江苏交直流混联电网规划建设实践与思考

2345 江苏电网的发展、转型及挑战江苏交直流混联电网的构建思路江苏交直流混联电网的创新实践江苏交直流混联电网的规划构想结语 C目录ontents 江苏能源与电力发展现状从能源需求来看，江苏是制造业大省、能源消费大省，用能规模保持中国前列。从能源供给来看，江苏是传统能源小省，化石能源自给率不足8%。从风光资源潜力来看，江苏也是新能源大省。2024年，江苏全社会最大负荷达到1.47亿于瓦，全社会用电量达到8487亿于瓦时。省内发电装机约2.1亿千瓦，其中风光新能源装机达到8486万千瓦，风光装机占省内电源装机总量的40.4%，历史性超过煤电装机成为省内第一大电源，风光发电量1143亿干瓦时、占省内发电量的17.1%。类别理论空间年利用小时敌海上风电0.6亿千瓦2600小时陆上风电0.4亿千瓦2100小时集中式光伏0.5亿千瓦1150小时甲分布式光伏6亿千瓦1050小时风光资源远景理论潜力空间超过7亿干瓦 2024年现状全计会用电器1.47亿千面8487亿千瓦时口2.1亿千K8486万千瓦1143亿千瓦时 七纵七横骨干网架服务省内能源北电南送、西电东送2024年，江苏已建成淮南-南京-上海特高压交流环网，建成雁淮、锡泰、锦苏、建苏特高压直流，形成特高压"一交四直”网架格局，区外来电引入能力超过4500方千瓦。形成500干伏“七纵七横”骨十网架和33个220干伏电网分区组成的电网结构，规模位居中国省级电网首位电网格局：口特高压电网：依托华东特高压交流环网，具有4回特高压直流的大规模电力馈入的受端系统。泰州淮南500于伏电网：建成覆盖全省的网格型“七纵七横”骨干网架。北电南送，西电东送。芜湖口220千伏电网：形成33个220千伏供电分区，分古泉练塘电网区间设有若干分区联络线，保证分区安全供电。安吉锦屏 准东政平白鹤滩 回顾历史，电网发展由电源驱动社会经济发展及电源机组的发展推动了主干电网的发展和建设电源单机容量向大型化发展、区外来电规模的逐步增加，推动江苏骨于电网电压等级的不断提升交流电网规模日益扩张，输电结构日益坚强，分层分区不断优化。2000-2021电源方面，多元化发展加速，煤电仍1978-1999是丰力电源，但表机占比遂步下降。电源方面，大容量高参数煤电机组成为电网方面，进入特高压时代，500千发电主力，电源结构以火力发电为主。伏电网成为主干网架，输网结构更加电网方面，主干网架电压等级升级到坚强。220千伏和500千伏，形成全省一张网 2021以来电源方面，以海上风电、光伏为代表的各类新能源装机从无到有、持续增长，改变了省内主要倚重煤电的电源格局，能源供应方式深刻调整，能源结构不断优化电网方面，电网结构日益紧密，交流电网规模位居首位。 *5 江苏新能源发展进入国际能源署定义的“第三阶段2024年江苏风光发电量占比首次超过15%、达到17.1%，这标志着江苏新能源发展从第二阶段发展到了第三阶段。江苏新型电力系统建设步伐持续加快，预计2060年风光发电量占比将超过省内发电量的55%、成为电量主体，全力支撑“2030年前碳达峰、2060年前碳中和”目标高水平落地国际能源署划分的新能源发展阶段风光发电量占比风光出力长时闯超过电力蒙求，27.3%200.0%更高阶段需要开发长时能等资源，保陷23.4%江苏55%低锁电力系练稳定通行，电网格生性面临抗战，美更创150.0%17.4%第四阶段江苏32%新调随质行技术，大现楼拓店100.0%风光出力特性对电网运行的影74.0%50.0%确您加突出，需要引入满求侧47.29登理和储能等调节资源21.4%50.0%0514.3%0.0%28.1%第二阶段对于电网运行有明量影响，可2013年2020年2025年商过加电网管理方式省内新能源与负荷占比第一阶段对于电网的运行没有明是彩单，2023年2024年2030年2060年 “三高"趋势明显28.4%28.6%27.1%30.0%158.1%→25.0%50%126.5%20.0%133.3%15.0%25%100.4%10.0%69.8%5.0%15%0.0%2030年2045年2060年3%源侧电力电子占比区外来电电力与负荷占比0% 面临的问题与挑战能源结构加速转型潮流调控需求增加江苏清洁能源装机未来将成为省内电源主体，电源特性由连续可控转向强不确定、弱可控性。