柔性直流輸電技術(shù) 如何領(lǐng)跑全球?

日前，國網(wǎng)智研院牽頭項目“柔性直流換流器關(guān)鍵技術(shù)及應用”、參與項目“高壓大容量直流開(kāi)斷半導體器件、關(guān)鍵技術(shù)與系列化直流斷路器”獲國家技術(shù)發(fā)明獎二等獎。

6月24日，全國科技大會(huì )、國家科學(xué)技術(shù)獎勵大會(huì )、兩院院士大會(huì )在人民大會(huì )堂隆重召開(kāi)。國網(wǎng)智能電網(wǎng)研究院有限公司牽頭項目“柔性直流換流器關(guān)鍵技術(shù)及應用”、參與項目“高壓大容量直流開(kāi)斷半導體器件、關(guān)鍵技術(shù)與系列化直流斷路器”獲國家技術(shù)發(fā)明獎二等獎。

為了答好柔性直流輸電技術(shù)這份答卷，國網(wǎng)智研院柔性直流項目團隊20年不懈堅持與科研攻關(guān)，從無(wú)到有、由淺入深，推動(dòng)我國直流輸電技術(shù)實(shí)現從跟跑到領(lǐng)跑的華麗轉變，書(shū)寫(xiě)了我國乃至世界直流輸電領(lǐng)域的新篇章。

破冰啟航 實(shí)現我國柔性直流輸電零的突破

柔性直流輸電技術(shù)是20世紀90年代發(fā)展起來(lái)的一種新型直流輸電技術(shù)。在構建新型電力系統、實(shí)現能源低碳轉型中，它也是一項戰略性關(guān)鍵技術(shù)。然而，攀登柔性直流輸電技術(shù)高峰并非易事。“2004年，柔性直流對我們來(lái)說(shuō)只是一個(gè)概念，我們面臨無(wú)機理、無(wú)裝備、無(wú)應用的局面，相當于在一張白紙上作畫(huà)，能畫(huà)成什么樣大家都不清楚。”國網(wǎng)智研院總工程師賀之淵回憶起研究之初的形勢。當時(shí)，剛剛獲得博士學(xué)位的賀之淵帶著(zhù)六七個(gè)碩士生和博士生研究柔性直流輸電技術(shù)，團隊成員平均年齡僅28歲。

“第一臺柔性直流換流閥樣機是我們科研人員親手安裝的。”柔性直流項目團隊第一批成員之一趙巖回憶道。如今他已是國網(wǎng)智研院先進(jìn)輸電技術(shù)全國重點(diǎn)實(shí)驗室學(xué)術(shù)帶頭人。

柔性直流換流閥核心器件絕緣柵雙極晶體管(IGBT)動(dòng)作頻率高、功率大，就像一匹烈馬，擁有強大的能量和出色的性能，但同時(shí)又難以馴服。

2008年冬天的一個(gè)周末，研發(fā)人員進(jìn)行換流閥子模塊短路測試時(shí)發(fā)生了IGBT驅動(dòng)保護配置不當導致的器件爆炸，一聲巨響響徹實(shí)驗室。大家并沒(méi)有退縮，迅速冷靜下來(lái)，共同排查問(wèn)題根源，更換了損壞的零部件，繼續進(jìn)行探索。

在全面突破關(guān)鍵技術(shù)瓶頸并成功研制出樣機的基礎上，經(jīng)過(guò)十余次設計迭代、上百次專(zhuān)家評審，團隊最終成功研制出柔性直流換流閥、閥基控制器等成套設備，構建了柔性直流核心技術(shù)體系。

工程應用是對技術(shù)、設備的最終檢驗。2011年年初，帶著(zhù)經(jīng)過(guò)多次試驗驗證的柔性直流成套設備，團隊赴上海南匯風(fēng)電場(chǎng)開(kāi)展工程實(shí)施。當年7月，亞洲首條柔性直流輸電示范工程——上海南匯風(fēng)電場(chǎng)柔性直流輸電工程正式投運，實(shí)現了我國在柔性直流輸電領(lǐng)域零的突破。至此，國家電網(wǎng)有限公司成為繼瑞士ABB、德國西門(mén)子之后，世界上第三家完全掌握柔性直流輸電全系列核心技術(shù)的企業(yè)，為該領(lǐng)域后續研究和工程建設積累了寶貴的實(shí)踐經(jīng)驗。

