UHV 전송 기술은 유연한 DC의 새로운 시대를 엽니다

청정 에너지의 대규모 전송은 새로운 전력 시스템에서 해결해야 할 주요 문제입니다.

우리나라의 청정 에너지 유통과 전력 수요에는 "후환용 라인"이 있습니다. 기후, 생산성 발전, 역사적 정치 경제 및 기타 요인과 같은 요인으로 인해 우리나라 지역 간의 경제 발전은 불균형합니다. 1935년에 제안된 "후환용선"(흑하-등충선이라고도 함)은 이러한 현상에 대한 전형적인 설명입니다. 국가 인구(당시 1930년대 데이터). 중국의 청정 에너지 유통과 전력 수요에도 "후환융 라인"이 있다. Hu Huanyong 선의 동쪽은 전력의 86.5%를 소비하는 반면 서쪽은 13.5%만 소비합니다. 그러나 청정 에너지 분포 측면에서 볼 때 중국의 풍력 자원과 광 자원 분포에서 Hu Huanyong 라인의 서쪽이 Hu Huanyong 라인의 동쪽보다 훨씬 높다는 것을 알 수 있습니다. 해상 풍력 자원을 제외하고 다른 고품질 풍력 자원은 부하 집약적인 지역에서 멀리 떨어져 있으며 전력 배치 수요가 많습니다.

해상풍력은 해안을 따라 중요한 청정에너지원으로 해상화하여 규모를 키우는 것이 시대적 추세입니다. 중국의 해상 풍력 발전은 빠르게 발전하고 있습니다. 2020년 중국의 해상 풍력 발전 설비 용량은 3.1GW에 도달하여 처음으로 유럽을 제치고 세계 최대 해상 풍력 발전 시장이 될 것이며, 새로 설치된 용량은 세계 전체 용량의 절반을 초과할 것입니다. 2021년 중국에 새로 설치된 해상 풍력 발전 용량은 16.9GW로 사상 최대 규모가 될 것이다. 그러나 2022년 해상풍력에 대한 국고보조금이 철회되면서 해상풍력은 패리티 시대에 접어들고 설비용량은 정상 수준으로 돌아올 것이다. 해상 풍력 발전은 부하 중심에 가까워 소비에 유리하고 해상 풍력 발전의 출력은 상대적으로 안정적이며 이용 시간이 높습니다. 연안지역 최고의 청정에너지입니다. 광동성, 강소성 등지의 해상풍력발전계획에 따르면 해외 해상풍력발전의 발전추세와 결합하여 심해풍력과 대규모 발전이 대세이다.

UHV DC는 지역 간 대규모 전력 전송을 위한 최고의 솔루션입니다.

UHV에는 UHV AC 및 UHV DC 전송이 포함됩니다. UHV AC는 전압 레벨이 1000kV인 AC 송전 프로젝트를 말하며 UHVDC는 전압 레벨이 ±800kV 이상인 DC 송전 프로젝트를 말합니다. 둘의 기술 원리와 개발 논리는 완전히 다릅니다. UHV DC는 일반적인 지점 간 송전 프로젝트입니다. 기본 원리는 컨버터 밸브를 사용하여 AC 전원을 DC 전원으로 변환한 다음 DC 전원을 목적지로 운송한 후 AC 전원으로 변환한 다음 AC 전원 그리드에 연결하는 것입니다. 주요 목적은 전기 에너지를 전송하는 것입니다. AC UHV는 전기 에너지를 전송하는 것 외에도 그리드 구조를 개선하고 그리드의 안정성을 높이는 역할도 수행합니다. DC 전송 기술은 전력 전자 기술을 기반으로 한 전력 전송 기술입니다. 간단한 토폴로지, 쉬운 전압 변환 및 낮은 장비 비용이라는 장점으로 인해 AC 전송은 전 세계 국가에서 가장 일반적으로 사용되는 전력 전송 기술이 되었으며 여전히 중국 전력망에서 가장 중요한 부분입니다. DC 전송 기술은 전력 전자 기술의 탄생과 함께 발전한 기술 루트입니다.

