昆柳龍直流工程標(biāo)志著中國直流輸電工程技術(shù)再上新臺階
信息來源:南方電網(wǎng)報(bào) 發(fā)布時(shí)間2020-08-04
圖為昆柳龍直流工程龍門換流站柔直閥廳,這里集中了柔性直流輸電的先進(jìn)科技。 南網(wǎng)傳媒全媒體記者 李志杰 通訊員 楊惠平 陳海東 攝
“昆柳龍直流工程全部建成后,將創(chuàng)造17項(xiàng)世界紀(jì)錄,標(biāo)志著我國直流輸電工程技術(shù)再上一個(gè)新臺階。作為世界上首個(gè)多端柔性直流工程,它將柔性直流技術(shù)帶入了一個(gè)新時(shí)代。”中國工程院院士李立浧表示。
昆柳龍直流工程在世界上首次采用特高壓多端直流系統(tǒng)。工程全部建成后將創(chuàng)造17項(xiàng)世界第一,包括世界上第一個(gè)±800千伏特高壓柔性直流輸電工程、世界上單站容量最大的柔性直流輸電工程、世界上第一個(gè)具備架空線路故障自清除及再啟動(dòng)能力的柔性直流輸電工程等。
17項(xiàng)世界第一的背后,是中國科研人員在直流輸電技術(shù)領(lǐng)域的“無人區(qū)”奮力鏖戰(zhàn),他們從“無”到“有”,把不可能變成可能。有外國專家詢問,這些世界第一怎么做出來的?一位南方電網(wǎng)公司科研人員回答:“這是我們勇于創(chuàng)新、勇于實(shí)踐的結(jié)果?!?br/> 他們造出昆柳龍直流工程“最強(qiáng)心臟”
在昆柳龍直流工程之前,世界上的柔性直流工程多屬于高壓、超高壓工程范圍,將電壓提高到±800千伏特高壓等級,意味著所有的技術(shù)規(guī)范、成套設(shè)計(jì)和成套設(shè)備都要從頭研發(fā)。
2019年4月30日凌晨6點(diǎn),陜西西安。南方電網(wǎng)公司與多家柔直閥相關(guān)廠家的技術(shù)團(tuán)隊(duì)人員連續(xù)討論技術(shù)細(xì)節(jié)超過12小時(shí),終于敲定適用于昆柳龍直流工程中旁路晶閘管的參數(shù)。旁路晶閘管研發(fā)是昆柳龍直流工程中柔直閥高可靠旁路技術(shù)中的重要一環(huán)。
柔直閥就像人的“心臟”,是昆柳龍直流工程的關(guān)鍵設(shè)備,承擔(dān)著特高壓、遠(yuǎn)距離、大容量清潔水電轉(zhuǎn)換為日常使用的交流電重任,必須保證這顆“心臟”可靠、穩(wěn)定地跳動(dòng)。
柔直閥的基本單元(細(xì)胞)是功率模塊,它內(nèi)部包括功率器件(IGBT)、高速控制、通信光纖等。在設(shè)備研發(fā)中除了通過制作工藝保證柔直換流閥功率模塊的絕對可靠外,還需使用技術(shù)手段確保單一模塊發(fā)生故障不影響整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行。
南方電網(wǎng)公司通過研發(fā)高可靠的旁路技術(shù),為柔直閥加上層層保護(hù),一旦有模塊出現(xiàn)故障,柔直閥還能正常工作,保證昆柳龍直流工程單一模塊發(fā)生故障時(shí)不引起系統(tǒng)停電。
昆柳龍直流工程是首個(gè)多端混合特高壓直流系統(tǒng),所有新設(shè)備都要連過研制關(guān)、現(xiàn)場調(diào)試關(guān)以及經(jīng)受系統(tǒng)高電壓、大電流下的長期嚴(yán)苛考驗(yàn),必須通過多維度的科技創(chuàng)新確保設(shè)備技術(shù)先進(jìn)、質(zhì)量可靠。
短時(shí)間里,涵蓋廠家、科研單位的南方電網(wǎng)公司昆柳龍直流工程技術(shù)攻關(guān)團(tuán)隊(duì)夜以繼日地討論、試驗(yàn),柔直閥等工程所需的所有設(shè)備均一一按時(shí)保質(zhì)交付。
