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特高壓輸電技術進入柔性直流新時代

2021-01-06   

世界第一

作為世界級工程,昆柳龍工程創造了19項世界第一,包括世界上第一個±800千伏特高壓柔性直流輸電工程,世界單站容量最大的換流站,世界首次具備架空線路故障自清除及再啟動能力等。

2020年12月27日10時許,隨著國家能源局局長章建華下達啟動投產指令,國家西電東送重點工程――烏東德水電站送電廣東、廣西特高壓多端柔性直流示範工程正式建成投產。

作為世界上第一條±800千伏特高壓多端柔性直流輸電工程,其建成投產幾乎登上了年度能源新聞排行榜前列,被認為“我國在世界上率先系統掌握了特高壓多端混合柔性直流技術體系”,並“引領世界特高壓技術進入柔性直流新時代”。

輸送清潔能源的超級工程

“作為烏東德水電站電力送出的‘主動脈’,該工程額定輸送容量約占其總裝機容量的80%。”南方電網公司總經理曹志安介紹,工程總投資242.49億元,線路起於雲南昆北換流站,落點在廣西柳北換流站和廣東龍門換流站,全長1452公里,簡稱昆柳龍直流工程;工程於2018年3月29日由國家發改委核准,採用±800千伏特高壓三端混合直流系統,輸送容量800萬千瓦。

工程把世界第七大水電站――烏東德水電站豐沛的水電源源不斷送抵粵港澳大灣區和廣西負荷中心,預計每年送電330億千瓦時,相當於海南省一年的全社會用電量;可每年減少煤炭消耗950萬噸、減排二氧化碳2500萬噸,將使粵港澳大灣區天更藍、地更綠、水更清,為我國力爭在2030年前二氧化碳排放達峰、2060年前為實現碳中和出一份力。

這樣一個定位於清潔能源輸送的超級工程,還將使雲南水能利用率從2017年的88%提升至2020年的99%以上,基本實現全額消納,同時對風、光等新能源的大規模開發利用起到推動作用。

採用特高壓多端混合直流系統

“這是一個領跑世界的超級工程,它標誌著我國特高壓直流輸電技術提升到空前水準,開創出新的輸電模式。”中國工程院院士、南方電網公司專家委員會主任委員李立?表示。

此前,世界主流輸電模式都是“直流送電、交流組網”。南方電網公司首席技術專家、南網科研院董事長饒宏介紹,這緣於交直流輸電本身的技術特性:常規直流主要用於點對點、遠距離、大容量電源外送,而不能組網;交流輸電則可以滿足常規電源送出和電網互聯需求,且成本低。但這一基本模式卻面臨一個“原理性障礙”,即所謂“多直流饋入”問題。他解釋,大流量的常規直流匯入電網,就像一條大河流入一個水庫,一旦常規直流線路“閉鎖”,就像河水突然截停,會導致水庫缺水。

然而柔性直流改變了這一切。柔性直流(flexible)是20世紀90年代興起的新一代“電壓源型”直流輸電技術。和傳統“電流源型”直流相比,它對電壓、頻率的控制更加靈活,就像一個完全可控的水泵,能夠精准控制水流的方向、速度和流量,使水庫更加平穩,河流被截停的幾率也大幅下降。“這就是其柔性的主要體現。”饒宏表示。

昆柳龍工程在世界上首次採用特高壓多端混合直流系統,送端雲南昆北是常規直流,廣西柳北、廣東龍門兩個受端是柔性直流。“這種方案既經濟,技術上又先進。”李立?解釋,把西部水電送到用電需求大的廣東、廣西,距離近1500公里,遠距離大容量輸電用特高壓直流最經濟高效;但常規直流並網後,因其換相失敗現象難以避免等固有特性,會對受端電網系統安全穩定帶來一定衝擊。“柔性直流能解決這些問題,它調控更加靈活,還能在關鍵時刻支持系統安全穩定運行。”

工程的已有實踐,也印證了這一結論:自2020年7月底雲南至廣東柔性直流雙極低端階段性投產以來,沒有出現過一起“閉鎖”。

但是柔性直流作為一種新技術,以往工程最高電壓做到500千伏,送電量、送電效率還不夠高。此次則提升到800千伏,送電量也達到全球最高的800萬千瓦。浙江大學教授、國際電氣電子工程師學會(IEEE)會士徐政展望:“這是一個開路工程。此後,遠距離、大容量送電工程,都會首選柔性直流技術。”

19項第一解決了一批世界性難題

作為世界級工程,昆柳龍工程創造了19項世界第一,包括世界上第一個±800千伏特高壓柔性直流輸電工程,世界單站容量最大的換流站,世界首次具備架空線路故障自清除及再啟動能力等。“每項世界第一都可以寫一篇大文章。”李立?如是說。

採用混合直流技術,大大增加了研發和建設難度;而創造19項世界第一,每一項都是輸電技術領域“無人區”的重要突破。“我們並非為了世界第一而第一。”饒宏表示,柔性直流技術對電網運行可控性的提高經過了充分論證,柔直技術讓複雜的電網變得更加可靠,支持西電東送直流輸電持續實施。

李立?表示,中國人實現了柔性直流技術在多端、特高壓、柔直電網等工程中的應用,中國發展柔性直流技術將大有可為。南方電網公司通過在主電網應用、掌握特高壓多端柔性直流技術,推動了柔性直流技術的進步,終將在未來電網技術發展中起到核心作用。

19項世界第一的背後,是成套設備從無到有研製出來,大量前所未有運行方式從0到1逐一破解。在輸電技術領域“無人區”,南方電網公司牽頭,整合國內科研、高校、設計、製造等單位,圍繞特高壓柔性直流拓撲結構、控制保護系統以及絕緣柵雙極型電晶體(IGBT)、柔性直流變壓器等關鍵設備和核心技術,展開了為時數年的大攻關,解決了“單一模組故障導致系統閉鎖”、系統運行方式優化等一批世界級難題。

柔性直流換流閥這一關鍵設備被稱為工程的“心臟”,如今世界首個能承受±800千伏特高壓的國產“心臟”已在龍門換流站穩定“跳動”。其中一些先進技術將被應用到即將建設的海上柔性直流專案,並將被國外廠家借鑒;IGBT關鍵晶片更是打破了國外少數廠家的壟斷。

延伸閱讀

又一驚人業績:主設備自主化率100%

除19項世界第一之外,主要設備自主化率100%,是昆柳龍工程創造的又一驚人業績。

“工程推動了中國柔性直流輸電技術保持國際領先地位,並通過需求拉動,大大加快了能源電力產業鏈上下游企業創新能力提升、產品升級換代的步伐。”中國工程院院士、南京南瑞繼保電氣有限公司董事長沈國榮表示。

南方電網超高壓公司副總經理李慶江介紹,實現自主化率100%的主設備中,除IGBT關鍵晶片外,還包括柔直變壓器、橋臂電抗器等多個關鍵設備、器件,而這些以往都受制於人,實現從無到有後,維護了特高壓直流技術全產業鏈安全。

據不完全統計,工程有效帶動了包括原材料、電力設備、電力電子器件、設計、施工、監理、檢測等在內的產業鏈上下游眾多企業復工複產達產,僅換流站的物資供應商就達166家,拉動社會投資約780億元,在保產業鏈供應鏈穩定方面亦發揮了重要作用。

https://www.china5e.com/news/news-1107523-1.html