다른 전력 전자 장치 및 기능에 따라 기존 직류(LCC) 및 유연한 직류(VSC)의 두 가지 경로로 나눌 수 있습니다.

(1) 기존의 직류(LCC)는 컨버터 밸브의 핵심 부품으로 사이리스터와 같은 반제어 전력 전자 부품을 사용하는 직류 전송 기술입니다. 그 장점은 큰 전송 용량과 저렴한 비용이지만 강력한 AC 그리드 지원이 필요합니다. 고조파의 양이 많고, 무효전력을 그리드에서 흡수해야 하므로 많은 수의 DC 필터링 및 AC 필터링 장비를 구성해야 합니다.

(2) Flexible DC(VSC)는 IGBT와 같은 완전 제어 전력 전자 부품을 컨버터 밸브의 핵심 부품으로 사용하는 DC 전송 기술입니다. 모듈러 다단계 기술을 통해 표준 사인파에 매우 근접한 교류 전류를 형성할 수 있고, 필터링 장비나 AC 그리드 지원 없이 유효 전력과 무효 전력을 독립적으로 조정할 수 있다는 장점이 있다. 단점은 비용이 높고 배송 용량이 작다는 것입니다.

장거리 전력 전송의 관점에서 볼 때 DC UHV는 AC UHV보다 분명한 이점이 있습니다. 우리나라 전력망의 일반적인 분할 운영 패턴은 변하지 않을 것입니다. 우리나라의 전력망 운영은 중국 국가 전력망 공사, 중국 남방 전력망 공사 및 내몽고 전력 회사의 세 가지 주요 운영 업체가 담당합니다. 7개의 지역 동기식 전력망이 있으며 지역 전력망 간의 연결이 약하고 대부분의 전력 생산 및 소비가 지역 내에서 생성됩니다.

중국전력위원회(China Electricity Council)의 데이터에 따르면 2021년에는 6876억 킬로와트시(kWh)의 전기가 전국 각 지역에 전송될 것이며 이는 전체 사회 전력 소비의 약 8.3%에 불과하며 지역 간 연결은 상대적으로 약하다. 약한. AC 전력망을 확장하면 전력망이 떨어지는 대신 상승할 위험이 있습니다. 2018년 중국 공학원의 "우리나라의 미래 전력망 패턴 연구(2020) 자문 의견"에 따르면 우리는 6대 지역 전력망을 주체로 하는 구조를 계속 고수해야 합니다(2019년 충칭-후베이 프로젝트 투자 Southwest Power Grid와 Central China Power Grid는 운송 후 분리됩니다. 따라서 AC UHV는 지역 간에 전력을 전송할 수 없으며 고품질 풍력 및 태양광 자원의 존재와 동일한 전력망에서 전력 수요가 많고 둘 사이의 거리와 같은 특정 상황에서만 역할을 할 수 있습니다. 비교적 길다.

DC 전송은 최고의 지역 그리드 연결입니다. 그러나 지역별 자원부재의 차이로 인해 우리나라는 지역 간 송전 수요가 상대적으로 많다. DC 송전은 다음과 같은 세 가지 장점이 있어 지역 간 송전을 위한 최상의 솔루션입니다.

(1) 직류송전은 장거리 송전에서 경제성이 우수하다. DC 변전소의 비용은 AC 변전소보다 높지만 DC 송전은 표피 효과와 충전 전력이 없기 때문에 송전선로의 이용률이 더 높습니다. 따라서 전송 거리가 충분히 길면 AC 전송보다 경제성이 뛰어납니다.

(2) 비동기 그리드 상호 연결에 사용할 수 있습니다. AC 그리드 상호 연결은 전체 그리드의 주파수가 일정해야 하므로 비동기 그리드 상호 연결에 사용할 수 없습니다. 직류 송전은 교류전력을 직류전력으로 정류한 후 교류전력으로 인버팅하는 방식으로 비동기 계통연계에 적용할 수 있다.

