“在高比例新能源新型電力系統(tǒng)中，柔性直流輸電的靈活性優(yōu)勢將得到充分發(fā)揮，但還需要‘與時俱進’”“用特高壓柔性直流實現(xiàn)‘沙戈荒’等地區(qū)千萬千瓦級高比例新能源集中送出還有多個技術(shù)瓶頸需要突破” “系統(tǒng)中新能源占比越高，采用構(gòu)網(wǎng)新技術(shù)為電網(wǎng)提供主動支撐就越重要”……
走進南瑞繼保電氣有限公司實驗室，特高壓直流與柔性輸電高端裝備攻關(guān)團隊（以下簡稱“攻關(guān)團隊”）正圍繞新型電力系統(tǒng)面臨的一系列技術(shù)挑戰(zhàn)，集智聚力、熱烈討論，持續(xù)開展攻堅攻關(guān)。
胸懷“國之大者”，堅持自主創(chuàng)新20余載。攻關(guān)團隊在中國工程院院士沈國榮帶領(lǐng)下，以十年磨一劍的韌勁和“一輩子辦成一件事”的執(zhí)著，先后創(chuàng)造12個“世界第一”，在高端電力裝備制造領(lǐng)域取得一大批世界級的科研創(chuàng)新成果，有力保障了國家能源安全，更實現(xiàn)了高端電力裝備走出國門。近日在北京舉行的“國家工程師獎”表彰大會上，攻關(guān)團隊榮獲“國家卓越工程師團隊”稱號。
“在國家電力能源安全和保障面前，我們沒有退路”
當(dāng)前，隨著能源轉(zhuǎn)型的深入推進，新型電力系統(tǒng)的發(fā)展路徑逐漸明朗，但在助力我國實現(xiàn)清潔、低碳的能源體系的同時，仍不可避免地面臨一系列技術(shù)和實踐上的挑戰(zhàn)。
做領(lǐng)先研究、出落地成果。攻關(guān)團隊從接入系統(tǒng)穩(wěn)定性機理研究入手，發(fā)展了完備的構(gòu)網(wǎng)控制策略，先后成功研制構(gòu)網(wǎng)型儲能、構(gòu)網(wǎng)型SVG、構(gòu)網(wǎng)型柔性直流等構(gòu)網(wǎng)型裝備，切實將構(gòu)網(wǎng)理論轉(zhuǎn)化成電網(wǎng)穩(wěn)定的利器。
攻關(guān)團隊核心成員，國網(wǎng)首席專家、南瑞繼保研究院副總工程師田杰自豪地說，攻關(guān)團隊完成了張北柔性直流電網(wǎng)控制保護系統(tǒng)構(gòu)網(wǎng)改造完成，解決了寬頻振蕩難題，實現(xiàn)了100%純新能源滿功率通過構(gòu)網(wǎng)柔直并網(wǎng)送出，引領(lǐng)柔性直流輸電邁進“構(gòu)網(wǎng)”新時代。
“在國家電力能源安全和保障面前，我們沒有退路?！惫リP(guān)團隊以沈國榮院士為帶頭人，面向國家“西電東送”能源戰(zhàn)略和“雙碳”目標(biāo)需要，在特高壓直流和柔性輸電領(lǐng)域持續(xù)從事理論研究、技術(shù)開發(fā)和成果轉(zhuǎn)化。
記者近日走進仿真實驗室時，看到田杰帶著團隊成員在一排排實驗柜間來回穿梭，仔細(xì)查看設(shè)備運行狀態(tài)，不時聚在電腦屏幕前進行數(shù)據(jù)分析。他說，“每一次的技術(shù)創(chuàng)新，都需要在實驗室里進行驗證分析，才能針對性地做出突破。”
國家能源安全和保障是“國之大者”。攻關(guān)團隊堅守“科技報國、實業(yè)報國”的初心，兢兢業(yè)業(yè)20余載，創(chuàng)新成果不僅成功打破我國遠(yuǎn)距離大容量電力傳輸受制于人的困局，更是實現(xiàn)了超遠(yuǎn)距離、超大容量電力傳輸和靈活電力傳輸?shù)氖澜缧酝黄坪腿蚣夹g(shù)引領(lǐng)，先后創(chuàng)造12個“世界第一”。
