北極星輸配電網 來源：電網頭條作者：李婕茜
張北可再生能源柔性直流電網試驗示范工程、廈門±320千伏柔性直流輸電科技示范工程、舟山±200千伏五端柔性直流輸電科技示范工程、上海南匯柔性直流輸電工程……在能源電力領域，這一個個具有重大科技示范意義的創新工程，都應用了一項共同的先進技術——柔性直流輸電技術。
柔性直流輸電技術是以電壓源換流器為核心的新一代直流輸電技術，具有響應速度快、可控性好、適應性強、運行方式靈活、同等容量占地規模小等特點，是提升可再生能源接納能力、支撐能源轉型和新型電力系統構建的重要技術手段。
十余載攻堅克難、勇攀高峰，國家電網有限公司始終堅持自主創新，向著電力領域極具挑戰性和發展前景的高端技術持續發力，不斷將“卡脖子”技術清單變成攻堅項目清單，將技術“無人區”變成創新“新藍海”，推動我國柔性直流輸電技術研發和工程應用取得從無到有的創新突破，實現“中國創造”和“中國引領”，在能源科技強國建設和實現高水平科技自立自強中貢獻國網力量。
堅持自主創新，實現我國柔性直流輸電技術“零的突破”
柔性直流輸電技術是破解清潔能源大規模并網消納難題的“金鑰匙”，是能源有效駕馭和高效轉換最關鍵的技術之一，對電網具有十分重要的意義。
然而，征服柔性直流輸電技術高峰卻并非易事。
由于我國的相關研究起步晚，加之國際上對柔性直流輸電技術嚴格保密，從未發表過一篇文章、一份圖紙、一張照片，相關材料極度缺乏，我國的柔性直流輸電技術研發工作一直推進緩慢，在2004年之前僅開展過一些跟蹤性研究。面對研究基礎薄弱、沒有可供借鑒的技術經驗等實際情況，公司作為“大國重器”和“頂梁柱”，組織骨干研發團隊，毅然破冰啟航、迎難而上，開啟了我國柔性直流輸電技術的系統性研發工作。
2006年5月，公司組織電力領域專家學者召開《柔性直流輸電系統關鍵技術研究框架》研討會，系統提出了柔性直流輸電技術研究總體規劃，全面啟動了柔性直流輸電重大科技專項。我國柔性直流輸電技術發展的序曲正式奏響。同一年，在公司的支持下，時任中國電力科學研究院電力電子所所長、輸配電工程中心副主任湯廣福帶領的柔性直流技術研發團隊制訂了柔性直流輸電系統關鍵技術研究框架，確定了“基礎理論—關鍵技術—設備研制—工程示范”的總體技術路線。
依托一系列科技項目，基礎理論和關鍵技術研究逐步深化。研發團隊通過機理分析、公式推導、模型搭建與仿真驗證等方式反復求證，成功發現了交直流變換過程中的電能轉移規律，創造了系列仿真和試驗研發手段，掌握了系列關鍵技術方法，在國內首次建立起柔性直流輸電技術研究的基礎理論體系。
2007年年底，公司在上海南匯風電場開展柔性直流輸電技術工程示范，開始了適用于高壓大容量柔性直流輸電技術路線的探索與嘗試。當時，國外企業采用的技術路線存在運行損耗大、容量擴展困難等問題。公司創新提出采用模塊化多電平換流器拓撲的設想。而西門子、ABB等知名跨國公司也幾乎同時啟動了高壓大容量柔性直流輸電技術研究。
一路摸爬滾打、創新實踐，公司研發人員頂著壓力開展數百次實驗研制換流閥樣機、攻關數字電路在高電位場合的高耐壓能力和高抗電磁干擾難題、連續開展10多次設計迭代和50余次專家技術評審會……在基礎理論研究、關鍵技術攻關、核心設備研制、試驗能力建設和工程系統集成等方面取得全面突破后，2011年7月，公司在上海南匯建成亞洲首個柔性直流輸電工程，實現了我國柔性直流輸電技術領域“零的突破”。該工程成為風電場并網典型案例，被列入國際大電網會議組織（CIGRE）370導則。公司也成為繼ABB、西門子之后，第三家完全掌握柔性直流輸電成套設備設計、試驗、調試和生產全系列核心技術的企業，與世界知名跨國企業同場競技。
至此，公司柔性直流輸電技術研究開始不斷向著大容量、多端、雙極、背靠背等方向邁進。公司持續開展探索和創新實踐，全力推進關鍵成果應用，力爭在更高電壓等級、更大輸送容量、更高技術水平上取得新突破，努力把競爭和發展的主動權牢牢掌握在自己手中。
持續攻堅克難，推動裝備技術和工程示范邁上新臺階
“地基”逐步打牢、打深，我國柔性直流輸電技術實現了從基礎理論研究到高壓大容量成套設備研制的巨大飛躍。公司持續攻關更高參數等級的柔性直流輸電裝備，緊鑼密鼓加快工程示范步伐，推動更多創新工程落地。
浙江舟山，1300多個島嶼星羅棋布。2014年7月4日，世界首個五端柔性直流輸電工程——浙江舟山±200千伏五端柔性直流輸電科技示范工程投運。這是公司具有完全自主知識產權的重大科技示范工程。工程投運兩年后，公司自主研發的全球首個200千伏高壓直流斷路器及快速恢復裝置成功應用其中。該斷路器可在3毫秒內斷開一條200千伏高壓直流輸電線路產生的高達15000安的故障電流，速度比人眨眼還要快100倍。這標志著高壓直流電難以快速斷開的世界級技術難題被攻克，直流輸電核心裝備研發和制造取得了重大突破，我國柔性直流輸電裝備和技術邁上新的臺階，走在世界前列。