(3) 그리드 사고의 격리에 도움이 되며 그리드 사고의 위험을 확대하지 않습니다. UHV DC 전송은 수신단 그리드의 장거리 제어 가능한 전원으로 간주될 수 있습니다. 양쪽 끝의 그리드는 결합되지 않으며 양쪽 끝의 그리드는 분리될 수 있습니다. 심각한 전력망 사고가 발생할 경우 UHV DC는 전력망 사고의 위험을 확대하지 않고 사고를 격리할 수 있습니다. UHV AC의 또 다른 일반적인 적용 시나리오는 전력망을 강화하는 것입니다. 우리 나라의 대규모 직류 송전이 중국 북부, 중국 동부, 중국 중부 및 중국 서남부에 진입함에 따라 AC 전력망의 강도가 전체 전력 시스템의 안전을 결정하고 그에 따라 AC UHV에 대한 수요가 증가합니다.

새로운 전력 시스템에서 유연한 DC의 중요한 역할

유연한 직류는 먼 바다에서 대규모 해상 풍력 발전을 전송하는 데 특히 적합합니다. 현재 주류 해상 풍력 송전 방법은 고전압 AC 송전입니다. 즉, 해상 풍력 터빈을 해상 부스터 스테이션에 연결하고 220kV 이상의 전압 레벨로 승압한 다음 육상 전력망으로 보냅니다. DC 전송에는 충전 전력이 없기 때문에 해저 케이블의 투자 및 전송 효율이 AC 전송보다 우수합니다. 일반적으로 전송 거리가 약 80km 이상이면 DC 전송의 경제성이 AC 전송의 경제성을 능가합니다. 또한 기존 DC는 강력한 AC 그리드 지원이 필요하고 해상 풍력 발전소는 풍력 터빈으로 구성된 약한 AC 시스템으로 기존 DC의 전력 전송 요구 사항을 충족할 수 없기 때문에 Flexible DC가 유일하게 경제적이고 실현 가능한 솔루션이 되었습니다. LCC-VSC 하이브리드 기술 경로는 DC 드롭 포인트가 밀집된 영역에서 UHV DC 정류 오류 문제를 효과적으로 해결합니다. 수십 년의 건설 끝에 우리 나라는 장거리 송전을 주요 기능으로하는 32 개의 직류 송전 프로젝트를 건설했으며 그 중 10 개 이상의 프로젝트가 양쯔강 삼각주 또는 광동성에 위치하고 밀도가 높은 배치는 직류로 이어집니다. 두 장소 사이의 전송. 정류 실패의 위험이 증가하고 전력망 사고의 숨겨진 위험이 증가합니다. 유연한 DC는 정류 오류의 위험 없이 독립적으로 전압을 지원할 수 있으며 위의 두 위치에 DC를 계속 공급하기 위한 최상의 솔루션입니다. 현재 China Southern Power Grid는 Wudongde DC 송전 프로젝트를 완료했으며 State Grid는 또한 Baihetan-Jiangsu UHV DC 송전 프로젝트를 건설하고 있으며 두 프로젝트 모두 유연한 DC 기술을 적용했습니다. 그러나 두 프로젝트의 기술 솔루션은 다릅니다.

유연한 DC 상호 연결은 전력망의 상호 지원 기능을 증가시키고 전원 공급 장치의 신뢰성과 효율성을 향상시킵니다. 우리 나라의 지역 전력망 간의 장거리 기존 전력 전송 체계 외에도 지역 전력망의 교차점에서 상호 연결을 위해 연속적인 유연한 DC 경로를 사용할 수도 있습니다. 이른바 백투백 플렉시블 DC는 DC 라인 없이 정류기 스테이션과 인버터 스테이션을 함께 구성하는 것을 말합니다. 연속적인 유연한 DC 기술은 전력망 사고의 범위를 확장하지 않고 지역 전력망 간의 상호 전력 용량을 향상시킬 수 있습니다. 또한 중국 광둥성, 강소성 및 기타 지역의 500kV 전력망은 이미 매우 크고 복잡한 구조와 과도한 단락 전류 문제가 두드러집니다. 연속적인 유연한 DC를 추가하여 전력망을 "풀어" 위의 문제를 효과적으로 해결할 수도 있습니다. Chongqing-Hubei back-to-back 프로젝트와 건설 중인 Fujian-Guangdong 상호 연결 프로젝트는 유연한 직선 back-to-back 프로젝트의 전형적인 응용 프로그램입니다.