勇闖柔性直流輸電技術領域“無人區(qū)”

       昆柳龍直流工程標志著中國直流輸電工程技術再上新臺階
       信息來源：南方電網(wǎng)報　　發(fā)布時間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項世界紀錄，標志著我國直流輸電工程技術再上一個新臺階。作為世界上首個多端柔性直流工程，它將柔性直流技術帶入了一個新時代?！敝袊こ淘涸菏坷盍票硎?。

　　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、世界上單站容量最大的柔性直流輸電工程、世界上第一個具備架空線路故障自清除及再啟動能力的柔性直流輸電工程等。

　　17項世界第一的背后，是中國科研人員在直流輸電技術領域的“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、勇于實踐的結果。”
       他們造出昆柳龍直流工程“最強心臟”

　　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，意味著所有的技術規(guī)范、成套設計和成套設備都要從頭研發(fā)。

　　2019年4月30日凌晨6點，陜西西安。南方電網(wǎng)公司與多家柔直閥相關廠家的技術團隊人員連續(xù)討論技術細節(jié)超過12小時，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鍵設備，承擔著特高壓、遠距離、大容量清潔水電轉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。

　　柔直閥的基本單元(細胞)是功率模塊，它內部包括功率器件(IGBT)、高速控制、通信光纖等。在設備研發(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，還需使用技術手段確保單一模塊發(fā)生故障不影響整個系統(tǒng)的運行。

　　南方電網(wǎng)公司通過研發(fā)高可靠的旁路技術，為柔直閥加上層層保護，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)生故障時不引起系統(tǒng)停電。

　　昆柳龍直流工程是首個多端混合特高壓直流系統(tǒng)，所有新設備都要連過研制關、現(xiàn)場調試關以及經受系統(tǒng)高電壓、大電流下的長期嚴苛考驗，必須通過多維度的科技創(chuàng)新確保設備技術先進、質量可靠。

　　短時間里，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攻關團隊夜以繼日地討論、試驗，柔直閥等工程所需的所有設備均一一按時保質交付。

　　隨著2020年7月31日昆柳龍直流工程實現(xiàn)階段性投產，研發(fā)制造的首批特高壓柔性直流成套設備將接受現(xiàn)實中的長期嚴苛考驗。通過關鍵設備的國產化、自主化，昆柳龍直流工程帶動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“最強大腦”

　　柔直換流閥是工程的“心臟”，控制保護系統(tǒng)相當于“大腦”，它要對設備的啟停、功率升降、站間協(xié)調、執(zhí)行保護等起到關鍵核心作用。作為世界上首個特高壓多端混合直流工程，它的控制保護系統(tǒng)功能多、系統(tǒng)復雜，性能要求高，研發(fā)面臨巨大挑戰(zhàn)。

　　柔性直流與常規(guī)直流的技術特性、控制方式各不相同?；旌现绷鬏旊娤到y(tǒng)，要把這兩項技術合在一起，起到“1+1>2”的效果。這在世界上無任何工程經驗可循。

　　首要解決的問題是能否通過高低閥組實現(xiàn)柔性直流的±800千伏。此前，一些外國專家認為高低閥組串在一起不可控、很難實現(xiàn)。昆柳龍直流工程技術攻關團隊針對外國專家的質疑，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攻關團隊經過各種討論、多方案論證和優(yōu)選，最終確定采用“全橋+半橋”的混合橋結構。全橋、半橋是柔直閥中功率模塊的一種拓撲結構。柔性直流技術的生命力是可控性，它可以通過模塊的重組實現(xiàn)多種功能。

　　混合橋的拓撲結構就像是巧婦手里的米，有了這個米，技術攻關團隊通過設計控制保護系統(tǒng)把米做成飯。昆柳龍直流工程線路途經云南、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，知曉線路故障。再經由快速控制幾千個子模塊的投切，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。

　　2020年7月13日13時04分，一枚銀箭拖動導線穿過試驗框，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。這意味著，它成為世界首個實現(xiàn)架空線路故障自清除及再啟動的柔性直流輸電工程。

　　控制保護系統(tǒng)要做的不僅這些。昆柳龍直流工程的多端使得它的運行方式幾百種，大大增加了昆柳龍直流工程控制保護系統(tǒng)試驗項目，總數(shù)超過1600項，較以往工程增加700多項。運行方式繁多，隱含重大系統(tǒng)風險。技術攻關團隊通過系統(tǒng)運行方式優(yōu)化，簡化運行方式為108種。

　　有科研人員比著膝蓋高的報告說：“平常一個工程控制保護十幾本(報告)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，不僅因為創(chuàng)下的多個世界第一，還在于工程讓大家真正品嘗到技術自信的滋味。

　　這些報告里的數(shù)據(jù)、解決方案將成為多端柔性直流控制保護技術中的標準、參考，也是南方電網(wǎng)公司掌握的特高壓多端柔性直流關鍵技術中的重要一環(huán)。

　    從無到有，從有到優(yōu)，建設特高壓多端柔性直流工程彰顯南方電網(wǎng)技術能力

　　僅以技術概念提出論，柔性直流技術不是中國人首創(chuàng)。但是在其發(fā)展中，中國人實現(xiàn)了柔性直流技術在多端、特高壓、柔直電網(wǎng)等工程中的應用。

　　“技術引領要有一定的判斷能力，中國發(fā)展柔性直流技術將大有可為。”李立浧認為，南方電網(wǎng)公司通過在主電網(wǎng)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，終將為未來電網(wǎng)技術發(fā)展起到核心作用，是中國電力人對世界電力技術發(fā)展作出的貢獻。

　　在昆柳龍直流工程中采用混合直流技術，并非為了世界第一而第一。柔性直流技術對電網(wǎng)運行可控性的提高是經過論證的。柔性直流技術能夠支持電網(wǎng)解決換相失敗等問題，讓復雜的電網(wǎng)變得更加可靠，支持西電東送直流輸電持續(xù)實施。

　　“通過昆柳龍直流工程，南方電網(wǎng)構建了世界上第一個由柔性直流和常規(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將同時提供有功和無功，不僅自己這條線路可靠運行，還能給常規(guī)直流提供無功補償，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現(xiàn)了交流故障下柔性直流穩(wěn)定運行，達到交流故障全穿越。簡單說，在當下的復雜電網(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行。

　　昆柳龍直流工程培養(yǎng)了一大批柔性直流技術人才。他們來自各高等院校和科研院所，在特高壓柔性直流技術、多端混合直流系統(tǒng)領域，取得了一批世界級的科研成果，實現(xiàn)電網(wǎng)技術的里程碑突破。

　　柔性直流技術未來應用將非常廣泛，可在海上風電大規(guī)模并入電網(wǎng)等多個領域發(fā)揮所長。對柔性直流技術掌握得越深，對中國的電力技術發(fā)展越有利。隨著一個又一個柔性直流工程建成落地，柔性直流技術從實驗室走向現(xiàn)實，中國在柔性直流技術領域逐步實現(xiàn)了世界領先。

　　南網(wǎng)傳媒全媒體記者 劉杰 通訊員 周慧