在舟山柔直系統直流斷路器和阻尼恢復技術示范工程投運現場，中國工程院院士鄭健超興奮地說：“直流斷路器研制成功并通過所有試驗投入工程化應用，為未來更高電壓等級的直流電網發展提供了關鍵技術支撐。”
今年，舟山柔直工程又有了新突破。4月10日，舟山柔直輸電系統舟泗換流站滿功率運行超過24小時，標志著工程大功率試驗全面取得成功，具備五站滿功率運行條件，將實現海上風電、光伏發電、潮汐發電等新能源全額消納。在構建新型電力系統的大背景下，柔直系統設備和線路承載力進一步增強，為新能源大規模接入電網做好了準備。
距離舟山900多千米的廈門，世界首個采用真雙極接線方案的柔性直流輸電工程——廈門±320千伏柔性直流輸電科技示范工程正在實施可靠性提升改造工程，進一步提升系統能量可利用率。該工程于2015年12月17日投運，標志著我國全面掌握了高壓大容量柔性直流輸電關鍵技術和工程成套能力。
“如果把工程比作橫跨廈門島的一座橋，把輸送的電能比作車流，那真雙極的設計就相當于在常規雙向車道中又增加了一個雙向備用車道。如果任一車道出現故障，我們就可以啟用備用通道來保障電流正常通過。即使任一方向的車道全部堵塞，備用通道也可保障一半的電能順利通過。”時任國網福建省電力有限公司檢修分公司柔直換流站負責人鄭國順解釋說。
作為直流電和交流電相互轉換的橋梁，換流閥是柔性直流項目中技術含量最高、挑戰最大的主設備之一。應用于廈門柔直工程的±320千伏/1000兆瓦柔性直流換流閥及閥控設備由公司自主研發，曾被周孝信、鄭健超、潘垣、沈國榮、雷清泉、王天然、余貽鑫7位院士評價為“性能優異，具有完全自主知識產權，產品核心技術和總體技術性能處于國際領先水平”。該項技術成果后續又推廣應用于世界首個投入商業運行、電壓等級最高、容量最大的柔性直流背靠背工程——渝鄂背靠背柔性直流工程，有力保障了區域電網安全穩定運行。
厚積薄發，蓄力前行。隨著柔性直流系統與電網協調控制技術、千兆瓦級柔性直流核心裝備設計技術、柔性直流電網構建技術等難題被攻克，柔性直流技術開始更加廣泛地應用于風電并網、電網互聯等場景，真正成為大規模可再生能源廣域協調互補和可靠送出的解決方案。
實現“中國引領”，加快技術、標準、裝備一體化“走出去”
壩上張北草深林密，天藍水清。清涼的風從草原拂過，牽動風機葉片旋轉，化為清潔電能。
2020年6月29日，張北可再生能源柔性直流電網試驗示范工程投運。張北地區的清潔電能沿著這條“綠色高速路”匯入北京電網，每年約140億千瓦時的綠電通過該工程送至京津冀地區——北京冬奧會場館實現了奧運史上首次100%清潔能源供電。
張北柔直工程不僅是實現清潔能源大規模并網、推動能源革命、踐行綠色冬奧理念的標志性工程，也是世界首個實現直流電網構建的重大科技試驗示范工程。工程核心技術和關鍵設備均為國際首創，創造了12項世界第一，在加速送端地區資源優勢轉化、推動我國電工裝備制造業轉型升級等方面具有十分顯著的綜合效益。
作為世界首個柔性直流電網工程，張北柔直工程可借鑒的經驗少，原始創新難度極大。從方案論證到生產準備、從控制保護聯調到現場試驗的各個環節，公司科研人員始終堅持在消化吸收的基礎上創新突破，最終成功將柔性直流輸電電壓提升至±500千伏、單換流器額定容量提升到150萬千瓦，實現了柔性直流輸電技術與新型裝備技術的融合，解決了新能源大規模并網難、遠距離傳輸難、源網荷平衡難等問題，進一步推動我國柔性直流輸電技術和直流電網創新發展，帶動電網技術和裝備制造產業升級，為直流技術和重大裝備“走出去”創造了有利條件。
從“追趕”走向“引領”，從自力更生“摸著石頭過河”到全方位“走出去”參與國際競爭，國家電網人一路攻堅克難、砥礪奮進，不斷攀登柔性直流技術高峰。如今，我國已全面完成了柔性直流輸電技術從追趕到引領的跨越式發展。公司也用實力在國際市場上樹立了柔性直流輸電技術的金字招牌。
德國當地時間3月10日，由中國國家電網公司所屬國網智能電網研究院有限公司、南瑞集團中電普瑞電力工程有限公司和美國McDermott公司組成的聯合體與歐洲輸電網運營商TenneT公司在德國簽署BorWin6海上風電柔性直流輸電工程換流站合同。
多年來，公司積極布局開展海上風電柔性直流技術研究，在系統接入、直流裝備定制化開發、工程成套設計等方面取得了深厚的技術積累。從2017年起，國網智研院與歐洲電網企業開展技術合作和業務洽談，在歐洲先后參與并中標多個柔性直流工程的技術論證和初步設計項目。本次簽約標志著公司具有自主知識產權的柔性直流輸電技術和直流換流閥等高端電氣設備具備了國際領先的核心競爭力，是公司推動技術、標準、裝備一體化“走出去”的重要成果，對高質量共建“一帶一路”、深化中歐綠色能源合作具有重要意義。
如今，在共建“一帶一路”倡議下，柔性直流輸電技術穿針引線，既推動了我國電力裝備技術深度參與國際競爭，也助力我國電網企業順利贏得海外市場，為我國電力工業高質量發展帶來了新的歷史機遇。
