特高压输电技术进入柔性直流新时代

  19项

  世界第一

  作为世界级工程,昆柳龙工程创造了19项世界第一,包括世界上第一个±800千伏特高压柔性直流输电工程,世界单站容量最大的换流站,世界首次具备架空线路故障自清除及再启动能力等。

  2020年12月2710时许,随着国家能源局局长章建华下达启动投产指令,国家西电东送重点工程——乌东德水电站送电广东、广西特高压多端柔性直流示范工程正式建成投产。

  作为世界上第一条±800千伏特高压多端柔性直流输电工程,其建成投产几乎登上了年度能源新闻排行榜前列,被认为“我国在世界上率先系掌握了特高压多端混合柔性直流技术体系”,并“引领世界特高压技术进入柔性直流新时代”。

  输送清洁能源的超级工程

  “作为乌东德水电站电力送出的‘主动脉’,该工程额定输送容量约占其总装机容量的80%。”南方电网公司总经理曹志安介绍,工程总投资242.49亿元,线路起于云南昆北换流站,落点在广西柳北换流站和广东龙门换流站,全长1452公里,简称昆柳龙直流工程;工程于2018年3月29由国家核准,采用±800千伏特高压三端混合直流系,输送容量800万千瓦。

  工程把世界第七大水电站——乌东德水电站丰沛的水电源源不断送抵粤大区和广西负荷中心,预计每年送电330亿千瓦时,相当于海南省一年的全用电量;可每年减少煤炭消耗950万吨、减排二氧化碳0万吨,将使粤大区天更蓝、地更绿、水更清,为我国力争在2030年前二氧化碳排放达峰、2060年前为实现碳中和出一份力。

  这样一个定位于清洁能源输送的超级工程,还将使云南水能利用率从2017年的88%提升至2020年的99%以上,基本实现全额消纳,同时对风、光等新能源的大规模开发利用起到推动作用。

  采用特高压多端混合直流系

  “这是一个领跑世界的超级工程,它标志着我国特高压直流输电技术提升到空前水平,开创出新的输电模式。”中国工程院院士、南方电网公司专家员会主任员李立浧表示。

  此前,世界主流输电模式都是“直流送电、交流组网”。南方电网公司首席技术专家、南网科研院董事长饶宏介绍,这缘于交直流输电本身的技术特性:常规直流主要用于点对点、远距离、大容量电源外送,而不能组网;交流输电则可以满足常规电源送出和电网互联需求,且成本低。但这一基本模式却面临一个“原理性障碍”,即所谓“多直流馈入”问题。他解释,大流量的常规直流汇入电网,就像一条大河流入一个水库,一旦常规直流线路“闭锁”,就像河水突然截停,会导致水库缺水。

  然而柔性直流改变了这一切。柔性直流(flexile)是20世纪90年代兴起的新一代“电压源型”直流输电技术。和传“电流源型”直流相,它对电压、频率的控制更加灵活,就像一个完全可控的水泵,能够精准控制水流的方向、速度和流量,使水库更加平稳,河流被截停的几率也大幅下降。“这就是其柔性的主要体现。”饶宏表示。

  昆柳龙工程在世界上首次采用特高压多端混合直流系,送端云南昆北是常规直流,广西柳北、广东龙门两个受端是柔性直流。“这种方案既经济,技术上又先进。”李立浧解释,把西部水电送到用电需求大的广东、广西,距离近1500公里,远距离大容量输电用特高压直流最经济高效;但常规直流并网后,因其换相失败现象难以避免等固有特性,会对受端电网系安全稳定带来一定冲击。“柔性直流能解决这些问题,它调控更加灵活,还能在关键时刻支持系安全稳定运行。”

  工程的已有实践,也印证了这一结论:自2020年7月底云南至广东柔性直流双极低端阶段性投产以来,没有出现过一起“闭锁”。

  但是柔性直流作为一种新技术,以往工程最高电压做到500千伏,送电量、送电效率还不够高。此次则提升到800千伏,送电量也达到全球最高的800万千瓦。浙江大学教授、国际电气电子工程师学会(IEEE)会士徐政展望:“这是一个开路工程。此后,远距离、大容量送电工程,都会首选柔性直流技术。”

  19项第一解决了一批世界性难题

  作为世界级工程,昆柳龙工程创造了19项世界第一,包括世界上第一个±800千伏特高压柔性直流输电工程,世界单站容量最大的换流站,世界首次具备架空线路故障自清除及再启动能力等。“每项世界第一都可以写一篇大文章。”李立浧如是说。

  采用混合直流技术,大大增加了研发和建设难度;而创造19项世界第一,每一项都是输电技术领域“无人区”的重要突破。“我们并非为了世界第一而第一。”饶宏表示,柔性直流技术对电网运行可控性的提高经过了充分论证,柔直技术让复杂的电网变得更加可,支持西电东送直流输电持续实施。

  李立浧表示,中国人实现了柔性直流技术在多端、特高压、柔直电网等工程中的应用,中国发展柔性直流技术将大有可为。南方电网公司通过在主电网应用、掌握特高压多端柔性直流技术,推动了柔性直流技术的进步,终将在未来电网技术发展中起到核心作用。

  19项世界第一的背后,是成套设备从无到有研制出来,大量前所未有运行方式从0到1逐一破解。在输电技术领域“无人区”,南方电网公司牵头,整合国内科研、高校、设计、制造等单位,围绕特高压柔性直流拓扑结构、控制保护系以及绝缘栅双极型晶体管(IG)、柔性直流变压器等关键设备和核心技术,展开了为时数年的大攻关,解决了“单一模块故障导致系闭锁”、系运行方式优化等一批世界级难题。

  柔性直流换流阀这一关键设备被称为工程的“心脏”,如今世界首个能承受±800千伏特高压的国产“心脏”已在龙门换流站稳定“跳动”。其中一些先进技术将被应用到即将建设的海上柔性直流项目,并将被国外厂家借鉴;IG关键芯片更是打破了国外少数厂家的垄断。

  延伸阅读

  又一惊人业绩:主设备自主化率100%

  除19项世界第一之外,主要设备自主化率100%,是昆柳龙工程创造的又一惊人业绩。

  “工程推动了中国柔性直流输电技术保持国际领先地位,并通过需求拉动,大大加快了能源电力产业链上下游企业创新能力提升、产品升级换代的步伐。”中国工程院院士、南京南瑞继保电气有限公司董事长沈国荣表示。

  南方电网超高压公司副总经理李庆江介绍,实现自主化率100%的主设备中,除IG关键芯片外,还包括柔直变压器、桥臂电抗器等多个关键设备、器件,而这些以往都受制于人,实现从无到有后,维护了特高压直流技术全产业链安全。

  据不完全计,工程有效带动了包括原材料、电力设备、电力电子器件、设计、施工、监理、检测等在内的产业链上下游众多企业复工复产达产,仅换流站的物资商就达166家,拉动投资约780亿元,在保产业链链稳定方面亦发挥了重要作用。

本文由程序自动从互联网上获取,其版权均归原作者所有,文章内容系原作者个人观点,不代表本站对观点赞同或支持。如有侵权,请联系删除。