|
还记得 “张北的风，点亮北京的灯” 的故事吗？
此刻， 在张北一望无际的大草原上， 许多巨大的风力发电机叶片 正缓缓转动。
绿色电能 通过一张看不见的网 被源源不断送往北京， 点亮了首都的璀璨灯光。
这张网， 就是拥有12项世界第一的 ±500千伏张北柔性直流电网 试验示范工程 （简称“张北柔直工程”）。  这项工程到底有多牛？ 柔性直流输电技术 是一项很先进的输电技术。
从“点对点”的 柔性直流输电技术， 到柔性直流电网， 中间走过了几十年， 中国完成了从跟跑到领跑。 2020年， 我国率先攻克了
三大技术难题， 建成了具有里程碑意义的 世界首个柔性直流电网工程 ——张北柔直工程。
柔性直流电网是 中国原创、国际领先的 重大技术创新， 是破解新能源开发利用 世界难题的“中国方案”， 是国家电网公司构建新型电力系统、 践行“双碳”目标的重要行动。
▲张北柔直工程线路。 张北柔直工程打造了 世界首个四端环形柔性直流电网， 新建中都、康巴诺尔、阜康、延庆 4座±500千伏换流站， 总换流容量900万千瓦。
▲张北柔直工程±500千伏中都换流站。 这项工程助力冬奥北京会 实现了奥运史上 首次全时段100%“绿电”供应， 为解决新能源汇集与送出问题 树立了典范。
▲2022年冬奥北京会主会场被“绿电”点亮。 在全球装机规模最大的 抽水蓄能电站—— 丰宁抽水蓄能电站 “削峰填谷”的配合下， 张北柔直工程平稳地 将“绿电”送到北京。
▲丰宁电站上水库。 然而，历史上， 柔性直流技术的发展， 并非一帆风顺。 以柔克刚， 是中国的传统智慧。 中国电力人用这样的智慧 解决了 100多年前爱迪生一直想解决的 大功率直流断开这个难题。
人们对于输电技术的 认识和研究始于直流。 1882年，历史上首次 远距离直流输电实验获得成功。 然而， 早期的直流输电存在 变压器变换困难、 功率难以提升、 发电机不易换向、 可用功率低等缺点。 后来， 交流输电技术日益成熟 并得到广泛应用。 我国第一个特高压试验示范工程 也是交流工程。
▲1000千伏晋东南—南阳—荆门特高压交流试验示范工程线路。 历史，总是螺旋式前进的。 随着技术的发展， 直流输电又重回舞台的中央。 20世纪50年代， 高压大容量的可控汞弧整流器 研制成功， 为高压直流输电的发展 创造了条件。 但是，2010年以前， 柔性直流输电技术一直掌握在 国际电力企业巨头手中。 这些国际企业 宁可不参与中国的 柔性直流输电工程， 也不愿意向中国 输出该技术和产品。 中国柔性直流输电工程 的技术研究与应用起步较晚， 但中国电力人憋着一口气， 他们日夜兼程，奋起直追！ 2011年7月， 亚洲首个具有自主知识产权的 柔性直流工程—— 上海南汇风电场 柔性直流输电工程投运。  ▲上海南汇风电场柔性直流输电工程。 2014年7月， 世界首个五端柔直工程—— 浙江舟山±200千伏 五端柔性直流 科技示范工程正式投运， 标志着我国 在柔性直流输电技术领域 走在了世界前列。
▲浙江舟山±200千伏五端柔性直流科技示范工程。 2015年12月， 福建厦门±320千伏 柔性直流输电 科技示范工程正式投运， 刷新了电压等级和 输送容量的世界纪录。 这一工程标志着 我国全面掌握了 高压大容量柔性直流输电 关键技术和工程成套能力， 柔性直流输电技术 达到国际引领水平。
▲厦门±320千伏柔性直流输电科技示范工程。 2020年6月29日， 张北柔直工程竣工投产。
▲张北风电场。 中国电力人首次突破了 柔性直流电网构建与 稳定控制的核心技术， 提出了柔直组网、 多点汇集、 多能互补的 直流电网拓扑和系统方案， 建立了 柔直电网稳定控制体系， 攻克了柔直电网功率盈余与 孤岛接入新能源的稳定控制等 技术难题， 成功实现了 世界首个直流电网的稳定运行。 张北柔直工程创造了这份 12项世界第一的榜单。 榜单上的每一项， 都是电力史上的一颗明珠， 其背后， 都饱含了中国电力人的 智慧和汗水， 都有着不平凡的故事。 柔性直流输电技术的发展过程， 也是中国制造崛起的过程。
