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国家电网柔性直流输电技术引领全球创新

导读: 国际上对柔性直流输电技术严格保密,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。

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。

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。

然而,国际上对柔性直流输电技术严格保密,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。

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。

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。

2006年5月的北京正值初夏,国家电网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。会上系统地提出柔性直流输电技术研究总体规划,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。

本着将“地基”打深、打实的科学态度,国家电网公司通过机理分析、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,国家电网公司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。当时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。国家电网公司迎难而上,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,国家电网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,标志着国家电网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”。

据了解,国家电网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。

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