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为大湾区注入绿色动能
2020-08-06 09:57:09来源:经济日报责编:韩东林

为大湾区注入绿色动能

  图为南方电网公司昆柳龙直流工程现场。(资料图片)

  “云南至广东柔性直流双极低端调试通过,现在正式投产!”

  7月31日,由中国南方电网有限责任公司投资建设的国家西电东送重点工程——乌东德电站送电广东广西特高压多端直流示范工程(以下简称“昆柳龙直流工程”)提前实现阶段性投产,为经济快速复苏的大湾区注入了强劲的绿色动能。

  昆柳龙直流工程主要依托乌东德电站等向广东、广西输送云南水电。工程起始于云南昆北换流站,向广西柳北换流站、广东龙门换流站分别送电,故简称“昆柳龙”。

  它是世界上第一条±800千伏特高压多端柔性直流输电“高速路”,横跨云南、贵州、广西、广东四省区,全长1452公里。工程于2018年12月份全面开工建设,总投资242.6亿元,计划于2021年汛期前全部建成投产。

  据悉,昆柳龙直流工程全部建成后将创造17项世界纪录,包括世界上第一个±800kV特高压柔性直流输电工程、世界上单站容量最大的柔性直流输电工程、世界上第一个具备架空线路故障自清除及再启动能力的柔性直流输电工程等。这标志着我国直流输电工程技术再上一个新台阶。

  “作为世界上首个多端柔性直流工程,昆柳龙直流工程引领柔性直流技术进入了一个新时代。”中国工程院院士李立浧表示。

  “最强心脏”

  在昆柳龙直流工程之前,世界上的柔性直流工程多属于高压、超高压工程范围,将电压提高到±800千伏特高压等级,意味着所有技术规范、成套设计及成套设备都要从头研发。

  2019年4月30日早6点,陕西西安。

  当日,来自南方电网公司与多家柔直阀相关厂家的技术人员连续讨论技术细节超过12小时,终于敲定了适用于昆柳龙直流工程“中旁路晶闸管”的参数。

  柔直阀对于工程的重要性类似于心脏之于人体,它是昆柳龙直流工程的关键设备,承担着特高压、远距离、大容量清洁水电转换为日常使用交流电的重任。

  柔直阀的基本单元(细胞)是功率模块,在设计研发过程中,团队除了要通过提高制作工艺水平保证柔直换流阀功率模块可靠性外,还需使用技术手段确保单一模块在发生故障时不会影响整个系统运行。

  为此,公司研发出高可靠性“旁路技术”,为柔直阀加上层层保护,即便有模块出现故障,柔直阀也能正常工作,从而保证昆柳龙直流工程稳定性与安全性。

  昆柳龙直流工程是首个多端混合特高压直流系统,所有新设备都要接连通过研制、现场调试等多个关口。随着昆柳龙直流工程实现阶段性投产,公司研发制造的首批特高压柔性直流成套设备将走出实验室,接受现实的严苛考验。

  “最强大脑”

  如果说柔直换流阀是工程的“心脏”,那么,多端混合直流工程控制保护系统就是工程“大脑”。它功能多、系统复杂,性能要求高,对设备启停、功率升降、站间协调、执行保护等均起到关键作用。

  作为世界上首个特高压多端混合直流工程,昆柳龙直流工程控制保护系统研发面临巨大挑战。

  柔性直流与常规直流的技术特性、控制方式各不相同。南方电网公司在世界上首次提出混合直流输电系统,把这两项技术叠加在一起。此举在世界上尚无任何工程经验可循。

  在工程控制保护系统方面,首先要解决的问题是能否通过高低阀组实现柔性直流±800千伏。此前,国内外专家大多认为,高低阀组串在一起不可控、很难实现。针对这些质疑,昆柳龙直流工程技术攻关团队逐条开展理论分析、仿真研究,最终方案令专家们交口称赞。

  更难的是如何解决柔性直流工程架空线路故障自清除难题。以往,使用架空线路的柔性直流工程,一旦出现故障,只需要将直流系统与整个交流系统短暂脱离,等故障清除后再连接起来即可。这种方法对于输电容量达800万千瓦的昆柳龙直流工程来说损失太大。昆柳龙直流工程技术攻关团队经过多次讨论,最终确定采用“全桥+半桥”混合桥结构,从根本上解决了这一问题。

  今年7月13日13时04分,一枚银箭拖动导线穿过试验框,一道闪亮的电弧落地。这意味着,昆柳龙直流工程成功完成直流线路人工短路故障试验,成为世界首个实现架空线路故障自清除及再启动的柔性直流输电工程。

  控制保护系统要做的还不只这些。昆柳龙直流工程需要满足多端需求,因而运行方式多达几百种。技术攻关团队通过系统运行方式优化,将运行方式减少至108种,使发生系统性风险的可能性大幅降低。

  “我们的工作就像开着一列拉满问题的火车,每攻克一个问题,就卸一次货;每发现一个新问题,就再装一个集装箱。要说不辛苦,那是骗人,但大家都特别珍惜这段经历,觉得每一分付出都很值得。我们不仅创下了多项世界第一,而且还在研究过程中品尝到了技术自信的滋味。工程提前实现阶段性投产是一份荣誉,更是一份直指心灵的馈赠。”昆柳龙直流工程技术攻关团队专家告诉记者。

  “最强系统”

  仅从技术角度来看,柔性直流技术并不是中国人首创的。但将柔性直流技术广泛应用于多端、特高压、柔直电网等工程中,这确实是中国工程技术人员的贡献。

  经过南方电网公司技术团队的不懈努力,“最强心脏”“最强大脑”被连接在一起,形成了震惊业界的“最强系统”,特高压多端柔性直流工程也由此成为南方电网公司整体技术能力的又一代表作。

  “中国发展柔性直流技术大有可为。”李立浧认为,南方电网公司有力推动了柔性直流技术进步,夯实了电网技术发展基础,这是中国电力人对世界电力技术发展作出的巨大贡献。

  在昆柳龙直流工程中采用混合直流技术,并非“为了第一而第一”。李立浧告诉记者,柔性直流技术确实可以有效提高电网运行可控性,这一结论是经过科学论证的。柔性直流技术能够支持电网解决换相失败等问题,让复杂的电网变得更加可靠,支持西电东送直流输电深入推进。

  “通过昆柳龙直流工程,南方电网构建起世界上第一个由柔性直流和常规直流组成的多直流馈入电网系统。一旦常规直流线路发生故障,昆柳龙直流工程的柔性直流技术将同时提供有功及无功服务,不仅确保本身线路继续可靠运行,还能为常规直流提供‘无功补偿’,扶它一把。”李立浧说。

  不仅如此,昆柳龙直流工程还在世界上首次实现了交流故障下柔性直流稳定运行,达到交流故障全穿越。

  此外,昆柳龙直流工程还培养出一大批柔性直流技术人才,组成了强大的科学研究联合体,并在特高压柔性直流技术、多端混合直流系统等领域取得了一批世界级科研成果,实现了电网技术的里程碑式突破。

  “未来,柔性直流技术的应用非常广泛,可在海上风电大规模并入电网等多个领域发挥所长。对柔性直流技术掌握得越深,对中国的电力技术发展越有利。”李立浧表示,随着一个又一个柔性直流工程建成落地,柔性直流技术从实验室走向了现实,中国在柔性直流技术领域将逐步实现世界领先。(庞彩霞 蓝 望)

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