特高壓輸電技術進入柔性直流新時代

　　烏東德水電站送電廣東廣西示范工程建成投產19項世界第一

　　作為世界級工程，昆柳龍工程創(chuàng)造了19項世界第一，包括世界上第一個±800千伏特高壓柔性直流輸電工程，世界單站容量最大的換流站，世界首次具備架空線路故障自清除及再啟動能力等。

　　2020年12月27日10時許，隨著國家能源局局長章建華下達啟動投產指令，國家西電東送重點工程——烏東德水電站送電廣東、廣西特高壓多端柔性直流示范工程正式建成投產。

　　作為世界上第一條±800千伏特高壓多端柔性直流輸電工程，其建成投產幾乎登上了年度能源新聞排行榜前列，被認為“我國在世界上率先系統(tǒng)掌握了特高壓多端混合柔性直流技術體系”，并“引領世界特高壓技術進入柔性直流新時代”。

　　輸送清潔能源的超級工程

　　“作為烏東德水電站電力送出的‘主動脈’，該工程額定輸送容量約占其總裝機容量的80%。”南方電網公司總經理曹志安介紹，工程總投資242.49億元，線路起于云南昆北換流站，落點在廣西柳北換流站和廣東龍門換流站，全長1452公里，簡稱昆柳龍直流工程;工程于2018年3月29日由國家發(fā)改委核準，采用±800千伏特高壓三端混合直流系統(tǒng)，輸送容量800萬千瓦。

　　工程把世界第七大水電站——烏東德水電站豐沛的水電源源不斷送抵粵港澳大灣區(qū)和廣西負荷中心，預計每年送電330億千瓦時，相當于海南省一年的全社會用電量;可每年減少煤炭消耗950萬噸、減排二氧化碳2500萬噸，將使粵港澳大灣區(qū)天更藍、地更綠、水更清，為我國力爭在2030年前二氧化碳排放達峰、2060年前為實現(xiàn)碳中和出一份力。

　　這樣一個定位于清潔能源輸送的超級工程，還將使云南水能利用率從2017年的88%提升至2020年的99%以上，基本實現(xiàn)全額消納，同時對風、光等新能源的大規(guī)模開發(fā)利用起到推動作用。

　　采用特高壓多端混合直流系統(tǒng)

　　“這是一個領跑世界的超級工程，它標志著我國特高壓直流輸電技術提升到空前水平，開創(chuàng)出新的輸電模式。”中國工程院院士、南方電網公司專家委員會主任委員李立浧表示。

　　此前，世界主流輸電模式都是“直流送電、交流組網”。南方電網公司首席技術專家、南網科研院董事長饒宏介紹，這緣于交直流輸電本身的技術特性：常規(guī)直流主要用于點對點、遠距離、大容量電源外送，而不能組網;交流輸電則可以滿足常規(guī)電源送出和電網互聯(lián)需求，且成本低。但這一基本模式卻面臨一個“原理性障礙”，即所謂“多直流饋入”問題。他解釋，大流量的常規(guī)直流匯入電網，就像一條大河流入一個水庫，一旦常規(guī)直流線路“閉鎖”，就像河水突然截停，會導致水庫缺水。

　　然而柔性直流改變了這一切。柔性直流(flexible)是20世紀90年代興起的新一代“電壓源型”直流輸電技術。和傳統(tǒng)“電流源型”直流相比，它對電壓、頻率的控制更加靈活，就像一個完全可控的水泵，能夠精準控制水流的方向、速度和流量，使水庫更加平穩(wěn)，河流被截停的幾率也大幅下降。“這就是其柔性的主要體現(xiàn)。”饒宏表示。

　　昆柳龍工程在世界上首次采用特高壓多端混合直流系統(tǒng)，送端云南昆北是常規(guī)直流，廣西柳北、廣東龍門兩個受端是柔性直流。“這種方案既經濟，技術上又先進。”李立浧解釋，把西部水電送到用電需求大的廣東、廣西，距離近1500公里，遠距離大容量輸電用特高壓直流最經濟高效;但常規(guī)直流并網后，因其換相失敗現(xiàn)象難以避免等固有特性，會對受端電網系統(tǒng)安全穩(wěn)定帶來一定沖擊。“柔性直流能解決這些問題，它調控更加靈活，還能在關鍵時刻支持系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。”

