國家電網(wǎng)柔性直流輸電技術實現(xiàn)“中國引領”

2017-09-20 14:45:53 國家電網(wǎng)公司　點擊量：評論 (0)

上海南匯柔性直流輸電工程、舟山±200千伏五端柔性直流輸電科技示范工程、廈門±320千伏柔性直流輸電科技示范工程、張北可再生能源±500千伏柔性直流電網(wǎng)示范工程……一個個創(chuàng)新引領和科技示范

上海南匯柔性直流輸電工程、舟山±200千伏五端柔性直流輸電科技示范工程、廈門±320千伏柔性直流輸電科技示范工程、張北可再生能源±500千伏柔性直流電網(wǎng)示范工程……一個個創(chuàng)新引領和科技示范意義重大的工程，顯著提升電網(wǎng)整體科技含量，實現(xiàn)傳統(tǒng)電網(wǎng)向安全、高效、經(jīng)濟、清潔、互動現(xiàn)代電網(wǎng)的升級和跨越，為經(jīng)濟建設、社會發(fā)展、民生改善提供了強大保障。

柔性直流輸電技術是基于絕緣柵雙極晶體管（IGBT）的新一代直流輸電技術，具有響應速度快、可控性好、運行方式靈活、同等容量占地規(guī)模小等特點，是目前世界可控性最高、適應性最好的輸電技術，在大規(guī)模可再生能源并網(wǎng)、交流系統(tǒng)互聯(lián)、直流網(wǎng)絡構(gòu)建、弱系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)、城市配電網(wǎng)增容改造、孤島供電等場合具有技術優(yōu)勢。

然而，國際上對柔性直流輸電技術嚴格保密，面對困難和挑戰(zhàn)，國家電網(wǎng)公司堅持自主創(chuàng)新，向電力領域最前沿、最迫切、最有挑戰(zhàn)性和最具應用前景的高端技術持續(xù)發(fā)力，技術研發(fā)和工程應用從無到有，并向更高的技術高峰攀登。　　

自主創(chuàng)新引領技術發(fā)展

柔性直流輸電技術能提升電力系統(tǒng)穩(wěn)定性，增強系統(tǒng)對清潔能源的消納能力，提高配電網(wǎng)可靠性和靈活性。更重要的是，柔性直流輸電可攜帶來自多個站點的風能、太陽能等清潔能源，通過大容量、長距離的電力傳輸通道，到達多個城市的負荷中心，為新能源并網(wǎng)、大城市供電等領域提供有效的解決方案。

柔性直流輸電技術對電網(wǎng)發(fā)展的重要意義不言而喻。然而，征服柔性直流輸電技術高峰，卻并非易事。

萬事開頭難。由于我國柔性直流輸電技術研究起步晚，加之國際上對該技術嚴格保密，未發(fā)表一份圖紙、一張照片，也不在刊物上發(fā)表學術文章，相關材料極度缺乏。

2006年5月的北京正值初夏，國家電網(wǎng)公司組織國內(nèi)權(quán)威專家召開《柔性直流輸電系統(tǒng)關鍵技術研究框架》研討會。會上系統(tǒng)地提出柔性直流輸電技術研究總體規(guī)劃，柔性直流輸電重大科技專項全面啟動，我國柔性直流輸電技術發(fā)展的序曲正式奏響。

本著將“地基”打深、打?qū)嵉目茖W態(tài)度，國家電網(wǎng)公司通過機理分析、公式推導、模型搭建與仿真驗證等方式反復求證，于2007年底開創(chuàng)了我國柔性直流輸電基本技術體系。這是國內(nèi)首次針對柔性直流輸電技術理論開展系統(tǒng)化、全面化研究。

同年年底，國家電網(wǎng)公司在上海南匯風電場開展柔性直流輸電技術工程示范，并開始了適用于高壓大容量柔性直流輸電技術路線的探索與嘗試。當時ABB公司采用的兩電平/三電平技術路線存在運行損耗高、容量擴展困難等問題，德國學者提出的模塊化多電平換流器拓撲尚處于概念提出階段，技術應用在世界范圍內(nèi)一片空白。國家電網(wǎng)公司迎難而上，2009年4月創(chuàng)新提出采用模塊化多電平換流器拓撲的設想。而西門子和ABB等跨國公司也幾乎同時啟動了高壓大容量柔性直流輸電技術的探索。從此，我國成功進入世界電力裝備高端領域的賽場，并與世界領先跨國公司站在同一起跑線上。

2011年7月，上海南匯柔性直流輸電工程正式投運。這是亞洲首條柔性直流輸電工程，應用于風電接入，可大幅度提高風電場故障穿越能力，被當做風電場并網(wǎng)的典型案例列入國際大電網(wǎng)會議組織（CIGRE）370導則，實現(xiàn)了我國柔性直流輸電技術從無到有的突破，標志著公司成為世界第三家完全掌握柔性直流輸電成套設備設計、試驗、調(diào)試和生產(chǎn)全系列核心技術的企業(yè)。

至此，我國柔性直流輸電正快速向大容量、多端、雙極、背靠背等多個研究方向開展實踐和探索。全球能源互聯(lián)網(wǎng)研究院千人計劃專家安婷表示，未來幾年是我國柔性直流輸電技術研究和工程建設的快速發(fā)展階段，強交強直的交直流互聯(lián)電網(wǎng)將成為我國電網(wǎng)架構(gòu)的基本形態(tài)，柔性直流輸電將成為直流電網(wǎng)中最主要的輸電方式。而在探索新能源消納的道路上，柔性直流輸電已成為全球電力行業(yè)搶占的下一個制高點。

