UHV 伝送技術はフレキシブル DC の新時代に突入

クリーンエネルギーの大規模送電は、新しい電力システムで解決すべき主要な問題である

私の国のクリーンエネルギー流通と電力需要には「胡華勇ライン」がある。 気候、生産性の発展、歴史的な政治経済などの要因により、我が国の地域間の経済発展は不均衡となっています。 1935 年に提案された「胡華竜線」（黒河-騰衝線としても知られる）はこの現象の典型的な説明です。胡華竜線より東の地域は国土の約 36 パーセントを占め、国土面積の 95 パーセント以上を占めています。国の人口の割合（当時の1930年代のデータ）。 中国のクリーンエネルギー流通と電力需要には「胡華勇ライン」もある。 胡華勇線の東側は電力の 86.5% を消費していますが、西側は 13.5% しか消費していません。 しかし、クリーンエネルギーの分布という点では、中国の風力資源と光資源の分布を見ると、胡環竜線よりも西の方が胡環竜線よりも東よりもはるかに高いことがわかります。 洋上風力発電資源を除いて、他の高品質の風力発電資源は負荷集中地域から遠く離れており、膨大な電力導入のニーズがあります。

洋上風力発電は沿岸部の重要なクリーンエネルギー源であり、洋上への進出と大規模化は時代の流れです。 中国の洋上風力発電は急速に発展している。 2020年、中国の洋上風力発電の設置容量は3.1GWに達し、初めて欧州を上回り、世界最大の洋上風力発電市場となり、新規設置容量は世界総容量の半分を超える。 2021年に中国が新たに設置する洋上風力発電の容量は16.9GWとなり、過去最高となる。 しかし、2022年に洋上風力発電に対する国の補助金が打ち切られると、洋上風力発電は平価時代に入り、設備容量は通常レベルに戻ることになる。 洋上風力発電は負荷中心に近いため消費しやすく、出力が比較的安定しており、利用時間が長い。 沿岸地域では最高のクリーンエネルギーです。 広東省、江蘇省などの洋上風力発電計画によると、海外の洋上風力発電の開発動向と合わせて、深海化と大規模化が一般的な傾向となっている。

UHV DC は地域をまたいだ大規模送電に最適なソリューションです

UHV には、UHV AC 伝送と UHV DC 伝送が含まれます。 UHV AC は電圧レベル 1000kV の AC 送電プロジェクトを指し、UHVDC は電圧レベル ±800kV 以上の DC 送電プロジェクトを指します。 両者の技術原理や開発ロジックは全く異なります。 UHV DC は、典型的なポイントツーグリッド送電プロジェクトです。 その基本原理は、変換弁を使用して交流電力を直流電力に変換し、目的地まで輸送された後に直流電力を交流電力に変換して交流電力網に接続することです。 主な目的は電気エネルギーを伝送することです。 AC UHV は、電気エネルギーを伝送するだけでなく、グリッド構造を改善し、グリッドの安定性を高める役割も担っています。 直流送電技術は、パワーエレクトロニクス技術をベースとした送電技術です。 シンプルなトポロジ、簡単な電圧変換、低設備コストという利点により、交流送電は世界中の国々で最も一般的に使用されている送電技術となっており、依然として中国の送電網の最も重要な部分を占めています。 直流送電技術は、パワーエレクトロニクス技術の誕生とともに発展した技術路線です。

さまざまなパワー エレクトロニクス デバイスと機能に応じて、従来型直流 (LCC) とフレキシブル直流 (VSC) の 2 つのルートに分けることができます。

(1) 従来の直流 (LCC) は、サイリスタなどの半制御のパワー エレクトロニクス部品を変換弁のコア部品として使用する直流送電技術です。 その利点は、大規模な送電容量と低コストですが、強力な AC グリッドのサポートが必要です。 高調波の量が多く、無効電力を系統から吸収する必要があるため、多数の直流フィルタおよび交流フィルタ装置を構成する必要があります。

(2) フレキシブル DC (VSC) は、変換弁の中核部品として IGBT などのフル制御パワーエレクトロニクス部品を使用した直流伝送技術です。 その利点は、モジュール式マルチレベル技術により標準正弦波に非常に近い交流を形成できること、および有効電力と無効電力をフィルタリング装置や AC グリッドのサポートなしで個別に調整できることです。 デメリットはコストが高く、配送能力が小さいことです。

長距離送電の観点から見ると、DC UHV には AC UHV に比べて明らかな利点があります。我が国の送電網の分割運用の一般的なパターンは変わりません。 私の国の送電網の運営は、中国国家電力網公司、中国南方電力網公司、内蒙古電力公司という3つの主要事業者によって行われている。 7 つの地域同期送電網があり、地域送電網間の接続は弱く、電力の生産と消費のほとんどは地域内で生成されます。

