“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瓶頸需要突破” “系統(tǒng)中新能源占比越高，采用構網(wǎng)新技術為電網(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團隊（以下簡稱“攻關團隊”）正圍繞新型電力系統(tǒng)面臨的一系列技術挑戰(zhàn)，集智聚力、熱烈討論，持續(xù)開展攻堅攻關。
胸懷“國之大者”，堅持自主創(chuàng)新20余載。攻關團隊在中國工程院院士沈國榮帶領下，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”
當前，隨著能源轉型的深入推進，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和實踐上的挑戰(zhàn)。
做領先研究、出落地成果。攻關團隊從接入系統(tǒng)穩(wěn)定性機理研究入手，發(fā)展了完備的構網(wǎng)控制策略，先后成功研制構網(wǎng)型儲能、構網(wǎng)型SVG、構網(wǎng)型柔性直流等構網(wǎng)型裝備，切實將構網(wǎng)理論轉化成電網(wǎng)穩(wěn)定的利器。
攻關團隊核心成員，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，攻關團隊完成了張北柔性直流電網(wǎng)控制保護系統(tǒng)構網(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網(wǎng)柔直并網(wǎng)送出，引領柔性直流輸電邁進“構網(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”目標需要，在特高壓直流和柔性輸電領域持續(xù)從事理論研究、技術開發(fā)和成果轉化。
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，仔細查看設備運行狀態(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?！?/p>
國家能源安全和保障是“國之大者”。攻關團隊堅守“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距離大容量電力傳輸受制于人的困局，更是實現(xiàn)了超遠距離、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引領，先后創(chuàng)造12個“世界第一”。
“交流潮流柔性控制關鍵技術及統(tǒng)一潮流控制器裝備”便是核心成果之一。
“潮流精準控制是電網(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、潛心攻關后，發(fā)現(xiàn)柔性直流輸電最新的模塊化多電平技術可能為統(tǒng)一潮流控制器的發(fā)展帶來新的轉機，果斷決定進行交直流技術的跨界融合。
“解決一步、前進一步，直到占領制高點?！惫リP團隊逢山開山、遇水搭橋，突破了柔性交流輸電技術瓶頸，研制出世界上首個基于MMC的統(tǒng)一潮流控制器產品，經權威機構鑒定為國際領先。
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、成套設計、裝備供貨與調試，首次實現(xiàn)了我國電網(wǎng)潮流的靈活精準控制，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院士的帶領下，攻關團隊投入到特高壓直流成套裝備的技術攻關中，打響了這場艱苦卓絕的戰(zhàn)役。
田杰介紹，團隊從文獻入手，反復打磨每個細節(jié)、每個堵點，在研發(fā)的關鍵時期，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)模超遠距離傳輸?shù)氖澜缧噪y題，攻關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)調控制等數(shù)十項關鍵技術，成功研制國內首個具有完全自主知識產權的特高壓直流系統(tǒng)，整體技術達到國際領先水平。
換流閥是直流輸電的核心設備，負責交流電到直流電的變換。“換流閥元部件參數(shù)設計尤為重要，一個環(huán)節(jié)或者特殊工況考慮不周，就可能導致系統(tǒng)停運甚至威脅設備安全。但是把參數(shù)設計的余量過大，又影響設備成本，制約技術的推廣?！蹦先鹄^保研究院柔性輸電所副總謝曄源說。
2018年，團隊開始著手國內首個特高壓柔性直流換流閥的設計。“直流電容是換流閥的核心部件，成本占比超過20%，當時面臨的直流電容設計，一無參考、二無經驗?！敝x曄源感觸頗深地回憶道。
為了精準和可靠的設計參數(shù)，攻關團隊從理論推導開始，再經過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用。
截至目前，攻關團隊成功為我國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)新永遠在路上”
在記者采訪時，發(fā)現(xiàn)有攻關團隊不少研發(fā)工程師都奔赴在各個項目現(xiàn)場?！霸陧椖楷F(xiàn)場，我們能更加及時準確地獲取信息和實際需求，一旦設備需要進行參數(shù)調整，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)新永遠在路上！”這也成為攻關團隊的座右銘。
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，攻關團隊就前瞻性地把目光投向了第三代直流輸電技術——柔性直流輸電技術。
“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)構建等方面具有獨特優(yōu)勢，特別是在遠海風電接入方面是當今世界最佳的技術手段?！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水平！”攻關團隊下定決心。
一步一個腳印，一履一行汗水。攻關團隊咬定目標、腳踏實地，最終攻克送端多電力電子設備寬頻振蕩及協(xié)調、柔性直流網(wǎng)絡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真正站上了世界電力技術最高峰。
當張北送來的風電點亮北京冬奧會主場館的那一刻，攻關團隊成員歡呼擁抱：“我們用張北的風點亮了北京的燈，綠色冬奧也有我們的一份貢獻！”
當前，“雙碳”目標下的新型電力系統(tǒng)建設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?！焙Ｉ巷L電開發(fā)，都是攻關團隊正在聚力攻關的新方向。
“為解決‘沙戈荒’新能源基地送出難題，重點攻關±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?！碧锝芟蛴浾咄嘎?。
保障國家能源安全，推動能源綠色轉型。目前，攻關團隊老中青搭配，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
