供参考。

关键词：柔性直流输电，模块化多电平换流器，标准体系，标准制定，工程化

0 引 言

为了有效解决气候变化、环境污染与传统能源日益枯竭等问题，实行“双碳”行动势在必行，未来将逐渐实现以传统能源为主体向绿色、清洁的可再生能源为主体的能源结构转变。由于我国可再生能源分布与电力消纳呈现典型的逆向分布特性[1]，要求电网具备大容量、远距离输送能力，为沿海负荷区域提供可靠的电力保障。以模块化多电平换流器为核心的柔性直流输电技术可以实现功率四象限运行以及有功、无功独立控制，且损耗低、谐波小、易扩展，成为实现大规模可再生能源汇集送出、深远海风电接入系统的主要并网方式之一，也是当前国内外相关领域研究的热点。按照科技研发、标准制定与工程应用一体化的思想，有必要对现有的标准体系进行优化研究，进一步细化子体系架构，形成完善的系列标准集合，以适应技术与工程应用的新形势。

在柔性直流输电技术标准体系研究方面，文献[2]依托舟山、厦门柔直工程，从规划设计、设备材料、工程建设以及运行维护等方面梳理了国家电网有限公司柔性直流输电工程标准体系，但是缺少对柔性直流输电国家和行业相关标准体系的构建以及优化完善；文献[3]重点梳理了有关柔性直流输电的IEC国际标准和CIGRE导则，并提出了柔性直流输电国际标准未来可以多在直流电网、高压直流断路器等方向优先布局。文献[4]重点梳理了柔性直流输电系统中设备可靠性相关标准，并总结了未来标准制定的方向；文献[5]介绍了海上风电并网领域的标准化工作，其中包括海上风电柔性直流输电技术相关标准的编制现状，但没有进行体系化的研究。

本文对柔性直流输电领域的国家、行业标准进行系统分析和梳理，接着按照坚持持续创新、不断拓展的原则，从既保持标准体系整体架构的相对稳定，又顺应新技术的发展趋势，满足创新发展需求的角度出发，提出标准体系优化发展方向，完善技术标准体系，为标准的制定和促进技术产业发展奠定基础。

1 柔性直流输电技术标准需求分析

世界范围内柔性直流输电工程的规划和建设数量正逐渐增多，应用领域逐渐从常规的端对端陆上输电向深远海上风电输送、新能源送端直流组网等方向扩展，与此同时，也应同步开展柔性直流输电相关标准的规划、布局与制定工作，以满足科技研发、标准制定与工程应用一体化思想。目前来看，已建成投运的多为示范工程，工程建设仍超前于标准建设。在工程的规划、设计与建设阶段，对于技术手段尚不完善的探索性工程，相关的系统参数、运行方式、拓扑结构等与柔性直流输电工程相比有所提升和改进，但试验、设备等方面仍依托旧的标准甚至是常规直流输电技术标准，已无法适应和指导新的工程建设；而由于标准体系的不健全导致主要设备供应商研制的新型设备缺乏统一标准规范，进而不同厂家产品性能不一致，接口不规范等，给工程调试、应用与推广带来不便。

2 标准体系构建和优化方向建议

2.1 标准体系

近年来，在柔性直流输电工程的建设下，各研究机构、高校等不断构建和完善柔性直流输电标准体系建设。本文梳理了已发布的柔性直流输电领域国家、行业、团队及企业标准，构建出基础综合、规划设计、设备材料、工程建设以及运行维护五类标准体系顶层框架设计，对应的标准见表1所示。

基础综合类主要包括柔性直流输电的术语等基础内容的标准，如：术语类标准对各类专业名词进行解释；规划设计类包括柔性直流输电系统性能、控制保护、系统设计等，对工程前期的可研和设计等进行规范和要求；设备材料类标准是对柔性直流相关装备技术进行规范，如：换流阀、接地设备、变压器、启动电阻等；工程建设类标准规范了柔性直流输电工程涉及的各种交接试验、现场试验等要求，为设备运输、现场检查、安装施工及验收等提供统一的标准参考，提高工程验收的效率；在运行维护方面规定了工程运行和检修需要遵守的标准，有助于提高柔性直流输电工程运行维护工作的效率。