技術領先打造精品工程

上海南匯柔性直流輸電工程實現(xiàn)了我國柔性直流輸電技術從概念到應用的跨越。此后，國家電網(wǎng)公司大力提升電網(wǎng)智能化水平，建成了多端柔性直流等一批具有世界先進水平的智能電網(wǎng)工程，成為柔性直流工程建設的佼佼者。

浙江舟山群島，1300多個島嶼星羅棋布。這里獨特的自然環(huán)境為科學探索提供了優(yōu)良條件。2014年7月4日，世界端數(shù)最多的多端柔性直流輸電工程——浙江舟山±200千伏五端柔性直流輸電科技示范工程正式投運，標志著國家電網(wǎng)公司智能電網(wǎng)高端裝備研制能力邁上新臺階，我國柔性直流輸電技術走在世界前列，實現(xiàn)了“中國創(chuàng)造”和“中國引領”。

據(jù)了解，國家電網(wǎng)公司目前全面掌握了系統(tǒng)數(shù)字仿真、換流器電氣設計、設備參數(shù)選型等多端柔性直流輸電成套設計技術，突破了高壓大容量換流閥、高壓直流海纜、多端柔性直流控制保護系統(tǒng)動模試驗及聯(lián)合運行調(diào)試等關鍵技術，提升了我國直流輸電產(chǎn)業(yè)的國際競爭力，為柔性直流及海洋輸電技術的大規(guī)模推廣起到了良好示范作用。

2016年12月29日，舟山再一次見證了我國電力前沿科技領域的新突破。國家電網(wǎng)公司自主研發(fā)了全球首個200千伏高壓直流斷路器及快速恢復裝置，并成功應用于舟山五端柔性直流輸電工程。該斷路器可在3毫秒內(nèi)斷開一條200千伏高壓直流輸電線路產(chǎn)生的高達15000安的故障電流，速度比人類眨眼還要快100倍。它攻克了高壓直流輸電電流難以快速斷開的世界級技術難題，實現(xiàn)了直流輸電核心裝備研發(fā)和制造領域的重大突破。在舟山柔直系統(tǒng)直流斷路器和阻尼恢復技術示范工程投運現(xiàn)場，中國工程院院士鄭健超興奮地表示：“直流斷路器研制成功并通過所有試驗投入工程化應用，為未來更高電壓等級的直流電網(wǎng)發(fā)展提供了關鍵技術支撐。”

距離舟山900多公里之外的廈門，世界首個采用真雙極接線方案的柔性直流輸電工程，同時也是迄今為止世界在運電壓等級最高、輸送容量最大的真雙極柔性直流輸電工程——廈門±320千伏柔性直流輸電科技示范工程于2015年12月17日投運，標志著我國全面掌握了高壓大容量柔性直流輸電關鍵技術和工程成套能力，實現(xiàn)了柔性直流輸電技術領域的國際引領。

這個占地不足30畝的工程，能提供廈門島50%的電力供應。據(jù)國網(wǎng)福建省電力有限公司檢修分公司柔直換流站站長鄭國順介紹，如果把工程比作橫跨廈門島內(nèi)外的“電能之橋”，把輸送的電能比作車流，真雙極的設計相當于在常規(guī)的雙向“車道”（電能通道）中又增加了一個雙向備用“車道”。當任一“車道”出現(xiàn)故障或檢修時，啟用備用通道就能保障電流量正常通行。即使任一方向“車道”因故全部堵塞，啟用備用通道后也可保障一半電能順利通行。

同年7月27至29日，張北可再生能源±500千伏柔性直流電網(wǎng)示范工程預成套設計及初步設計方案通過評審。這是世界電壓等級最高、輸送容量最大的柔性直流工程，也是世界首個具有網(wǎng)絡特性的直流電網(wǎng)示范工程，預計將于2018年建成投運。屆時，工程將滿足張北可再生能源可靠送出與消納需求，服務綠色低碳冬奧，推動直流電網(wǎng)自主創(chuàng)新，提高可再生能源電力占京津冀電力消費比重，為實現(xiàn)“再電氣化”提供堅強保障。

在“一帶一路”倡議引領下，國家電網(wǎng)公司不斷走出國門，用技術贏得海外市場。2017年6月13日，國家電網(wǎng)公司宣布，全球能源互聯(lián)網(wǎng)研究院自主研發(fā)的柔性直流輸電技術成功中標英國設得蘭（Shetland）柔性直流輸電工程。這是我國柔性直流輸電技術走向國際的第一個項目，也是我國高端輸電技術具備國際競爭力的重要體現(xiàn)。在“一帶一路”這個聯(lián)通亞太經(jīng)濟圈和歐洲經(jīng)濟圈的重要紐帶中，柔性直流輸電技術穿針引線，既推進了電網(wǎng)企業(yè)深度參與歐洲電網(wǎng)發(fā)展，也帶動設備企業(yè)順利進軍歐洲高端市場，為我國電力工業(yè)在全球競爭中實現(xiàn)做強做優(yōu)做大帶來了新的歷史機遇。