砥礪前行 推動(dòng)柔性直流技術(shù)進(jìn)步

在取得初步進(jìn)展后，團隊并沒(méi)有停下腳步。2013年，團隊研制出世界首個(gè)±320千伏/1000兆瓦柔性直流換流器，破解了柔性直流向千兆瓦級以上容量發(fā)展的技術(shù)瓶頸，被國際權威機構DNV KEMA實(shí)驗室評價(jià)為“打破世界紀錄”。2015年，該產(chǎn)品在廈門(mén)±320千伏柔性直流輸電科技示范工程中成功應用，標志著(zhù)我國實(shí)現了柔性直流輸電技術(shù)領(lǐng)域的國際引領(lǐng)。

團隊還在2014年自主研發(fā)了世界首個(gè)200千伏高壓直流斷路器，為直流輸電向更為靈活經(jīng)濟的直流電網(wǎng)方向發(fā)展提供了關(guān)鍵技術(shù)支撐。2016年，該斷路器成功應用于舟山五端柔性直流輸電工程，填補了高壓直流斷路器工程應用的國際空白。

2017年，團隊研制出當時(shí)世界上參數最高的500千伏柔直閥、直流斷路器。2020年，柔直閥、直流斷路器應用在世界首個(gè)柔性直流電網(wǎng)工程——±500千伏/3000兆瓦張北柔性直流電網(wǎng)試驗示范工程，實(shí)現柔性直流“織線(xiàn)成網(wǎng)”，助力奧運史上冬奧場(chǎng)館首次實(shí)現100%綠電供應。張北柔性直流電網(wǎng)試驗示范工程把張家口地區的風(fēng)能、太陽(yáng)能等清潔能源轉變成的綠色電能穩定輸往京津冀地區，為破解新能源大規模開(kāi)發(fā)利用的世界級難題提供了中國方案。

走出國門(mén) 在世界柔性直流技術(shù)領(lǐng)域圓夢(mèng)

在全球化發(fā)展背景下，讓我國柔性直流技術(shù)走向世界是團隊成員共同的夢(mèng)想。

2014年，團隊率先獲得歐洲柔性直流投標資質(zhì)，拿到了國際市場(chǎng)的“入場(chǎng)券”。2018年，團隊首次參與海外工程總承包(EPC)工程投標。由于國內外工程在執行條件、管理模式、運行狀態(tài)方面存在較大差異，外加受文化差異、國際形勢等因素影響，團隊連續投標七個(gè)工程均以失敗告終。

團隊成員陽(yáng)岳希感慨道：“特別是幾次排名第二的結果，讓我們一度覺(jué)得要打破跨國集團的壟斷幾乎是不可能的。”此時(shí)，作為團隊負責人的賀之淵鼓勵大家堅定技術(shù)自信：“我們建成了我國第一條具有自主知識產(chǎn)權的柔性直流輸電工程，技術(shù)方面沒(méi)問(wèn)題，只是缺少經(jīng)驗而已，最后這一道門(mén)檻，努努力一定可以跨過(guò)去。”

2021年，團隊重整旗鼓，與ABB、西門(mén)子和美國通用電氣同臺競爭±320千伏/1030兆瓦德國B(niǎo)orWin6海上風(fēng)電柔性直流工程。經(jīng)過(guò)半年的談判，2022年2月14日，團隊收到了來(lái)自德國TenneT電網(wǎng)公司的中標通知。

目前，團隊結合海上風(fēng)電應用需求，實(shí)現了換流閥緊湊化、適海性設計，提高了換流閥功率密度及遠距離海運抗振能力，開(kāi)發(fā)運維工裝縮短了換流閥檢修時(shí)間。

從自力更生、技術(shù)進(jìn)步，再到全方位“走出去”參與國際競爭，團隊一路筑夢(mèng)、追夢(mèng)、圓夢(mèng)。經(jīng)過(guò)20年的努力，團隊在國際市場(chǎng)上樹(shù)起了一塊柔性直流輸電技術(shù)的“金字招牌”，助力我國掌握了在柔性直流輸電領(lǐng)域的話(huà)語(yǔ)權，為實(shí)現高水平科技自立自強貢獻著(zhù)國網(wǎng)智慧。