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柔性直流输电技术实现自主创新引领技术发展

2017-09-14 08:58:27 国家电网报   作者: 李婕茜  

国际上对柔性直流输电技术严格保密,未发表一份图纸、一张照片,也不在刊物上发表学术文章。面对困难和挑战,国家电网公司坚持自主创新,向电力领域最前沿、最迫切、最有挑战性和最具应用前景的高端技术持续发力,技术研发和工程应用从无到有,并向更高的技术高峰攀登。

柔性直流输电技术是基于绝缘栅双极晶体管(IGBT)的新一代直流输电技术,具有响应速度快、可控性好、运行方式灵活、同等容量占地规模小等特点,是目前世界可控性最高、适应性最好的输电技术,在大规模可再生能源并网、交流系统互联、直流网络构建、弱系统联网、城市配电网增容改造、孤岛供电等场合具有技术优势。

上海南汇柔性直流输电工程、舟山±200千伏五端柔性直流输电科技示范工程、厦门±320千伏柔性直流输电科技示范工程、张北可再生能源±500千伏柔性直流电网示范工程……一个个创新引领和科技示范意义重大的工程,显著提升电网整体科技含量,实现传统电网向安全、高效、经济、清洁、互动现代电网的升级和跨越,为经济建设、社会发展、民生改善提供了强大保障。

自主创新引领技术发展

柔性直流输电技术能提升电力系统稳定性,增强系统对清洁能源的消纳能力,提高配电网可靠性和灵活性。更重要的是,柔性直流输电可携带来自多个站点的风能、太阳能等清洁能源,通过大容量、长距离的电力传输通道,到达多个城市的负荷中心,为新能源并网、大城市供电等领域提供有效的解决方案。

柔性直流输电技术对电网发展的重要意义不言而喻。然而,征服柔性直流输电技术高峰,却并非易事。

时间回到2006年。5月的北京正值初夏,公司组织国内权威专家召开《柔性直流输电系统关键技术研究框架》研讨会。会上,公司做出战略性决策和部署,系统地提出柔性直流输电技术研究总体规划,公司柔性直流输电重大科技专项全面启动,我国柔性直流输电技术发展的序曲正式奏响。

万事开头难。由于我国柔性直流输电技术研究起步晚,加之国际上对该技术严格保密,未发表一份图纸、一张照片,也不在刊物上发表学术文章,相关材料极度缺乏。面对高难度的科技攻关,公司坚持自主创新,迅速组建柔性直流输电技术与装备研发团队,向电力领域最前沿、最迫切、最有挑战性和最具应用前景的高端技术持续发力。

本着将“地基”打深、打实的科学态度,公司通过机理分析、公式推导、模型搭建与仿真验证等方式反复求证,于2007年年底开创了我国柔性直流输电基本技术体系。这是国内首次针对柔性直流输电技术理论开展系统化、全面化研究。

同年年底,公司果断决策,在上海南汇风电场开展柔性直流输电技术工程示范,并开始了适用于高压大容量柔性直流输电技术路线的探索与尝试。彼时,ABB公司采用的两电平/三电平技术路线存在运行损耗高、容量扩展困难等问题,德国学者提出的模块化多电平换流器拓扑尚处于概念提出阶段,技术应用在世界范围内一片空白。公司迎难而上,2009年4月创新提出采用模块化多电平换流器拓扑的设想。而西门子和ABB等跨国公司也几乎同时启动了高压大容量柔性直流输电技术的探索。从此,我国成功进入世界电力装备高端领域的赛场,并与世界领先跨国公司站在同一起跑线上。

2011年7月,上海南汇柔性直流输电工程正式投运。这是亚洲首条柔性直流输电工程,应用于风电接入,可大幅度提高风电场故障穿越能力,被当做风电场并网的典型案例列入国际大电网会议组织(CIGRE)370导则,实现了我国柔性直流输电技术从无到有的突破,标志着公司成为世界第三家完全掌握柔性直流输电成套设备设计、试验、调试和生产全系列核心技术的企业。

至此,我国柔性直流输电正快速向大容量、多端、双极、背靠背等多个研究方向开展实践和探索。全球能源互联网研究院千人计划专家安婷表示,未来几年是我国柔性直流输电技术研究和工程建设的快速发展阶段,强交强直的交直流互联电网将成为我国电网架构的基本形态,柔性直流输电将成为直流电网中最主要的输电方式。而在探索新能源消纳的道路上,柔性直流输电已成为全球电力行业抢占的下一个制高点。

