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勇闯柔性直流输电技术领域“无人区” 昆柳龙直流工程标志着中国直流输电工程技术再上新台阶

北极星输配电网  来源:南方电网报  作者:刘杰  2020/8/4 13:22:59  我要投稿  
所属频道: 电网建设  关键词:特高压 直流输电 昆柳龙直流

北极星输配电网讯:“昆柳龙直流工程全部建成后,将创造17项世界纪录,标志着我国直流输电工程技术再上一个新台阶。作为世界上首个多端柔性直流工程,它将柔性直流技术带入了一个新时代。”中国工程院院士李立浧表示。

昆柳龙直流工程在世界上首次采用特高压多端直流系统。工程全部建成后将创造17项世界第一,包括世界上第一个±800千伏特高压柔性直流输电工程、世界上单站容量最大的柔性直流输电工程、世界上第一个具备架空线路故障自清除及再启动能力的柔性直流输电工程等。

17项世界第一的背后,是中国科研人员在直流输电技术领域的“无人区”奋力鏖战,他们从“无”到“有”,把不可能变成可能。有外国专家询问,这些世界第一怎么做出来的?一位南方电网公司科研人员回答:“这是我们勇于创新、勇于实践的结果。”

他们造出昆柳龙直流工程“最强心脏”

在昆柳龙直流工程之前,世界上的柔性直流工程多属于高压、超高压工程范围,将电压提高到±800千伏特高压等级,意味着所有的技术规范、成套设计和成套设备都要从头研发。

2019年4月30日凌晨6点,陕西西安。南方电网公司与多家柔直阀相关厂家的技术团队人员连续讨论技术细节超过12小时,终于敲定适用于昆柳龙直流工程中旁路晶闸管的参数。旁路晶闸管研发是昆柳龙直流工程中柔直阀高可靠旁路技术中的重要一环。

柔直阀就像人的“心脏”,是昆柳龙直流工程的关键设备,承担着特高压、远距离、大容量清洁水电转换为日常使用的交流电重任,必须保证这颗“心脏”可靠、稳定地跳动。

柔直阀的基本单元(细胞)是功率模块,它内部包括功率器件(IGBT)、高速控制、通信光纤等。在设备研发中除了通过制作工艺保证柔直换流阀功率模块的绝对可靠外,还需使用技术手段确保单一模块发生故障不影响整个系统的运行。

南方电网公司通过研发高可靠的旁路技术,为柔直阀加上层层保护,一旦有模块出现故障,柔直阀还能正常工作,保证昆柳龙直流工程单一模块发生故障时不引起系统停电。

昆柳龙直流工程是首个多端混合特高压直流系统,所有新设备都要连过研制关、现场调试关以及经受系统高电压、大电流下的长期严苛考验,必须通过多维度的科技创新确保设备技术先进、质量可靠。

短时间里,涵盖厂家、科研单位的南方电网公司昆柳龙直流工程技术攻关团队夜以继日地讨论、试验,柔直阀等工程所需的所有设备均一一按时保质交付。

随着2020年7月31日昆柳龙直流工程实现阶段性投产,研发制造的首批特高压柔性直流成套设备将接受现实中的长期严苛考验。通过关键设备的国产化、自主化,昆柳龙直流工程带动提升了我国电力装备制造业总体水平和竞争力。

他们为昆柳龙直流工程装上“最强大脑”

柔直换流阀是工程的“心脏”,控制保护系统相当于“大脑”,它要对设备的启停、功率升降、站间协调、执行保护等起到关键核心作用。作为世界上首个特高压多端混合直流工程,它的控制保护系统功能多、系统复杂,性能要求高,研发面临巨大挑战。

柔性直流与常规直流的技术特性、控制方式各不相同。混合直流输电系统,要把这两项技术合在一起,起到“1+1>2”的效果。这在世界上无任何工程经验可循。

首要解决的问题是能否通过高低阀组实现柔性直流的±800千伏。此前,一些外国专家认为高低阀组串在一起不可控、很难实现。昆柳龙直流工程技术攻关团队针对外国专家的质疑,逐条做理论分析、仿真研究,最后拿出的方案令外国专家交口称赞。

