特高壓輸電技術(shù)進(jìn)入柔性直流新時(shí)代
世界第一
作為世界級(jí)工程，昆柳龍工程創(chuàng)造了19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(dòng)能力等。
2020年12月27日10時(shí)許，隨著國(guó)家能源局局長(zhǎng)章建華下達(dá)啟動(dòng)投產(chǎn)指令，國(guó)家西電東送重點(diǎn)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(chǎn)。
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(chǎn)幾乎登上了年度能源新聞排行榜前列，被認(rèn)為“我國(guó)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(shù)體系”，并“引領(lǐng)世界特高壓技術(shù)進(jìn)入柔性直流新時(shí)代”。
輸送清潔能源的超級(jí)工程
“作為烏東德水電站電力送出的‘主動(dòng)脈’，該工程額定輸送容量約占其總裝機(jī)容量的80%。”南方電網(wǎng)公司總經(jīng)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(diǎn)在廣西柳北換流站和廣東龍門換流站，全長(zhǎng)1452公里，簡(jiǎn)稱昆柳龍直流工程；工程于2018年3月29日由國(guó)家發(fā)改委核準(zhǔn)，采用±800千伏特高壓三端混合直流系統(tǒng)，輸送容量800萬(wàn)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(fù)荷中心，預(yù)計(jì)每年送電330億千瓦時(shí)，相當(dāng)于海南省一年的全社會(huì)用電量；可每年減少煤炭消耗950萬(wàn)噸、減排二氧化碳2500萬(wàn)噸，將使粵港澳大灣區(qū)天更藍(lán)、地更綠、水更清，為我國(guó)力爭(zhēng)在2030年前二氧化碳排放達(dá)峰、2060年前為實(shí)現(xiàn)碳中和出一份力。
這樣一個(gè)定位于清潔能源輸送的超級(jí)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(shí)現(xiàn)全額消納，同時(shí)對(duì)風(fēng)、光等新能源的大規(guī)模開(kāi)發(fā)利用起到推動(dòng)作用。
采用特高壓多端混合直流系統(tǒng)
“這是一個(gè)領(lǐng)跑世界的超級(jí)工程，它標(biāo)志著我國(guó)特高壓直流輸電技術(shù)提升到空前水平，開(kāi)創(chuàng)出新的輸電模式。”中國(guó)工程院院士、南方電網(wǎng)公司專家委員會(huì)主任委員李立?表示。
此前，世界主流輸電模式都是“直流送電、交流組網(wǎng)”。南方電網(wǎng)公司首席技術(shù)專家、南網(wǎng)科研院董事長(zhǎng)饒宏介紹，這緣于交直流輸電本身的技術(shù)特性：常規(guī)直流主要用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、遠(yuǎn)距離、大容量電源外送，而不能組網(wǎng)；交流輸電則可以滿足常規(guī)電源送出和電網(wǎng)互聯(lián)需求，且成本低。但這一基本模式卻面臨一個(gè)“原理性障礙”，即所謂“多直流饋入”問(wèn)題。他解釋，大流量的常規(guī)直流匯入電網(wǎng)，就像一條大河流入一個(gè)水庫(kù)，一旦常規(guī)直流線路“閉鎖”，就像河水突然截停，會(huì)導(dǎo)致水庫(kù)缺水。
然而柔性直流改變了這一切。柔性直流(flexible）是20世紀(jì)90年代興起的新一代“電壓源型”直流輸電技術(shù)。和傳統(tǒng)“電流源型”直流相比，它對(duì)電壓、頻率的控制更加靈活，就像一個(gè)完全可控的水泵，能夠精準(zhǔn)控制水流的方向、速度和流量，使水庫(kù)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(gè)受端是柔性直流。“這種方案既經(jīng)濟(jì)，技術(shù)上又先進(jìn)。”李立?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(yuǎn)距離大容量輸電用特高壓直流最經(jīng)濟(jì)高效；但常規(guī)直流并網(wǎng)后，因其換相失敗現(xiàn)象難以避免等固有特性，會(huì)對(duì)受端電網(wǎng)系統(tǒng)安全穩(wěn)定帶來(lái)一定沖擊。“柔性直流能解決這些問(wèn)題，它調(diào)控更加靈活，還能在關(guān)鍵時(shí)刻支持系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。”
工程的已有實(shí)踐，也印證了這一結(jié)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(chǎn)以來(lái)，沒(méi)有出現(xiàn)過(guò)一起“閉鎖”。