中国電力委員会のデータによると、2021年には6,876億キロワット時の電力が全国の地域に送電されるが、これは社会全体の電力消費量の約8.3％にすぎず、地域間の接続は比較的進んでいない。弱い。 AC電力網の拡張により、電力網のリスクが低下するのではなく上昇する可能性があります。 2018年の中国工程院の「我が国の将来の電力網パターン研究（2020年）諮問意見」によると、地域の主要6電力網を主体とした構造（2019年の重慶・湖北プロジェクト投資）を引き続き堅持すべきである。西南電力網と華中電力網は輸送後に分離される）。 したがって、AC UHV は地域を越えて電力を送電することができず、同じ送電網内に高品質の風力および太陽光資源が存在し、電力需要が大きく、両者間の距離が遠いなど、特定の状況でのみ役割を果たすことができます。は比較的長いです。

DC 送電は、地域に最適な送電網接続です。 しかし、地域間の資源賦存量の違いにより、我が国では地域間の送電需要が比較的大きい。 直流送電には以下の3つのメリットがあり、地域間送電に最適なソリューションです。

(1) 直流送電は長距離送電において経済性に優れています。 直流変電所は交流変電所に比べてコストが高くなりますが、直流送電には表皮効果や充電電力がないため、送電線の利用率が高くなります。 したがって、伝送距離が十分に長い場合には、交流伝送を上回る経済性が得られます。

(2) 非同期系統連系に利用可能。 AC グリッド相互接続では、グリッド全体の周波数が一定である必要があるため、非同期グリッド相互接続には使用できません。 DC 送電は、まず AC 電力を DC 電力に整流し、次にそれを AC 電力に反転します。これは、非同期系統相互接続に適用できます。

(3) 系統事故の隔離に役立ち、系統事故のリスクを拡大させない。 UHV DC 送電は、受信側グリッドの長距離制御可能な電源とみなすことができます。 両端のグリッドは結合しておらず、両端のグリッドは分離されていてもよい。 重大な電力網事故が発生した場合、UHV DC は電力網事故のリスクを拡大することなく事故を隔離できます。 UHV AC のもう 1 つの典型的なアプリケーション シナリオは、電力網の強化です。 我が国の大規模直流送電網が中国北部、中国東部、中国中部、中国南西部に導入されるにつれ、AC電力網の強さが電力システム全体の安全性を決定し、それに応じてAC UHVの需要が増加しています。

新しい電力システムにおけるフレキシブル DC の重要な役割

フレキシブル直流は、遠洋における大規模な洋上風力発電の送電に特に適しています。 現在、洋上風力発電の送電方式は高電圧交流送電が主流となっており、洋上風車を洋上ブースターステーションに接続し、220kV以上の電圧に昇圧して陸上送電網に送電します。 直流送電には充電電力がないため、海底ケーブルへの投資と送電効率は交流送電よりも優れています。 一般に、伝送距離が約80kmを超えると、DC伝送の経済性がAC伝送の経済性を上回ります。 さらに、従来の DC は強力な AC グリッドのサポートを必要とし、洋上風力発電所は風力タービンで構成される弱い AC システムであり、従来の DC の送電要件を満たすことができないため、フレキシブル DC が唯一の経済的で実現可能なソリューションとなっています。 LCC-VSC ハイブリッド技術ルートは、DC ドロップ ポイントが密集している地域における UHV DC 整流障害の問題を効果的に解決します。 建設数十年を経て、我が国は長距離送電を主な機能とする直流送電プロジェクトを32件建設しており、そのうち10件以上は長江デルタや広東省に位置しており、密集した配置が直流送電につながっている。 2 つの場所間の伝達。 整流失敗のリスクが増大し、送電網事故の隠れた危険性が増大します。 フレキシブル DC は転流障害のリスクなしに独立して電圧をサポートでき、上記 2 か所に DC を供給し続けるための最良のソリューションです。 現在、中国南方電力網は五東徳直流送電プロジェクトを完了し、国営電力網も白河潭－江蘇間の超高電圧直流送電プロジェクトを建設中であり、どちらもフレキシブル直流技術を適用している。 しかし、2 つのプロジェクトの技術的ソリューションは異なります。

柔軟な DC 相互接続により、電力網の相互扶助機能が向上し、電源の信頼性と効率が向上します。 私の国の地域電力網間の従来の長距離送電方式に加えて、連続した柔軟な DC ルートも地域電力網の接続点での相互接続に使用できます。 いわゆるバックツーバックフレキシブル DC は、DC ラインを使用せずに整流ステーションとインバータステーションを一緒に構築することを指します。 バックツーバックのフレキシブル DC 技術により、送電網事故の範囲を拡大することなく、地域の送電網間の相互電力供給能力を向上させることができます。 さらに、広東省、江蘇省など中国の500kV送電網はすでに非常に大規模で、構造が複雑で、過大な短絡電流という顕著な問題を抱えている。 連続したフレキシブル DC を追加して電力網を「解きほぐす」ことも、上記の問題を効果的に解決できます。 重慶 - 湖北間の連続プロジェクトと建設中の福建 - 広東間の相互接続プロジェクトは、柔軟なストレート連続プロジェクトの典型的な適用例です。