用“金钥匙”开启世界首个直流电网

电力18讯：　　6月29日，世界首个直流电网和首个应用柔性直流技术进行陆地新能源大规模并网的示范工程——张北可再生能源柔性直流电网试验示范工程（以下简称“张北柔直工程”）竣工投产。
　　作为世界首个具有网络特性的直流电网工程，张北柔直工程采用全新的柔性直流电网技术，核心技术和关键设备均为我国首创，工程实现了“三大突破”，创造了“十二项世界第一”，将助力北京冬奥场馆实现奥运史上首次100%清洁能源供电。
　　可以说，张北柔直工程是探索可再生能源并网新模式、推动能源革命的创新工程；是推动直流电网自主创新、促进重大技术成果和装备应用的引领工程。工程新建张北、康保、丰宁和北京4座换流站，额定电压±500千伏，额定输电能力450万千瓦，输电线路长度666千米。其中，张北、康保换流站为送电端，接入新能源；丰宁换流站为调节端，接入抽水蓄能；北京换流站为接收端，接入首都负荷中心，由中国能建中南院承建勘测设计。
　　柔性直流输电技术是20世纪90年代兴起的以电压源换流器为核心的新一代直流输电技术，与交流和常规直流相比，具有可控能力强、功率调节速度快、运行方式灵活等特点，能够有效抑制交流电压波动，减少功率波动对受端电网的影响，被称为破解新能源大规模并网消纳难题的“金钥匙”。
　　随着全球能源安全、生态环境、气候异常等问题日益突出，加快开发和利用可再生能源已成为世界各国的普遍共识。
　　近年来，作为构建智能电网的重要装备，柔性直流输电技术凭借其在提高电力系统稳定性、增加系统动态无功储备、改善电能质量、增加系统对清洁能源的消纳能力以及提高配电网可靠性和灵活性等方面的优越特性，在孤岛供电、城市配电网的增容改造、交流系统互联、大规模风电场并网等方面具有较强的技术优势，成为清洁能源输电技术发展的新方向。
　　截至目前，我国已相继建设上海南汇风电场柔性直流输电工程、南澳±160千伏多端柔性直流输电示范工程、舟山±200千伏五端柔性直流科技示范工程、厦门±320千伏柔性直流输电科技示范工程、鲁西背靠背直流异步联网工程、渝鄂直流背靠背联网工程、张北柔直工程。此外，我国首个特高压多端直流示范工程——乌东德电站送电广东广西特高压多端直流示范工程，我国首个海上风电柔性直流输电项目——如东海上风电柔性直流输电示范项目也正在建设中。
　　柔性直流输技术已成为高压直流输电技术升级的“新引擎”。
　　作为业内高压直流工程开展时间最早、参与数量最多、获得荣誉最多的设计企业，中南院在高压直流输电技术领域具有较高的话语权和影响力。在推进企业科学发展的进程中，中南院把技术创新和科技进步作为企业持续发展的生命线，坚持用技术创新激活企业生命力，用科技进步引领未来发展。
　　张北柔直工程是中南院继厦门±320千伏柔性直流输电科技示范工程、鲁西背靠背直流异步联网工程、渝鄂直流背靠背联网工程后承担的第四个柔性直流输电项目。项目首次突破柔性直流组网技术；首次将柔性直流的输电容量提升至常规直流水平；首次将柔性直流的可靠性提升至常规直流水平。
　　“工程首次建设四端柔性直流环形电网，将柔性直流输电电压提升至±500千伏，单换流器额定容量提升到150万千瓦，柔直换流站阀厅、直流断路器优化布置、带电检修方案、阀厅内电晕控制、四端环网柔直系统的协调控制、柔直电网控制保护、柔直电网直流线路保护、配电装置楼、阀厅抗震措施、柔直阀、直流断路器冷却系统等问题都是本工程设计中面临的严峻挑战。”中南院副总工程师梁言桥解释道。
　　作为张北柔直工程受端北京换流站的独立设计单位，中南院在工程设计中，秉承设计革命和技术创新的设计理念，重点依托关键技术研究和工程单项研究科研成果，全面推进设计工作, 在配电装置楼、换流区域、阀厅布置、直流场布置、主辅控楼方案、阀厅场强计算、配电装置楼、阀厅抗震设计、阀厅电缆沟、阀冷管沟联合布置方案等多方面实现突破。在系统协调控制方面，针对四端环网柔直系统，为更好的实现多端换流器的协调控制，构建了主从站间协调控制、双极/极控制、阀控制的分层架构设计，实现了控制系统的高可靠性和可扩展性。
　　张北柔直工程是世界上第一个真正具有网络特性的直流电网，是世界上第一个采用真双极接线的大规模风电、光伏孤岛送出直流电网工程，也是世界上第一个实现风、光和储能多能互补的直流电网。项目的建成，进一步巩固扩大了我国在直流输电领域的技术领先优势，占领了世界输电技术新的制高点。
　　目前，国内正在建设中的我国首个特高压多端直流示范工程——乌东德电站送电广东广西特高压多端直流示范工程和我国首个海上风电柔性直流输电项目——如东海上风电柔性直流输电示范项目等2项柔性直流输电项目中，中南院承担了3个换流站以及270余公里线路的勘察设计工作，并依托工程，对多端直流输电控制保护、柔性直流输电工程换流单元布置、多端直流工程直流场布置、柔直系统直流电压等级比选、柔直系统接线方案比选、换流站主设备选型及造价分析、海上换流站布置优化、海缆故障时单极运行可行性、换流站站用电系统接线与配置等多方面进行系统攻关。
　　创新是引领产业发展的第一动力，是壮大企业发展的核心竞争力。从2012年“高压直流输电工程成套设计自主化技术开发与工程实践”荣获国家科技进步一等奖；到2018年，由国家电网公司和南方电网公司共同牵头完成的《特高压±800kV直流输电工程》项目荣获了2017年度国家科学技术进步奖特等奖，中南院作为主要设计单位榜上有名；再到2020年，“大容量柔性直流输电设计技术研究及工程应用”获得规划设计集团科技进步一等奖 。中南院在创新的道路上，永攀技术高峰的决心从未改变，不懈探索的步伐从未停歇。
　　谈及中南院在高压直流输电技术领域的成绩和发展，中南院副总经理彭开军表示，创新的理念和创新的技术带动创新的实践，创新成果的应用将为高压直流输电技术，特别是柔性直流输电技术在大电网的应用树立重要的技术示范和积累宝贵经验。作为我国电力工程服务行业的“排头兵”和“国家队”，中南院将时刻握紧创新这把“金钥匙”，用好这把“金钥匙”，绵绵发力，久久为功，结出累累硕果。