但是柔性直流作為一種新技術(shù)，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(dá)到全球最高的800萬(wàn)千瓦。浙江大學(xué)教授、國(guó)際電氣電子工程師學(xué)會(huì)（IEEE）會(huì)士徐政展望：“這是一個(gè)開(kāi)路工程。此后，遠(yuǎn)距離、大容量送電工程，都會(huì)首選柔性直流技術(shù)。”
19項(xiàng)第一解決了一批世界性難題
作為世界級(jí)工程，昆柳龍工程創(chuàng)造了19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(dòng)能力等。“每項(xiàng)世界第一都可以寫(xiě)一篇大文章。”李立?如是說(shuō)。
采用混合直流技術(shù)，大大增加了研發(fā)和建設(shè)難度；而創(chuàng)造19項(xiàng)世界第一，每一項(xiàng)都是輸電技術(shù)領(lǐng)域“無(wú)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(shù)對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行可控性的提高經(jīng)過(guò)了充分論證，柔直技術(shù)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。
李立?表示，中國(guó)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，中國(guó)發(fā)展柔性直流技術(shù)將大有可為。南方電網(wǎng)公司通過(guò)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，終將在未來(lái)電網(wǎng)技術(shù)發(fā)展中起到核心作用。
19項(xiàng)世界第一的背后，是成套設(shè)備從無(wú)到有研制出來(lái)，大量前所未有運(yùn)行方式從0到1逐一破解。在輸電技術(shù)領(lǐng)域“無(wú)人區(qū)”，南方電網(wǎng)公司牽頭，整合國(guó)內(nèi)科研、高校、設(shè)計(jì)、制造等單位，圍繞特高壓柔性直流拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、控制保護(hù)系統(tǒng)以及絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）、柔性直流變壓器等關(guān)鍵設(shè)備和核心技術(shù)，展開(kāi)了為時(shí)數(shù)年的大攻關(guān)，解決了“單一模塊故障導(dǎo)致系統(tǒng)閉鎖”、系統(tǒng)運(yùn)行方式優(yōu)化等一批世界級(jí)難題。
柔性直流換流閥這一關(guān)鍵設(shè)備被稱為工程的“心臟”，如今世界首個(gè)能承受±800千伏特高壓的國(guó)產(chǎn)“心臟”已在龍門換流站穩(wěn)定“跳動(dòng)”。其中一些先進(jìn)技術(shù)將被應(yīng)用到即將建設(shè)的海上柔性直流項(xiàng)目，并將被國(guó)外廠家借鑒；IGBT關(guān)鍵芯片更是打破了國(guó)外少數(shù)廠家的壟斷。
延伸閱讀
又一驚人業(yè)績(jī)：主設(shè)備自主化率100%
除19項(xiàng)世界第一之外，主要設(shè)備自主化率100%，是昆柳龍工程創(chuàng)造的又一驚人業(yè)績(jī)。
“工程推動(dòng)了中國(guó)柔性直流輸電技術(shù)保持國(guó)際領(lǐng)先地位，并通過(guò)需求拉動(dòng)，大大加快了能源電力產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)創(chuàng)新能力提升、產(chǎn)品升級(jí)換代的步伐。”中國(guó)工程院院士、南京南瑞繼保電氣有限公司董事長(zhǎng)沈國(guó)榮表示。
南方電網(wǎng)超高壓公司副總經(jīng)理李慶江介紹，實(shí)現(xiàn)自主化率100%的主設(shè)備中，除IGBT關(guān)鍵芯片外，還包括柔直變壓器、橋臂電抗器等多個(gè)關(guān)鍵設(shè)備、器件，而這些以往都受制于人，實(shí)現(xiàn)從無(wú)到有后，維護(hù)了特高壓直流技術(shù)全產(chǎn)業(yè)鏈安全。
據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，工程有效帶動(dòng)了包括原材料、電力設(shè)備、電力電子器件、設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理、檢測(cè)等在內(nèi)的產(chǎn)業(yè)鏈上下游眾多企業(yè)復(fù)工復(fù)產(chǎn)達(dá)產(chǎn)，僅換流站的物資供應(yīng)商就達(dá)166家，拉動(dòng)社會(huì)投資約780億元，在保產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈穩(wěn)定方面亦發(fā)揮了重要作用。