技术领先打造精品工程

上海南汇柔性直流输电工程实现了我国柔性直流输电技术从概念到应用的跨越。此后,公司大力提升电网智能化水平,建成了多端柔性直流等一批具有世界先进水平的智能电网工程,成为柔性直流工程建设的佼佼者。

浙江舟山群岛,1300多个岛屿星罗棋布。这里独特的自然环境为科学探索提供了优良条件。2014年7月4日,世界端数最多的多端柔性直流输电工程——浙江舟山±200千伏五端柔性直流输电科技示范工程正式投运,公司智能电网高端装备研制能力迈上新台阶,我国柔性直流输电技术走在世界前列,实现了“中国创造”和“中国引领”。

公司目前全面掌握了系统数字仿真、换流器电气设计、设备参数选型等多端柔性直流输电成套设计技术,突破了高压大容量换流阀、高压直流海缆、多端柔性直流控制保护系统动模试验及联合运行调试等关键技术,提升了我国直流输电产业的国际竞争力,为柔性直流及海洋输电技术的大规模推广起到了良好示范作用。

2016年12月29日,舟山再一次见证了我国电力前沿科技领域的新突破。公司自主研发了全球首个200千伏高压直流断路器及快速恢复装置,并成功应用于舟山五端柔性直流输电工程。该断路器可在3毫秒内断开一条200千伏高压直流输电线路产生的高达15000安的故障电流,速度比人类眨眼还要快100倍。它攻克了高压直流输电电流难以快速断开的世界级技术难题,实现了直流输电核心装备研发和制造领域的重大突破。在舟山柔直系统直流断路器和阻尼恢复技术示范工程投运现场,中国工程院院士郑健超兴奋地说:“直流断路器研制成功并通过所有试验投入工程化应用,为未来更高电压等级的直流电网发展提供了关键技术支撑。”

距离舟山900多公里之外的厦门,世界首个采用真双极接线方案的柔性直流输电工程,同时也是迄今为止世界在运电压等级最高、输送容量最大的真双极柔性直流输电工程——厦门±320千伏柔性直流输电科技示范工程于2015年12月17日投运,标志着我国全面掌握了高压大容量柔性直流输电关键技术和工程成套能力,实现了柔性直流输电技术领域的国际引领。

这个占地不足30亩的工程,能提供厦门岛50%的电力供应。据国网福建省电力有限公司检修分公司柔直换流站站长郑国顺介绍,如果把工程比作横跨厦门岛内外的“电能之桥”,把输送的电能比作车流,真双极的设计相当于在常规的双向“车道”(电能通道)中又增加了一个双向备用“车道”。当任一“车道”出现故障或检修时,启用备用通道就能保障电流量正常通行。即使任一方向“车道”因故全部堵塞,启用备用通道后也可保障一半电能顺利通行。

7月27~29日,张北可再生能源±500千伏柔性直流电网示范工程预成套设计及初步设计方案通过评审。这是世界电压等级最高、输送容量最大的柔性直流工程,也是世界首个具有网络特性的直流电网示范工程,预计将于2018年建成投运。届时,工程将满足张北可再生能源可靠送出与消纳需求,服务绿色低碳冬奥,推动直流电网自主创新,提高可再生能源电力占京津冀电力消费比重,为实现“再电气化”提供坚强保障。

在“一带一路”倡议引领下,公司不断走出国门,用技术赢得海外市场。6月13日,公司宣布,全球能源互联网研究院自主研发的柔性直流输电技术成功中标英国设得兰(Shetland)柔性直流输电工程。这是我国柔性直流输电技术走向国际的第一个项目,也是我国高端输电技术具备国际竞争力的重要体现。在“一带一路”这个联通亚太经济圈和欧洲经济圈的重要纽带中,柔性直流输电技术穿针引线,既推进了电网企业深度参与欧洲电网发展,也带动设备企业顺利进军欧洲高端市场,为我国电力工业在全球竞争中实现做强做优做大带来了新的历史机遇。

党的十九大召开在即,我们即将踏上新征程。在新科技革命和产业变革风起云涌的今天,科技创新力量更为重要。公司站在科技高度,在世界能源转型的大潮中,攻关技术难题,打造精品工程,走出了一条富有中国特色的电网企业发展之路,引领全球能源电力领域技术创新发展。




责任编辑: 江晓蓓

标签: 柔性直流 输电技术 引领 技术发展

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