“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(shì)將得到充分發(fā)揮，但還需要‘與時(shí)俱進(jìn)’”“用特高壓柔性直流實(shí)現(xiàn)‘沙戈荒’等地區(qū)千萬(wàn)千瓦級(jí)高比例新能源集中送出還有多個(gè)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(dòng)支撐就越重要”……
走進(jìn)南瑞繼保電氣有限公司實(shí)驗(yàn)室，特高壓直流與柔性輸電高端裝備攻關(guān)團(tuán)隊(duì)（以下簡(jiǎn)稱“攻關(guān)團(tuán)隊(duì)”）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(kāi)展攻堅(jiān)攻關(guān)。
胸懷“國(guó)之大者”，堅(jiān)持自主創(chuàng)新20余載。攻關(guān)團(tuán)隊(duì)在中國(guó)工程院院士沈國(guó)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(gè)“世界第一”，在高端電力裝備制造領(lǐng)域取得一大批世界級(jí)的科研創(chuàng)新成果，有力保障了國(guó)家能源安全，更實(shí)現(xiàn)了高端電力裝備走出國(guó)門(mén)。近日在北京舉行的“國(guó)家工程師獎(jiǎng)”表彰大會(huì)上，攻關(guān)團(tuán)隊(duì)榮獲“國(guó)家卓越工程師團(tuán)隊(duì)”稱號(hào)。
“在國(guó)家電力能源安全和保障面前，我們沒(méi)有退路”
當(dāng)前，隨著能源轉(zhuǎn)型的深入推進(jìn)，新型電力系統(tǒng)的發(fā)展路徑逐漸明朗，但在助力我國(guó)實(shí)現(xiàn)清潔、低碳的能源體系的同時(shí)，仍不可避免地面臨一系列技術(shù)和實(shí)踐上的挑戰(zhàn)。
做領(lǐng)先研究、出落地成果。攻關(guān)團(tuán)隊(duì)從接入系統(tǒng)穩(wěn)定性機(jī)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(chǔ)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(shí)將構(gòu)網(wǎng)理論轉(zhuǎn)化成電網(wǎng)穩(wěn)定的利器。
攻關(guān)團(tuán)隊(duì)核心成員，國(guó)網(wǎng)首席專家、南瑞繼保研究院副總工程師田杰自豪地說(shuō)，攻關(guān)團(tuán)隊(duì)完成了張北柔性直流電網(wǎng)控制保護(hù)系統(tǒng)構(gòu)網(wǎng)改造完成，解決了寬頻振蕩難題，實(shí)現(xiàn)了100%純新能源滿功率通過(guò)構(gòu)網(wǎng)柔直并網(wǎng)送出，引領(lǐng)柔性直流輸電邁進(jìn)“構(gòu)網(wǎng)”新時(shí)代。
“在國(guó)家電力能源安全和保障面前，我們沒(méi)有退路。”攻關(guān)團(tuán)隊(duì)以沈國(guó)榮院士為帶頭人，面向國(guó)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(kāi)發(fā)和成果轉(zhuǎn)化。
記者近日走進(jìn)仿真實(shí)驗(yàn)室時(shí)，看到田杰帶著團(tuán)隊(duì)成員在一排排實(shí)驗(yàn)柜間來(lái)回穿梭，仔細(xì)查看設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，不時(shí)聚在電腦屏幕前進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。他說(shuō)，“每一次的技術(shù)創(chuàng)新，都需要在實(shí)驗(yàn)室里進(jìn)行驗(yàn)證分析，才能針對(duì)性地做出突破。”
國(guó)家能源安全和保障是“國(guó)之大者”。攻關(guān)團(tuán)隊(duì)堅(jiān)守“科技報(bào)國(guó)、實(shí)業(yè)報(bào)國(guó)”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(guó)遠(yuǎn)距離大容量電力傳輸受制于人的困局，更是實(shí)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(gè)“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(yùn)行的世界性難題，主要難點(diǎn)是要滿足換流器性能不滿足靈活度和可靠性的雙重需求。”南瑞繼保研究院柔性輸電所副總工程師董云龍說(shuō)，團(tuán)隊(duì)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(lái)新的轉(zhuǎn)機(jī)，果斷決定進(jìn)行交直流技術(shù)的跨界融合。
“解決一步、前進(jìn)一步，直到占領(lǐng)制高點(diǎn)。”攻關(guān)團(tuán)隊(duì)逢山開(kāi)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(gè)基于MMC的統(tǒng)一潮流控制器產(chǎn)品，經(jīng)權(quán)威機(jī)構(gòu)鑒定為國(guó)際領(lǐng)先。
2015年，我國(guó)首個(gè)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(yùn)，南瑞繼保出色完成首臺(tái)套裝備的前期科研、仿真、成套設(shè)計(jì)、裝備供貨與調(diào)試，首次實(shí)現(xiàn)了我國(guó)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(wú)限風(fēng)光，一頭是萬(wàn)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(jí)越高，電能損耗越小，輸送能力就越強(qiáng)，但其安全保障要求也就越高。”田杰說(shuō)，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(gè)等級(jí)，技術(shù)難度成倍增加。
“國(guó)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。”在沈國(guó)榮院士的帶領(lǐng)下，攻關(guān)團(tuán)隊(duì)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(chǎng)艱苦卓絕的戰(zhàn)役。
田杰介紹，團(tuán)隊(duì)從文獻(xiàn)入手，反復(fù)打磨每個(gè)細(xì)節(jié)、每個(gè)堵點(diǎn)，在研發(fā)的關(guān)鍵時(shí)期，很多人都直接住在了單位宿舍，每天干到凌晨?jī)扇c(diǎn)。
