盛俊毅：支撐新型電力系統建設的柔性直流輸電技術(shù)創(chuàng )新與突破

編者按：2022年7月20-21日，以“碳中和與全球產(chǎn)業(yè)融合”為主題的“第四屆未來(lái)能源大會(huì )”在北京召開(kāi)，本次大會(huì )由中國能源研究會(huì )與中國能源網(wǎng)聯(lián)合主辦。會(huì )上，特變電工西安柔性輸配電有限公司副總經(jīng)理盛俊毅先生做了題為“支撐新型電力系統建設的柔性直流輸電技術(shù)創(chuàng )新與突破”視頻演講。

以下內容根據論壇演講實(shí)錄進(jìn)行整理。

非常榮幸參加第四屆未來(lái)能源大會(huì )，我是特變電工柔性輸配電有限公司副總經(jīng)理盛俊毅，今天給大家帶來(lái)的主題是特高壓輸電交付實(shí)現和未來(lái)展望的課題。

我今天分享五個(gè)部分，一是我們公司做特高壓大容量做一個(gè)介紹，二是針對我們的工程，柔性直流輸電換流閥運行和創(chuàng )新點(diǎn)做一個(gè)介紹，第三和第四部分主要從換流閥和閥控兩個(gè)方面對我們關(guān)鍵設計點(diǎn)做一個(gè)介紹，五是對大容量換流閥展望做一個(gè)簡(jiǎn)單的介紹。

我們公司特變電工從2014年開(kāi)始做柔性直流輸電，2018年中標南方電網(wǎng)的工程，到2020年投運，目前投運的時(shí)間大概2年多時(shí)間，這是目前公司在整個(gè)海上風(fēng)電和新能源這塊以及直流輸電的一些業(yè)績(jì)，從柔性直流水電解決方案，各個(gè)方面超過(guò)11個(gè)工廠(chǎng)的業(yè)績(jì)，這是我們對換流閥的科研實(shí)力，我們創(chuàng )建西部最大的實(shí)驗室，實(shí)驗投資2.3個(gè)億，占地6800平米，目前可以支撐5000兆以上輸電裝置的驗證。

整個(gè)對于驗證平臺從換流閥從器件平臺，組件平臺到整機冷卻以及老化的平臺，這是對平臺的介紹，目前換流閥里面最核心的部件是IGBT，這個(gè)平臺可以滿(mǎn)足6.5千伏以上的測試，從它的動(dòng)態(tài)特性的測試，這是我們對換流閥的組件，包括單元，可以滿(mǎn)足運行和平臺，這是對于整個(gè)換流閥控制核心的平臺，目前整個(gè)可以支撐3000以上的節點(diǎn)驗證。

這個(gè)是我們在整個(gè)特高壓大容量的交付過(guò)程中利用這樣的場(chǎng)景，我們在實(shí)驗室做了多端，一端是LCC，4端是VIC這樣混合的平臺，把整個(gè)實(shí)驗場(chǎng)景做了全方位的驗證，這是實(shí)驗室的實(shí)物場(chǎng)景。這是我們在特高壓電容量里面特高壓這塊，我們公司具備1100千伏變壓器的基地，我們在2017年全球首臺套也是用這個(gè)實(shí)驗室做的驗證。

整個(gè)在交付過(guò)程中的一些運行和成本做一個(gè)介紹，我們這個(gè)是在2018年8月份中標工程，在2018年的10月份委員會(huì )，2019年攻關(guān)，到2020年10月份進(jìn)行調試，到2020年12月份是投運儀式，目前已經(jīng)超過(guò)700多天運行比較平穩，這是現場(chǎng)的實(shí)物圖，右邊是換流閥本體的圖片。

這個(gè)是在我們整個(gè)運營(yíng)過(guò)程中，從2020年12月投運到2021年6月份，我們還有一些運行+調試的時(shí)間，正式的投運在2021年6月份至今經(jīng)歷了從2021年滿(mǎn)足運行，整個(gè)故障率千分之五之內，調試運行以來(lái)運行比較平穩。

我們從2018年中標之后我們做了很多成果，從800千伏的溫室，登上了人民日報，是全國首臺套。第二個(gè)創(chuàng )新成果我們在首次國內提出了架控柔性技術(shù)，這個(gè)其實(shí)可以有效解決因為架控線(xiàn)帶來(lái)短路的問(wèn)題，這個(gè)在工程中得到成功的應用。我們在2019年的時(shí)候針對現在的工廠(chǎng)做了全實(shí)物縮放版的正負10.5千伏40兆瓦背靠背運營(yíng)平臺，也是模擬現場(chǎng)的運營(yíng)工況，包括故障，在實(shí)驗室完成了所有的驗證，這是我們在交付過(guò)程中獲得的一些獎項，包括超多電瓶，柔性直流輸電的仿真一些技術(shù)的研究，包括當時(shí)我們參與5000兆“十三五”重大專(zhuān)項，也獲得一系列的獎項。