主干网加强与分区互联技术有待突破受潮流分布、短路电流等因素影响，交流技术在省级主干电网加强上的边际效益趋低，交流技术无法直联220干伏分区，难以发挥源荷互补效益。 源荷逆向分布趋势加深过江通道持续承压新能源、核电等核心电源群布局聚集苏北沿海地区，驱动北电南送关键断面输电需求持续加强。廊道资源稀缺，通道建设成本高或不可行跨江通道及城市电缆通道实施难度大，工程造价高昂，廊道资源集约化利用水平有待提升。 23江苏交直流混联电网的创新实践45 江苏电网的发展、转型及挑战江苏交直流混联电网的构建思路江苏交直流混联电网的规划构想结语 C目录ontents 直流输电技术发展对电力的认识和应用以及电力科学技术的发展都是首先从直流开始的与交流输电技术相比，直流输电技术具有功率密度大、调节快速灵活不增加被联电网的短路容量等技术优点，在大容量远距离输电、背靠背区域互联等“特殊场景下具有技术经济优势基于晶闸管换流器的直流输电技术（LCC-HVDC，常规直流输电）与基于电压源换流器的直流输电技术（VSC-HVDC，柔性直流输电）得到了广泛的工程应用，并持续创新升级换流器交流系高流系势AC技术特征送更真专能品其小、容量大，造的低整流，逆安隔离，无网步可照易于使用电器 换流器交流系统常规直流输电柔性直流编电AC应用场合送、无图网络快电远品海大容量编电电网互联，无持不可控，需无动补能和速器大电，功率反（股长（分级）多联拍电/供电我电需件价格高海上然并平台供电*人/±1100V/13900(ma混合直流输电 Flexible HVDCVSC-HVDC招停:IG8THVDCLightHNDCPS 交直流输电对比分析交流输电：PACsystem=U,Using流线路的输电能力PAcline取决于PACsystem输电能力，一般情况下受热稳定、静态稳定、暂态稳定等多重因素影响，交流线路的最大输送电流一股为导线持续热极限的0.4~0.5。直流输电：其中，当直流送受端交流系统备适当的电气强度，直流系统的输电能力主要由直流电压和直流电流共同决定。一股情况下，直流系统的输送电流可按导线热极限输送。 Ppcline= UI 全国交直流混联电网的构建思路我国80%以上的能源资源分布在西部、北部，75%的电力消费集中在东部、中部。能源资源与负荷中心逆向分布，供需相距800~3000km。为实现全国范围内的能源资源优化配置，我国跨区直流输电技术突破了远距离、高电压、大容量的技术瓶颈，取得了瞩自的成就。在全国电网发展过程中，直流输电技术主要应用于跨区直流输电和区域互联场景，构建了世界上输送容量最大、输电电压等级最高、多区域电网交直流混联的电力系统。华东电网中图源：2019中国特高压直流输电技术现状和发展方向 电压等级/kV±500±800±1100输电容量/GW36.4-1012输电距离/千公里123前电损耗（%/千干公里）0.06940.02790.016[1]刘洋洪主1100kV特高压直流输电T程创新实线]中国电机T学报，2020 省级/区域电网交直流混联电网的构建新思路对省级/区域电网来说，通过持续扩大和优化，形成了坚强可靠、结构紧密的主干输电网。随着新能源装机/电量占比不断提升，一方面需要维持主于交流电网的输电规模发挥规模效益，另一方面需要提高主于电网的运行灵活性和可控性。直流输电技术可以很好地满足当前结构紧密型受端电网在“保供和保绿”双重自标下的发展需要，江苏公司结合自身发展实际，创新提出了交流电网“嵌入”直流输电技术的规划理念，使直流输电成为区域内网交流电网的输电能力提升、运行灵活性提升的技术手段，拓展了直流输电技术的应用场景，丰富了交流电网与直流输电的耦合关系，提出了省级交直流混联电网的构建新思路 杨镇直流工程：江苏构建交直流混联电网的突破口新能源发展迅猛，源荷逆向分布特征显著。