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(tuán)隊(duì)進(jìn)行了大量的推演、仿真和驗(yàn)證，先后突破特高壓直流輸電系統(tǒng)雙12脈動(dòng)閥組協(xié)調(diào)控制等數(shù)十項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，成功研制國(guó)內(nèi)首個(gè)具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的特高壓直流系統(tǒng)，整體技術(shù)達(dá)到國(guó)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。“換流閥元部件參數(shù)設(shè)計(jì)尤為重要，一個(gè)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(yùn)甚至威脅設(shè)備安全。但是把參數(shù)設(shè)計(jì)的余量過(guò)大，又影響設(shè)備成本，制約技術(shù)的推廣。”南瑞繼保研究院柔性輸電所副總謝曄源說(shuō)。
2018年，團(tuán)隊(duì)開(kāi)始著手國(guó)內(nèi)首個(gè)特高壓柔性直流換流閥的設(shè)計(jì)。“直流電容是換流閥的核心部件，成本占比超過(guò)20%，當(dāng)時(shí)面臨的直流電容設(shè)計(jì)，一無(wú)參考、二無(wú)經(jīng)驗(yàn)。”謝曄源感觸頗深地回憶道。
為了精準(zhǔn)和可靠的設(shè)計(jì)參數(shù)，攻關(guān)團(tuán)隊(duì)從理論推導(dǎo)開(kāi)始，再經(jīng)過(guò)PSCAD（電磁暫態(tài)仿真軟件）仿真、RT-LAB（一套工業(yè)級(jí)的系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真平臺(tái)軟件包）仿真，最終針對(duì)直流電容30余個(gè)參數(shù)給出了一整套設(shè)計(jì)原則，這些原則支撐了世界首個(gè)特高壓柔性直流工程落地應(yīng)用。
截至目前，攻關(guān)團(tuán)隊(duì)成功為我國(guó)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(cè)量等核心裝備支撐，成為我國(guó)電網(wǎng)安全可靠運(yùn)行的強(qiáng)有力保障。2019年底，隨著巴西美麗山II期工程順利投運(yùn)，技術(shù)成果正式走出國(guó)門(mén)，成為“中國(guó)創(chuàng)造”在“一帶一路”上的靚麗名片。
“工程師就是要解決實(shí)際問(wèn)題，創(chuàng)新永遠(yuǎn)在路上”
在記者采訪時(shí)，發(fā)現(xiàn)有攻關(guān)團(tuán)隊(duì)不少研發(fā)工程師都奔赴在各個(gè)項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)。“在項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)，我們能更加及時(shí)準(zhǔn)確地獲取信息和實(shí)際需求，一旦設(shè)備需要進(jìn)行參數(shù)調(diào)整，就可以前后方聯(lián)動(dòng)，不斷驗(yàn)證和優(yōu)化，尋找最佳的解決方案。”田杰說(shuō)。
沈國(guó)榮院士表示：“工程師就是要解決實(shí)際問(wèn)題，創(chuàng)新永遠(yuǎn)在路上！”這也成為攻關(guān)團(tuán)隊(duì)的座右銘。
新能源時(shí)代，“并網(wǎng)難、消納難”成為掣肘我國(guó)新能源深度發(fā)展的難題。立足國(guó)家能源戰(zhàn)略，早在2006年，攻關(guān)團(tuán)隊(duì)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)模可再生能源接入、電網(wǎng)柔性互聯(lián)、大型城市電網(wǎng)構(gòu)建等方面具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，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。”田杰說(shuō)。
從“零”開(kāi)始，團(tuán)隊(duì)再次出發(fā)。“不管多難，我們一定能做出自己的柔性直流輸電裝備來(lái)，而且還要超越國(guó)外的技術(shù)水平！”攻關(guān)團(tuán)隊(duì)下定決心。
一步一個(gè)腳印，一履一行汗水。攻關(guān)團(tuán)隊(duì)咬定目標(biāo)、腳踏實(shí)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(qiáng)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(hù)、換流閥、直流斷路器等重大裝備。
世界首個(gè)實(shí)際運(yùn)行的五端柔性直流舟山工程、世界首個(gè)柔性直流電網(wǎng)張北工程、世界首個(gè)特高壓多端混合直流昆柳龍工程先后投運(yùn)……一個(gè)個(gè)實(shí)際成果推動(dòng)中國(guó)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(lái)的風(fēng)電點(diǎn)亮北京冬奧會(huì)主場(chǎng)館的那一刻，攻關(guān)團(tuán)隊(duì)成員歡呼擁抱：“我們用張北的風(fēng)點(diǎn)亮了北京的燈，綠色冬奧也有我們的一份貢獻(xiàn)！”
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(wú)論是“沙戈荒”大規(guī)模新能源送出，還是“中遠(yuǎn)海”海上風(fēng)電開(kāi)發(fā)，都是攻關(guān)團(tuán)隊(duì)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(diǎn)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(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)搭建，正在開(kāi)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(guó)家能源安全，推動(dòng)能源綠色轉(zhuǎn)型。目前，攻關(guān)團(tuán)隊(duì)老中青搭配，充滿生機(jī)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(mèng)之隊(duì)”。
南京日?qǐng)?bào)/紫金山新聞?dòng)浾?徐寧