第三部分主要是從換流閥本體這塊做了一些簡(jiǎn)單的介紹，整個(gè)流北站和以往不太一樣，它用的是全半橋混連拓撲的方式，跟常規不一樣，它是相當于全半橋混連，無(wú)論從熱設計，包括均壓，平衡實(shí)驗等等這些還是有區別的，我們是通過(guò)電磁熱力分析工具進(jìn)行優(yōu)化，通過(guò)實(shí)驗迭代，目前已經(jīng)把相關(guān)問(wèn)題得到解決，業(yè)內還比較成功。

這個(gè)是在整個(gè)過(guò)程中，包括從組件設計，包括核心板網(wǎng)設計，包括電源設計，包括模塊電子廠(chǎng)設計，經(jīng)過(guò)了多輪優(yōu)化，目前運行比較成功。這個(gè)是針對以往工程有一個(gè)問(wèn)題，單一故障下可能會(huì )導致跳閘問(wèn)題，在這個(gè)過(guò)程中我們跟南方電網(wǎng)合作，一起在端口一個(gè)東西，相當于是被動(dòng)元件，無(wú)論在任何一個(gè)工況下的故障，我們都會(huì )保持供應模塊端口的狀態(tài)，保證在任何故障下都不會(huì )形成跳閘，目前這項成果已經(jīng)再工程中應用，比較成功。

第五，因為在特高大容量高電壓、大電流，跟傳統的是有區別的，在這里我們有一個(gè)理念準竣工的設計，我們把電磁抗擾，從30伏提到50伏，溫度從負10提到負40度，高溫從正7提到85，達到一個(gè)標準。同步我們提高可靠性，增加實(shí)驗，相當于可靠性加強實(shí)驗，目前的功能頭用比較成功，目前沒(méi)有因為板卡故障問(wèn)題導致系統跳閘。

第六，我們在整個(gè)調試運維，其實(shí)我們結合現場(chǎng)需要可靠高效，我們研究了相當于智能化，多做頁(yè)面的測試裝置，目前跟傳統的運維調測，把這個(gè)效果可以提升4-6倍，已經(jīng)申請了專(zhuān)利。

第七，高連閥最關(guān)鍵的可靠性，可靠性里面最關(guān)鍵的是閥本體設計，我們主要從幾個(gè)方面，第一個(gè)是通過(guò)系統給出可行性指標，進(jìn)行可靠性分解，我們把閥控分析指標得出來(lái)進(jìn)行可行預計，然后進(jìn)行建模，然后論證地最后是可靠性每一個(gè)部件的分配，進(jìn)行器件選型，包括可靠的設計，用這個(gè)里來(lái)做。設計之后是可靠驗證，剛才講到一些東西，包括從電特性到環(huán)境實(shí)驗、可靠性增長(cháng)、單元、信號等等實(shí)驗，我們進(jìn)行可靠性加強，來(lái)提升整體可靠性加強。

最后避免不了在現場(chǎng)因為器件本身有失效率，有一個(gè)分析在售后，我們遵循一個(gè)設計理念，首先是在現場(chǎng)失效之后我們有數據分析，包括對部件的分析，包括對失效原因的分析，包括拿一些舉措，在工程上進(jìn)行迭代，進(jìn)行提升，目前是這樣的整體設計流程。

第四部分，我主要是從換流閥閥控方面做簡(jiǎn)單匯報。在過(guò)程中我們應用了可視化編程，減小因為人為無(wú)論是標準化，一錯犯錯，包括后續提升運維效率的改進(jìn)，包括一鍵生成代碼，將應用層的代碼和通訊系統配置，底層設置配上代碼合并，變成最終程序，代碼是用CCI路徑，直接便于抄寫(xiě)。這塊我們通過(guò)硬件優(yōu)化，以及數據的處理，目前可以把整個(gè)控制在26微秒以?xún)?，在整個(gè)工作項目中是最好的。閥控在成本中不是占比很大，其實(shí)是整個(gè)換流閥的大腦，我們從脈沖機箱到IPG，到電源總線(xiàn)，全部用的雙流設計，目前的功能也得到了驗證。當時(shí)在跟南網(wǎng)進(jìn)行聯(lián)合測試，全鏈路右下角通過(guò)一些實(shí)驗，通過(guò)第三方的鑒定，實(shí)驗項目比較多，左邊這個(gè)是主要對實(shí)驗項目的簡(jiǎn)單截圖。