长江以南的苏南地区为主要的负荷中心，新能源及核电集聚长江以北的苏北地区。”北电南送是江苏电网规划建设的重中之重负荷分布：长江以北地市负荷占比41.7%，长江以南地市负荷占比58.3%。新能源发展：近期集中式分布式光伏快速增长，未来发展陆上光伏与深远海风电新能源布局：80%新能源规模位于长江以北地市。风电99.4%位于苏北，光伏75%位于苏北预计到2030年新能源规模新能源装机占比50%，发电量占比20%源荷分布风电装机苏北占比99.4%，光伏装机苏北占比75%煤电装机苏北占比52%，负荷需求苏南占比54% 长江-13 扬镇直流工程：江苏构建交直流混联电网的突破口2024年以前，江苏过江主干输电交流断面共6个通道，由1个双回特高压通道和5个双回500干伏通道构成，断面输电能力约2200万干瓦。位于扬州至镇江的中部跨长江交流输电通道首先成为输电瓶颈驱待加强，以满足富集新能源直送负荷中心的需要徐宿准扬泰连盐通闽西通道中通进东通道2周500千伏4周500千伙21000千伏特高压通道4同500千伏交液交滤长江交流交流南京镇常苏锡 -14 扬镇直流工程：江苏构建交直流混联电网的突破口杨州至镇江中部跨长江交流输电通道加强需求强烈，但是传统的交流输电技术加强的思路遇到了多方面的问题：一是既有中部通道进一步提升能力极难，长江跨越段已增容改造：二是新建长江大跨越不可行，既未预留跨越点位置，也受到机场、公铁大桥、长江通航等制约；三是交流加强的边际效益下降，受短路电流控制、电磁环网等因素影响，整体输电能力提升有限，影响交流电网整体运行效益：四是交流潮流调控困难，电力交换能力可能无法达到预期，也无法适应新能源出力的波动特性。快站南榨主站两岸经济发达、城镇化程度高，城市连片，码头工业区域密集，周边地区长江江面的平均宽度在3-4公里，基本不具备新建500千伏跨江通道的物理条件 杨镇直流工程：江苏构建交直流混联电网的突破口字量输电资产未充分发挥作用。500kV五峰山大跨越旁有1座220kV五峰山大跨越，是江苏首座长江大跨越铁塔，建设之初由位于江南的镇江速壁电厂向江北的泰州地区供电。经过数次升级改造后最终按220kV设计、按110kV降压运行，由江南镇江主城馈供江北变电站。该通道未能充分发挥输电能力，电力流向也与“北电南送”整体格局不协调。是否可以交流改直流运行？规划建设直流通道，利用直流功率密度高、调节性能强等特点，提升现有输电通道的利用效率、提高过江输电通道的输电能力，为新能源跨江直送负荷中心提供一条通路！220kV五峰山500kV五峰山长江大跨越限制因素长江大跨越（中部通道）过江资源基本开发始尽，新建常规输电通道难以导求新的过江通道新增常规交流通道对断面输电能力的提升作用有限，五峰山公路铁难以适应新能源发展对电路大桥网灵活性、可控性的要求 解决方案“交改直”：挖掘现有交流通道输电潜力预留的交流通道敷设直流“嵌入式直流”：可适应新能源发展对电网灵活性可控性的要求 -16 扬镇直流工程：江苏构建交直流混联电网的突破口恢复220kV运行或升压至500kV交流？受短路电流控制、电磁环网等因素影响，不论是升级到220kV或500kV整体输电能力提升有限，交流加强的边际效益下降，且升压至500kV涉及大跨越改造，工程实施难度天、代价大。是否可以交流改直流运行？规划建设直流通道，利用直流功率密度高、调节性能强等特点，提升现有输电通道的利用效率、提高过江输电通道的输电能力，为新能源跨江直送负荷中心提供一条通路！方案效益分析恢复2回220kV交流线路线路输电能力不足、短路电流超标、出现500/220干伏弱电磁环网问题潮流分布不均、潮流越限风险、短路电流超标，且涉及大跨越改造，工程升压改造为500干伏交流线路实施难度大、代