更难的是实现柔性直流工程架空线路故障自清除。使用电缆的柔性直流工程不存在这个问题。过去使用架空线路的柔性直流工程,出现故障,将直流和整个交流系统短暂脱离,等故障清除后再联回来。这种方法对于输电容量达800万千瓦的昆柳龙直流工程来说损失太大。

昆柳龙直流工程技术攻关团队经过各种讨论、多方案论证和优选,最终确定采用“全桥+半桥”的混合桥结构。全桥、半桥是柔直阀中功率模块的一种拓扑结构。柔性直流技术的生命力是可控性,它可以通过模块的重组实现多种功能。

混合桥的拓扑结构就像是巧妇手里的米,有了这个米,技术攻关团队通过设计控制保护系统把米做成饭。昆柳龙直流工程线路途经云南、贵州、广西、广东四省区。假如云南某地线路遭遇雷击,昆柳龙直流工程直接通过检测直流线路电气量的波动,知晓线路故障。再经由快速控制几千个子模块的投切,协助千里之外的线路清除电弧类似故障,之后高速再启动。

2020年7月13日13时04分,一枚银箭拖动导线穿过试验框,一道闪亮的电弧落地,昆柳龙直流工程成功完成直流线路人工短路故障试验。这意味着,它成为世界首个实现架空线路故障自清除及再启动的柔性直流输电工程。

控制保护系统要做的不仅这些。昆柳龙直流工程的多端使得它的运行方式几百种,大大增加了昆柳龙直流工程控制保护系统试验项目,总数超过1600项,较以往工程增加700多项。运行方式繁多,隐含重大系统风险。技术攻关团队通过系统运行方式优化,简化运行方式为108种。

有科研人员比着膝盖高的报告说:“平常一个工程控制保护十几本(报告)足够了,这次我们有七八十本。我们解决了太多前所未有的问题,特别自豪。”这种自豪,不仅因为创下的多个世界第一,还在于工程让大家真正品尝到技术自信的滋味。

这些报告里的数据、解决方案将成为多端柔性直流控制保护技术中的标准、参考,也是南方电网公司掌握的特高压多端柔性直流关键技术中的重要一环。

从无到有,从有到优,建设特高压多端柔性直流工程彰显南方电网技术能力

仅以技术概念提出论,柔性直流技术不是中国人首创。但是在其发展中,中国人实现了柔性直流技术在多端、特高压、柔直电网等工程中的应用。

“技术引领要有一定的判断能力,中国发展柔性直流技术将大有可为。”李立浧认为,南方电网公司通过在主电网应用、掌握特高压多端柔性直流技术,推动了柔性直流技术的进步,终将为未来电网技术发展起到核心作用,是中国电力人对世界电力技术发展作出的贡献。

在昆柳龙直流工程中采用混合直流技术,并非为了世界第一而第一。柔性直流技术对电网运行可控性的提高是经过论证的。柔性直流技术能够支持电网解决换相失败等问题,让复杂的电网变得更加可靠,支持西电东送直流输电持续实施。

“通过昆柳龙直流工程,南方电网构建了世界上第一个由柔性直流和常规直流组成的多直流馈入电网系统。一旦常规直流线路发生故障,昆柳龙直流工程的柔性直流技术将同时提供有功和无功,不仅自己这条线路可靠运行,还能给常规直流提供无功补偿,扶他一把。”

李立浧介绍,昆柳龙直流工程还在世界上首次实现了交流故障下柔性直流稳定运行,达到交流故障全穿越。简单说,在当下的复杂电网中,即使交流线路发生故障,昆柳龙直流工程仍将可靠运行。

昆柳龙直流工程培养了一大批柔性直流技术人才。他们来自各高等院校和科研院所,在特高压柔性直流技术、多端混合直流系统领域,取得了一批世界级的科研成果,实现电网技术的里程碑突破。

柔性直流技术未来应用将非常广泛,可在海上风电大规模并入电网等多个领域发挥所长。对柔性直流技术掌握得越深,对中国的电力技术发展越有利。随着一个又一个柔性直流工程建成落地,柔性直流技术从实验室走向现实,中国在柔性直流技术领域逐步实现了世界领先。

原标题:勇闯柔性直流输电技术领域“无人区”昆柳龙直流工程标志着中国直流输电工程技术再上新台阶

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