“交流潮流柔性控制關(guān)鍵技術(shù)及統(tǒng)一潮流控制器裝備”便是核心成果之一。
“潮流精準(zhǔn)控制是電網(wǎng)運行的世界性難題，主要難點是要滿足換流器性能不滿足靈活度和可靠性的雙重需求?！蹦先鹄^保研究院柔性輸電所副總工程師董云龍說，團隊深入研究、潛心攻關(guān)后，發(fā)現(xiàn)柔性直流輸電最新的模塊化多電平技術(shù)可能為統(tǒng)一潮流控制器的發(fā)展帶來新的轉(zhuǎn)機，果斷決定進行交直流技術(shù)的跨界融合。
“解決一步、前進一步，直到占領(lǐng)制高點?！惫リP(guān)團隊逢山開山、遇水搭橋，突破了柔性交流輸電技術(shù)瓶頸，研制出世界上首個基于MMC的統(tǒng)一潮流控制器產(chǎn)品，經(jīng)權(quán)威機構(gòu)鑒定為國際領(lǐng)先。
2015年，我國首個統(tǒng)一潮流控制器工程——南京西環(huán)網(wǎng)統(tǒng)一潮流控制器示范工程成功投運，南瑞繼保出色完成首臺套裝備的前期科研、仿真、成套設(shè)計、裝備供貨與調(diào)試，首次實現(xiàn)了我國電網(wǎng)潮流的靈活精準(zhǔn)控制，避免了核心城區(qū)因供電能力不足被迫拉閘限電。
“哪怕充滿荊棘、前途未卜，我們也要闖一闖”
一頭是大江奔流、無限風(fēng)光，一頭是萬家燈火、鱗次高樓。連接它們的“通道”，是被稱為“電力高速路”的特高壓直流輸電工程。
“電壓等級越高，電能損耗越小，輸送能力就越強，但其安全保障要求也就越高?！碧锝苷f，從±500kV的高壓直流輸電到±1100kV的特高壓直流輸電，電壓每提升一個等級，技術(shù)難度成倍增加。
“國之重器的背后必須有承載其重的科技支撐，哪怕充滿荊棘，哪怕前途未卜，我們也要闖一闖?！痹谏驀鴺s院士的帶領(lǐng)下，攻關(guān)團隊投入到特高壓直流成套裝備的技術(shù)攻關(guān)中，打響了這場艱苦卓絕的戰(zhàn)役。
田杰介紹，團隊從文獻入手，反復(fù)打磨每個細(xì)節(jié)、每個堵點，在研發(fā)的關(guān)鍵時期，很多人都直接住在了單位宿舍，每天干到凌晨兩三點。
圍繞電力大規(guī)模超遠(yuǎn)距離傳輸?shù)氖澜缧噪y題，攻關(guān)團隊進行了大量的推演、仿真和驗證，先后突破特高壓直流輸電系統(tǒng)雙12脈動閥組協(xié)調(diào)控制等數(shù)十項關(guān)鍵技術(shù)，成功研制國內(nèi)首個具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的特高壓直流系統(tǒng)，整體技術(shù)達(dá)到國際領(lǐng)先水平。
換流閥是直流輸電的核心設(shè)備，負(fù)責(zé)交流電到直流電的變換?！皳Q流閥元部件參數(shù)設(shè)計尤為重要，一個環(huán)節(jié)或者特殊工況考慮不周，就可能導(dǎo)致系統(tǒng)停運甚至威脅設(shè)備安全。但是把參數(shù)設(shè)計的余量過大，又影響設(shè)備成本，制約技術(shù)的推廣?！蹦先鹄^保研究院柔性輸電所副總謝曄源說。
2018年，團隊開始著手國內(nèi)首個特高壓柔性直流換流閥的設(shè)計。“直流電容是換流閥的核心部件，成本占比超過20%，當(dāng)時面臨的直流電容設(shè)計，一無參考、二無經(jīng)驗?！敝x曄源感觸頗深地回憶道。