隨著2020年7月31日昆柳龍直流工程實(shí)現(xiàn)階段性投產(chǎn),研發(fā)制造的首批特高壓柔性直流成套設(shè)備將接受現(xiàn)實(shí)中的長期嚴(yán)苛考驗(yàn)。通過關(guān)鍵設(shè)備的國產(chǎn)化、自主化,昆柳龍直流工程帶動(dòng)提升了我國電力裝備制造業(yè)總體水平和競爭力。
他們?yōu)槔チ堉绷鞴こ萄b上“最強(qiáng)大腦”
柔直換流閥是工程的“心臟”,控制保護(hù)系統(tǒng)相當(dāng)于“大腦”,它要對設(shè)備的啟停、功率升降、站間協(xié)調(diào)、執(zhí)行保護(hù)等起到關(guān)鍵核心作用。作為世界上首個(gè)特高壓多端混合直流工程,它的控制保護(hù)系統(tǒng)功能多、系統(tǒng)復(fù)雜,性能要求高,研發(fā)面臨巨大挑戰(zhàn)。
柔性直流與常規(guī)直流的技術(shù)特性、控制方式各不相同?;旌现绷鬏旊娤到y(tǒng),要把這兩項(xiàng)技術(shù)合在一起,起到“1+1>2”的效果。這在世界上無任何工程經(jīng)驗(yàn)可循。
首要解決的問題是能否通過高低閥組實(shí)現(xiàn)柔性直流的±800千伏。此前,一些外國專家認(rèn)為高低閥組串在一起不可控、很難實(shí)現(xiàn)。昆柳龍直流工程技術(shù)攻關(guān)團(tuán)隊(duì)針對外國專家的質(zhì)疑,逐條做理論分析、仿真研究,最后拿出的方案令外國專家交口稱贊。
更難的是實(shí)現(xiàn)柔性直流工程架空線路故障自清除。使用電纜的柔性直流工程不存在這個(gè)問題。過去使用架空線路的柔性直流工程,出現(xiàn)故障,將直流和整個(gè)交流系統(tǒng)短暫脫離,等故障清除后再聯(lián)回來。這種方法對于輸電容量達(dá)800萬千瓦的昆柳龍直流工程來說損失太大。
昆柳龍直流工程技術(shù)攻關(guān)團(tuán)隊(duì)經(jīng)過各種討論、多方案論證和優(yōu)選,最終確定采用“全橋+半橋”的混合橋結(jié)構(gòu)。全橋、半橋是柔直閥中功率模塊的一種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。柔性直流技術(shù)的生命力是可控性,它可以通過模塊的重組實(shí)現(xiàn)多種功能。
混合橋的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)就像是巧婦手里的米,有了這個(gè)米,技術(shù)攻關(guān)團(tuán)隊(duì)通過設(shè)計(jì)控制保護(hù)系統(tǒng)把米做成飯。昆柳龍直流工程線路途經(jīng)云南、貴州、廣西、廣東四省區(qū)。假如云南某地線路遭遇雷擊,昆柳龍直流工程直接通過檢測直流線路電氣量的波動(dòng),知曉線路故障。再經(jīng)由快速控制幾千個(gè)子模塊的投切,協(xié)助千里之外的線路清除電弧類似故障,之后高速再啟動(dòng)。
2020年7月13日13時(shí)04分,一枚銀箭拖動(dòng)導(dǎo)線穿過試驗(yàn)框,一道閃亮的電弧落地,昆柳龍直流工程成功完成直流線路人工短路故障試驗(yàn)。這意味著,它成為世界首個(gè)實(shí)現(xiàn)架空線路故障自清除及再啟動(dòng)的柔性直流輸電工程。
控制保護(hù)系統(tǒng)要做的不僅這些。昆柳龍直流工程的多端使得它的運(yùn)行方式幾百種,大大增加了昆柳龍直流工程控制保護(hù)系統(tǒng)試驗(yàn)項(xiàng)目,總數(shù)超過1600項(xiàng),較以往工程增加700多項(xiàng)。運(yùn)行方式繁多,隱含重大系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)。技術(shù)攻關(guān)團(tuán)隊(duì)通過系統(tǒng)運(yùn)行方式優(yōu)化,簡化運(yùn)行方式為108種。