2.2 优化方向

未来随着双碳行动的日益开展，能源结构转型势在必行，对远距离、大容量输电的需求更加强烈，柔性直流输电的应用将更加广泛。随着新能源的规模化开发和洲际、跨国互联，端对端扩展组网形式的直流电网可以实现区域间能源资源的优化配置、大规模新能源电力的可靠接入以及现有电力系统运行稳定性的提升。我国西北地区蕴藏着大量的风电、光伏等可再生能源，多种可再生能源大规模互联促使直流电网向更大容量、更多端数、多电压等级互联方向发展，具有广阔的应用前景。

目前，国际上已经投运的柔直工程已有50余项，主要分布在欧洲和中国。欧洲计划以柔直为主要手段建设超级电网，实现北海风电、北欧水电以及北非光伏多种可再生能源的广域互补和高效利用；北美主要将柔直用于交流电网互联，提升电网灵活性；中国柔直技术发展迅速，在输电电压、输送容量等性能指标上已走在世界前列。同时出现大量新型换流装备，有必要结合大量工程应用经验对现行标准进行监督评价及反馈，尽快修订完善现行标准中的不足，从参数设计、控制保护、运行方式、试验流程、检修规范等各个环节建立统一的标准，以便指导后续工程实践。

针对柔性直流输电标准体系，提出以下优化方向建议。

（1）随着工程输送距离、容量和电压等级的不断提升，部分柔直工程标准编制年代久远，已经无法适应新的需求，有必要结合大量工程应用经验，对这部分标准进行修订和完善；

（2）为适应高电压、大容量、远距离输电、直流组网等需求，在目前的工程中应用了大量研制出的新型设备，建议尽早开展新型设备标准化工作，从参数设计、控制保护、运行方式、试验流程、检修规范等各个环节建立统一的标准，以便指导后续应用于工程实践。

根据上述优化方向建议，对柔性直流输电标准体系的不同类别进行了新标准的布局，如：在基础综合类建议增加柔性直流电网以及高压直流断路器等术语标准，以统一新型设备的命名、名词定义等；在系统分析类方面建议新增柔性直流电网、海上风电成套设计、全新能源直流汇集技术规范，以填补相关标准空白，为后续工程提供规范和指导；在设备材料类建议新增直流耗能装置技术规范；在工程建设类新增高压直流断路器、直流耗能装置、直流设备等交接试验、现场试验、电气试验规范等；在运行检修类新增高压直流断路器状态评价规范、装备数字孪生技术应用规范等，以便为后续工程中上述新设备的使用提供标准化技术指导和监督的依据。

3 结 论

本文梳理了柔性直流输电领域国内标准体系，旨在总结当前柔性直流输电工程标准化工作的不足，研判技术发展趋势，结合标准与科研双向互动，完善优化现有标准体系，补充柔性直流输电领域新的应用场景如：直流电网、海上风电柔直送出工程，以及高压直流断路器、直流耗能装置、直流变压器等新设备应用及数智化的标准需求，为本技术领域标准体系的逐步优化和后续标准的制修订工作提供建议。

参考文献

[1]国家发展和改革委员会能源研究所，国家可再生能源中心，中国可再生能源学会，等.中国可再生能源发展路线图2050[R].北京，2014.

[2]于慧芳，杜晓磊，李敬如. 国家电网公司柔性直流输电工程标准体系研究[J].中国标准化，2016（1）：132-135.

[3]孙宝宝，季兰兰. 柔性直流输电国际标准体系分析[J].智能电网，2017， 5（9）：837-840.

[4]罗琴，李丹，潘广泽，等. 中国柔性直流输电系统可靠性标准需求研究[J].南方电网技术，2022， 16（2）：121-129.

[5]樊肖杰，迟永宁，马士聪，等. 大规模海上风电接入电网关键技术与技术标准的研究及应用[J].电网技术，2022，46（8）：2859-2870.