▲张北柔直工程变压器安装现场。 张北柔直工程 应用了我国自主研发的 世界上最高电压等级、 最大开断能力的直流断路器， 世界上最高电压等级、 最大换流容量的柔性直流换流阀， 世界上最大功率的 全控可关断器件等。 这项“中国方案”的 核心技术和关键设备均为 国际首创。
▲±500千伏延庆换流站阀厅内的阀塔。 2006年， 国家电网公司启动 柔性直流输电技术专项研究。 当时，外国专家曾说： “这项技术， 中国人10年绝对干不出来。” 没有一份图纸、一张照片， 也没有任何学术文章可供参考， 10年，我们不但做出来了， 还达到了世界领先水平！ 作为直流电和交流电 相互转换的桥梁， 柔性直流换流阀 被称为柔直工程的“心脏”， 是柔性直流项目中 技术含量最高、挑战最大的 主设备之一。
▲张北柔直工程换流阀安装现场。 画了数百张图纸， 提交了几十份报告， 开展数百次试验 研制换流阀样机， 经过多次迭代升级…… 国家电网的研发人员 一路摸爬滚打， 成功研制出 ±500千伏/3000兆瓦级 柔性直流换流阀。 它的可靠性水平 超越国外同类产品， 总体技术性能达到 国际先进水平， 部分技术指标国际领先。
▲±500千伏延庆换流站全站24座阀塔有3168个子模块、26000多个水管接头、1500多个主通流回路接触面和7606根光纤。 绝缘栅双极型晶体管（IGBT）， 是变流器的控制核心， 被称电力系统的“CPU”。 过去， 大功率IGBT器件被进口产品垄断。 在张北柔直工程中， 我国自主研制的 世界上最大功率 全控可关断器件—— 4.5kV/3kA压接式IGBT器件， 实现大批量工程应用。 自主化芯片研制、 封装工艺和批量化生产应用 等方面的技术难题被攻克， 国产大功率IGBT器件 达到国际先进水平， 解决了柔性直流 “卡脖子”难题， 极大提升了 器件通流能力及可靠性。
▲负压耦合式直流断路器。 我国自主研制的世界首批500千伏 混合式、负压耦合式和机械式 三种拓扑结构的直流断路器， 首次攻克了“大电流直流开断” 这一世界性难题， 解决了全控型电力电子器件 5倍电流关断、 毫秒级高速机械开关设计、 550千伏高电位可靠供能装置等 系列技术问题， 具备3毫秒内开断高达25千安的 直流短路电流能力， 突破了直流组网的瓶颈， 实现了我国直流输电 从“线”到“网”的质变。
▲研发人员开展技术攻关。 一项项技术创新的背后， 又是多少个不眠之夜！
▲张北柔直工程送出线路作业现场。 除了技术装备， 围绕张北柔直工程， 中国电力在基础理论研究、 试验能力建设、 工程系统集成等方面， 都取得了一大批 国际领先的创新成果， 电力技术的整体水平得到提升。
▲国家电网仿真中心超算中心。 国家电网仿真中心 对张北柔直工程 进行了5800个工况、 8万余次仿真计算， 开展了工程并网特性、 运行方式安排、控制保护策略、 故障应对措施等全方位的 仿真分析和试验验证， 保障了工程顺利投产。 未来，我国 世界最高水平的柔性直流电网 试验和仿真条件， 将持续助力 柔性直流输电技术创新发展。
▲国家风光储输示范工程二期扩建工程现场。 张北柔直工程将一种全新的 新能源传输与消纳方式 从构想变为现实。 当我们回顾这项工程的时候， 看到的全是这些动词——
和这样的形容词——
内心充满了自豪感。 中国柔直技术 后发而先至， 其中饱含着中国智慧， 更体现了中国人的 志气、骨气、底气！
▲2021年9月28日，±500千伏中都换流站首次年度检修现场。 如今，张北柔直工程 每年为我们带来 141亿千瓦时的清洁电力， 相当于 北京市用电量的十分之一。 它不但把 国家风光储输示范工程的 清洁电送出， 而且惠及了张家口 1110座光伏扶贫电站 和10万户农村人口。 上下游产业链活力大增， 创造1万多直接就业岗位， 实现了 稳经济、惠民生、促发展。 刚柔并济，后发先至， 中国智慧，世界方案。 砥砺前行，未来可期！ 想了解更多相关内容，欢迎购买由中国工程院院士汤广福领衔、多位直流输电领域的知名专家编写的《柔性直流电网技术丛书》。丛书系统总结凝练了张北柔性直流电网工程研究成果，首次系统阐述了柔性直流电网的技术、装备和工程应用最新研究成果。 策划｜贺焕峰 张云 撰稿&责编｜师维艺 美编｜李洋 张竞如 感谢｜国网经研院、国网冀北电力 |
|
|