　　工程的已有實踐，也印證了這一結論：自2020年7月底云南至廣東柔性直流雙極低端階段性投產以來，沒有出現(xiàn)過一起“閉鎖”。

　　但是柔性直流作為一種新技術，以往工程最高電壓做到500千伏，送電量、送電效率還不夠高。此次則提升到800千伏，送電量也達到全球最高的800萬千瓦。浙江大學教授、國際電氣電子工程師學會(IEEE)會士徐政展望：“這是一個開路工程。此后，遠距離、大容量送電工程，都會首選柔性直流技術。”

　　19項第一解決了一批世界性難題

　　作為世界級工程，昆柳龍工程創(chuàng)造了19項世界第一，包括世界上第一個±800千伏特高壓柔性直流輸電工程，世界單站容量最大的換流站，世界首次具備架空線路故障自清除及再啟動能力等。“每項世界第一都可以寫一篇大文章。”李立浧如是說。

　　采用混合直流技術，大大增加了研發(fā)和建設難度;而創(chuàng)造19項世界第一，每一項都是輸電技術領域“無人區(qū)”的重要突破。“我們并非為了世界第一而第一。”饒宏表示，柔性直流技術對電網運行可控性的提高經過了充分論證，柔直技術讓復雜的電網變得更加可靠，支持西電東送直流輸電持續(xù)實施。

　　李立浧表示，中國人實現(xiàn)了柔性直流技術在多端、特高壓、柔直電網等工程中的應用，中國發(fā)展柔性直流技術將大有可為。南方電網公司通過在主電網應用、掌握特高壓多端柔性直流技術，推動了柔性直流技術的進步，終將在未來電網技術發(fā)展中起到核心作用。

　　19項世界第一的背后，是成套設備從無到有研制出來，大量前所未有運行方式從0到1逐一破解。在輸電技術領域“無人區(qū)”，南方電網公司牽頭，整合國內科研、高校、設計、制造等單位，圍繞特高壓柔性直流拓撲結構、控制保護系統(tǒng)以及絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)、柔性直流變壓器等關鍵設備和核心技術，展開了為時數(shù)年的大攻關，解決了“單一模塊故障導致系統(tǒng)閉鎖”、系統(tǒng)運行方式優(yōu)化等一批世界級難題。

　　柔性直流換流閥這一關鍵設備被稱為工程的“心臟”，如今世界首個能承受±800千伏特高壓的國產“心臟”已在龍門換流站穩(wěn)定“跳動”。其中一些先進技術將被應用到即將建設的海上柔性直流項目，并將被國外廠家借鑒;IGBT關鍵芯片更是打破了國外少數(shù)廠家的壟斷。

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　　又一驚人業(yè)績：主設備自主化率100%

　　除19項世界第一之外，主要設備自主化率100%，是昆柳龍工程創(chuàng)造的又一驚人業(yè)績。

　　“工程推動了中國柔性直流輸電技術保持國際領先地位，并通過需求拉動，大大加快了能源電力產業(yè)鏈上下游企業(yè)創(chuàng)新能力提升、產品升級換代的步伐。”中國工程院院士、南京南瑞繼保電氣有限公司董事長沈國榮表示。

　　南方電網超高壓公司副總經理李慶江介紹，實現(xiàn)自主化率100%的主設備中，除IGBT關鍵芯片外，還包括柔直變壓器、橋臂電抗器等多個關鍵設備、器件，而這些以往都受制于人，實現(xiàn)從無到有后，維護了特高壓直流技術全產業(yè)鏈安全。

　　據(jù)不完全統(tǒng)計，工程有效帶動了包括原材料、電力設備、電力電子器件、設計、施工、監(jiān)理、檢測等在內的產業(yè)鏈上下游眾多企業(yè)復工復產達產，僅換流站的物資供應商就達166家，拉動社會投資約780億元，在保產業(yè)鏈供應鏈穩(wěn)定方面亦發(fā)揮了重要作用。