為了精準(zhǔn)和可靠的設(shè)計參數(shù)，攻關(guān)團隊從理論推導(dǎo)開始，再經(jīng)過PSCAD（電磁暫態(tài)仿真軟件）仿真、RT-LAB（一套工業(yè)級的系統(tǒng)實時仿真平臺軟件包）仿真，最終針對直流電容30余個參數(shù)給出了一整套設(shè)計原則，這些原則支撐了世界首個特高壓柔性直流工程落地應(yīng)用。
截至目前，攻關(guān)團隊成功為我國80%以上的特高壓直流輸電工程提供了控保、換流閥、電子式測量等核心裝備支撐，成為我國電網(wǎng)安全可靠運行的強有力保障。2019年底，隨著巴西美麗山II期工程順利投運，技術(shù)成果正式走出國門，成為“中國創(chuàng)造”在“一帶一路”上的靚麗名片。
“工程師就是要解決實際問題，創(chuàng)新永遠(yuǎn)在路上”
在記者采訪時，發(fā)現(xiàn)有攻關(guān)團隊不少研發(fā)工程師都奔赴在各個項目現(xiàn)場?！霸陧椖楷F(xiàn)場，我們能更加及時準(zhǔn)確地獲取信息和實際需求，一旦設(shè)備需要進行參數(shù)調(diào)整，就可以前后方聯(lián)動，不斷驗證和優(yōu)化，尋找最佳的解決方案?！碧锝苷f。
沈國榮院士表示：“工程師就是要解決實際問題，創(chuàng)新永遠(yuǎn)在路上！”這也成為攻關(guān)團隊的座右銘。
新能源時代，“并網(wǎng)難、消納難”成為掣肘我國新能源深度發(fā)展的難題。立足國家能源戰(zhàn)略，早在2006年，攻關(guān)團隊就前瞻性地把目光投向了第三代直流輸電技術(shù)——柔性直流輸電技術(shù)。
“柔性直流輸電在大規(guī)?？稍偕茉唇尤?、電網(wǎng)柔性互聯(lián)、大型城市電網(wǎng)構(gòu)建等方面具有獨特優(yōu)勢，特別是在遠(yuǎn)海風(fēng)電接入方面是當(dāng)今世界最佳的技術(shù)手段?！碧锝苷f。
從“零”開始，團隊再次出發(fā)?！安还芏嚯y，我們一定能做出自己的柔性直流輸電裝備來，而且還要超越國外的技術(shù)水平！”攻關(guān)團隊下定決心。
一步一個腳印，一履一行汗水。攻關(guān)團隊咬定目標(biāo)、腳踏實地，最終攻克送端多電力電子設(shè)備寬頻振蕩及協(xié)調(diào)、柔性直流網(wǎng)絡(luò)電壓強耦合下的多換流器暫穩(wěn)態(tài)協(xié)同等世界性難題，成功研制柔性直流輸電控制保護、換流閥、直流斷路器等重大裝備。
世界首個實際運行的五端柔性直流舟山工程、世界首個柔性直流電網(wǎng)張北工程、世界首個特高壓多端混合直流昆柳龍工程先后投運……一個個實際成果推動中國柔性直流技術(shù)真正站上了世界電力技術(shù)最高峰。
當(dāng)張北送來的風(fēng)電點亮北京冬奧會主場館的那一刻，攻關(guān)團隊成員歡呼擁抱：“我們用張北的風(fēng)點亮了北京的燈，綠色冬奧也有我們的一份貢獻！”
當(dāng)前，“雙碳”目標(biāo)下的新型電力系統(tǒng)建設(shè)還面臨諸多新的挑戰(zhàn)，無論是“沙戈荒”大規(guī)模新能源送出，還是“中遠(yuǎn)?！焙Ｉ巷L(fēng)電開發(fā)，都是攻關(guān)團隊正在聚力攻關(guān)的新方向。
“為解決‘沙戈荒’新能源基地送出難題，重點攻關(guān)±800kV/8000MW特高壓柔性直流輸電核心裝備，目前我們已完成實時仿真系統(tǒng)搭建，正在開展特高壓柔性直流斷路器、換流閥、控保系統(tǒng)的研究。”田杰向記者透露。
保障國家能源安全，推動能源綠色轉(zhuǎn)型。目前，攻關(guān)團隊老中青搭配，充滿生機活力，更具有“持之以恒、鍥而不舍、百折不撓”的奮斗精神，正聚力打造工程師“夢之隊”。
南京日報/紫金山新聞記者 徐寧