第五部分，主要從特高大容量，柔直換流閥展望做簡(jiǎn)單匯報?，F在柔直未來(lái)工程化我們必須要走向標準化，分幾個(gè)層面，第一是在配電網(wǎng)絡(luò )，包括海洋資產(chǎn)平臺，電壓等級在100千伏以下的配置，我們是從8-20伏，150-700安標準化模塊來(lái)適配，從配電網(wǎng)到海洋資產(chǎn)平臺場(chǎng)景應用。針對新能源跟主電網(wǎng)，我們是從150-800千伏，300兆-5000兆的容量，從1600伏700安，到2000，甚至到3000的配置，通過(guò)搭積木的方式實(shí)現遠距離海上輸電設計，包括區域電網(wǎng)互聯(lián)標準化設計。這是我們脈沖平柜，我們采用模塊化、功能化設計，包括機箱標準化設計，來(lái)提升閥控系統的通用性、可靠性，可以去移植，提升整個(gè)工程交付的可靠性，提升安裝的效率，包括調試效率。

對于未來(lái)大規模，主要兩個(gè)方面，第一個(gè)是海上風(fēng)電大規模新能源接入，第二從西北地區到中國東部大規模新能源輸送的并網(wǎng)挑戰，而且新能源比例會(huì )越來(lái)越大，我們針對這些挑戰，我們公司目前在幾個(gè)方面做一些關(guān)鍵研究。第一在輸電系統主電路設計做一些研究，第二從新能源廠(chǎng)站集電方案優(yōu)化與振蕩抑制，第三從加控線(xiàn)多段直流故障與保護，從新能源故障穿越能力，包括未來(lái)在西北、西藏、青海的地方，包括高海拔、高地震下的研究。從整個(gè)海上我們有幾個(gè)方面，在海上風(fēng)電的新能源接入，主要從系統高電壓，主要是目前我們國家海上風(fēng)電的工程，換流閥的體積已經(jīng)占到整個(gè)平臺體系大概40%多的水平，我們要統一過(guò)電壓的設計，把整個(gè)體積要降下來(lái)，這樣整個(gè)體積會(huì )降下來(lái)。因為海上整個(gè)運維它而且成本比較高，這塊我們通過(guò)一些標準化設計，包括一些切分標準化單元，小型化的方式加強可靠性和運維的設計。主要是平臺化，主要還是從GS，包括一些有效規避電感進(jìn)行空間的優(yōu)化，從布置方面進(jìn)行優(yōu)化。

從平臺運輸，也是考慮到在海上運輸海浪等天氣的原因，包括一些拉調的方式加強，包括平臺上考慮平臺的安裝和選取，關(guān)于系統設計這塊，目前我們也是針對海上風(fēng)電加特高壓陸上的輸電，我們和幾個(gè)大學(xué)主要從4個(gè)課題提出直流送出和主電路方案和優(yōu)化控制策略，提出規?；履茉春蛢?yōu)化方案，實(shí)現新能源場(chǎng)內無(wú)振蕩穩定運行。針對大規模新能源的加工線(xiàn)的方式提出一定的策略，針對新能源設備特點(diǎn)和節電方案提出滿(mǎn)足聯(lián)網(wǎng)要求的配合設計。

主要針對剛才說(shuō)的，包括西藏這些地方高海拔，高地帶的特點(diǎn)特點(diǎn)進(jìn)行換流閥的驗證。對于關(guān)鍵點(diǎn)，主要是我們現在目前研究已經(jīng)開(kāi)始，主要是場(chǎng)景是什么場(chǎng)景?針對風(fēng)光的系統，新能源在100%的接入方式，通過(guò)前期的一些考察，包括投入選擇，包括一些運行方式，做前期的研究。

這是針對模型，目前在過(guò)程中從海上到陸上遇到一些問(wèn)題，我們搭建新能源的場(chǎng)站，從變流器到場(chǎng)站，到換流站的模型進(jìn)行仿真和驗證，包括具備的實(shí)物驗證提升模型的能力。

從整個(gè)30兆瓦交付看，我們用了大概有2年多的時(shí)間，整個(gè)工程的投運是比較成功的，在這里我們輸出了很多的成果，有幾個(gè)方面。一個(gè)是我們在過(guò)程中提出了無(wú)閉塞加工輸電技術(shù)，解決了加工線(xiàn)在無(wú)障礙下的團體，實(shí)現功能應用。針對因為單一故障導致的風(fēng)險，在這里通過(guò)實(shí)現扎管的方式，實(shí)現單一故障下不導致第二個(gè)技術(shù)難題，以實(shí)現工程應用。

對于高電壓，大電流比較復雜的電磁環(huán)境下，我們采用半卡實(shí)設計，提升了系統運營(yíng)可靠性，目前已經(jīng)在應用。在這個(gè)過(guò)程中我們把整個(gè)鏈路延遲降低26秒之類(lèi)，顯著(zhù)降低了風(fēng)險，目前26秒是行業(yè)內比較低的水平。針對陸上，海上新能源的并網(wǎng)挑戰，開(kāi)展相對的技術(shù)研究。

我的匯報到此結束，非常感謝各位的聆聽(tīng)，會(huì )后可以隨時(shí)交流，謝謝大家。