中国工程院院士、南瑞继保公司董事长沈国荣:自主突破技术瓶颈,增强特高压直流输电话语权

发布日期:2021-02-25· 能源高质量发展 路郑 蓝望

昆柳龙直流工程采用柔性直流输电技术。千锤百炼 换流阀模块性能超国外产品 昆柳龙直流工程作为世界上第一个常规直流和柔性直流混合的多端特高压直流输电工程。柔性互联 保障三省电网安全稳定运行 在实现远距离、大容量输电的同时。

昆柳龙直流工程的投产,开启了我国特高压直流输电发展的新篇章。

中国工程院院士、南瑞继保公司董事长沈国荣对昆柳龙直流工程取得的成就给予了积极评价:“工程联结了云南、广西、广东3个省级电网,充分利用了柔性直流输电灵活可控的突出特性,实现了省级电网间互济,提升了我们利用电力电子技术控制电网的能力。”

沈国荣认为,南方电网下决心建设世界上第一个常规直流和柔性直流混合的多端特高压直流输电工程,确立了我国柔性直流输电技术保持国际领先的地位,通过需求拉动,促进了能源电力产业链上下游企业及各方创新能力的快速提升。

千锤百炼

换流阀模块性能超国外产品

昆柳龙直流工程作为世界上第一个常规直流和柔性直流混合的多端特高压直流输电工程,没有现成经验可以借鉴,工程建设过程面临的技术瓶颈都需要自主突破。

因此,昆柳龙直流工程的每一个关键方案从提出到应用,都必须经过成百上千次的试验,才能最终付诸实施。沈国荣说:“在确认全桥和半桥混合比例时,我们利用实际装置进行实时仿真,开展了200多种运行方式中不同比例的组合、上万次的仿真迭代,验证换流阀子模块的电压情况,最终推荐了适当的比例方案。”

为了保证设备质量和工程实施效率,沈国荣指挥团队将现场使用的900多面屏柜连接在一起,进行了耗时超过一年的详尽工厂试验。沈国荣分析了试验过程中面临的难题:“由于电网运行结构是不断变化的,在各种工况下满足性能非常困难。我们根据电网实时结构,动态调整参数,最终实现了全工况下的性能要求。”

在设备制造方面,昆柳龙直流工程提出了换流阀模块即使遇到电源有问题也不能影响运行的高要求目标,这在之前的工程并无先例可循。要突破这个技术上的难点,就要进行具有一定风险的试验。

面对挑战,沈国荣带领团队迎难而上,“我们为此做了大量危险性较高的破坏性试验,最终通过多级旁路保护措施实现了研制目标。”

经过艰苦的技术攻坚,南瑞继保研制的控制保护延时与以往工程相比大幅提升;自主研制的换流阀模块,可靠性超过国外产品,大幅提升了柔性直流输电的性能。

柔性互联

保障三省电网安全稳定运行

在实现远距离、大容量输电的同时,如何保障电网的安全和稳定是输电环节的重中之重。据沈国荣分析,昆柳龙直流工程采用柔性直流输电技术,避免了广东电网继续采用传统直流输电技术的多直流同时换相失败问题,提升了广东电网整体的安全性。

三个省级电网连在一起后,电网稳定问题也变得复杂了。为了给电网互联加上坚实可靠的“保险”,沈国荣带领团队通过提供稳控系统,设计了多端直流功率提升、功率回降、频率控制,以及功率速降协调等安全稳定控制策略,有效保障三端直流连接的电网安全稳定运行。

沈国荣认为,柔性直流输电容易实现多端连接和组网运行,利用该优势可实现省级电网的互联。柔性直流输电控制能力强,用来进行区域电网柔性互联,可实现互供互济而又相互隔离故障。广东背靠背工程利用这个特性实现了短路电流限制和互供互济、紧急支援。

前景广阔

柔性直流输电支撑能源转型

目前,尽管柔性直流输电技术具备了远距离大容量输电及电网安全互联等优势,但仍需解决成本高和损耗高的问题。“受现阶段全控器件条件的限制,柔性直流成本和损耗较常规直流都要高,但随着技术的发展正在逐渐降低。”沈国荣认为,我国柔性直流可控器件发展的步伐将会加快,“我国在自主可控器件研制上正在加紧追赶,我们已经配合国产器件厂家开展了充分的研究工作,实现柔性直流技术全面自主化完全可行。”

谈到柔性直流输电未来的发展,沈国荣指出,未来新一代器件,如碳化硅、氮化镓器件一旦条件成熟,柔性直流输电在降低损耗、减小体积、提升可靠性等方面必将取得长足进步。

近年来,可再生能源发展十分迅猛,部分地区如何消纳更多的可再生能源发电成为能源转型的关键一环。沈国荣表示,为实现我国承诺的碳达峰、碳中和目标,新能源占比必将大幅增加。

他认为,柔性直流在新能源并网,特别是高比例甚至纯新能源、分布式新能源、远海风电等难以使用传统输电技术方案的领域大有可为,前景广阔。柔性直流输电技术与能源转型将会相互促进,在能源转型过程中既起到支撑作用,也受能源转型大方向的影响而不断优化提升。

中国工程院院士、南瑞继保公司董事长沈国荣


昆柳龙直流工程广东受端龙门换流站远眺。 李志杰 杨惠平 陈海东 摄


昆柳龙直流示工程云南送端昆北换流站进行灯光测试。 李志杰 杨健 摄


昆柳龙直流工程广西受端柳北换流站柔直阀厅。 邓云天 摄

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