有科研人員比著膝蓋高的報(bào)告說:“平常一個(gè)工程控制保護(hù)十幾本(報(bào)告)足夠了,這次我們有七八十本。我們解決了太多前所未有的問題,特別自豪?!边@種自豪,不僅因?yàn)閯?chuàng)下的多個(gè)世界第一,還在于工程讓大家真正品嘗到技術(shù)自信的滋味。
這些報(bào)告里的數(shù)據(jù)、解決方案將成為多端柔性直流控制保護(hù)技術(shù)中的標(biāo)準(zhǔn)、參考,也是南方電網(wǎng)公司掌握的特高壓多端柔性直流關(guān)鍵技術(shù)中的重要一環(huán)。
從無到有,從有到優(yōu),建設(shè)特高壓多端柔性直流工程彰顯南方電網(wǎng)技術(shù)能力
僅以技術(shù)概念提出論,柔性直流技術(shù)不是中國人首創(chuàng)。但是在其發(fā)展中,中國人實(shí)現(xiàn)了柔性直流技術(shù)在多端、特高壓、柔直電網(wǎng)等工程中的應(yīng)用。
“技術(shù)引領(lǐng)要有一定的判斷能力,中國發(fā)展柔性直流技術(shù)將大有可為?!崩盍普J(rèn)為,南方電網(wǎng)公司通過在主電網(wǎng)應(yīng)用、掌握特高壓多端柔性直流技術(shù),推動(dòng)了柔性直流技術(shù)的進(jìn)步,終將為未來電網(wǎng)技術(shù)發(fā)展起到核心作用,是中國電力人對世界電力技術(shù)發(fā)展作出的貢獻(xiàn)。
在昆柳龍直流工程中采用混合直流技術(shù),并非為了世界第一而第一。柔性直流技術(shù)對電網(wǎng)運(yùn)行可控性的提高是經(jīng)過論證的。柔性直流技術(shù)能夠支持電網(wǎng)解決換相失敗等問題,讓復(fù)雜的電網(wǎng)變得更加可靠,支持西電東送直流輸電持續(xù)實(shí)施。
“通過昆柳龍直流工程,南方電網(wǎng)構(gòu)建了世界上第一個(gè)由柔性直流和常規(guī)直流組成的多直流饋入電網(wǎng)系統(tǒng)。一旦常規(guī)直流線路發(fā)生故障,昆柳龍直流工程的柔性直流技術(shù)將同時(shí)提供有功和無功,不僅自己這條線路可靠運(yùn)行,還能給常規(guī)直流提供無功補(bǔ)償,扶他一把?!?/p>
李立浧介紹,昆柳龍直流工程還在世界上首次實(shí)現(xiàn)了交流故障下柔性直流穩(wěn)定運(yùn)行,達(dá)到交流故障全穿越。簡單說,在當(dāng)下的復(fù)雜電網(wǎng)中,即使交流線路發(fā)生故障,昆柳龍直流工程仍將可靠運(yùn)行。
昆柳龍直流工程培養(yǎng)了一大批柔性直流技術(shù)人才。他們來自各高等院校和科研院所,在特高壓柔性直流技術(shù)、多端混合直流系統(tǒng)領(lǐng)域,取得了一批世界級的科研成果,實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)技術(shù)的里程碑突破。
柔性直流技術(shù)未來應(yīng)用將非常廣泛,可在海上風(fēng)電大規(guī)模并入電網(wǎng)等多個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮所長。對柔性直流技術(shù)掌握得越深,對中國的電力技術(shù)發(fā)展越有利。隨著一個(gè)又一個(gè)柔性直流工程建成落地,柔性直流技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室走向現(xiàn)實(shí),中國在柔性直流技術(shù)領(lǐng)域逐步實(shí)現(xiàn)了世界領(lǐng)先。
南網(wǎng)傳媒全媒體記者 劉杰 通訊員 周慧