研製世界最先進特高壓柔直核心部件 中國從落後到超越-科工力量

【本文轉自微信公眾號“科工力量”（ID：guanchacaijing）】

長期以來，特高壓直流輸電和柔性直流輸電的核心技術及其相應的試驗方法，都掌握在極少數跨國公司手中，核心裝備國產化水平較低。這對我國電網建設的經濟性、安全性和可持續發展都產生了極大阻礙。

日前，南方電網公司成功研製出世界首個特高壓柔性直流換流閥。這一特高壓柔性直流換流閥的成功研製，意味着南方電網在國際上首次將柔性直流技術推廣到±800千伏特高壓等級，送電容量提升至500萬千瓦，為柔性直流技術在±800千伏烏東德送電廣東直流工程以及後續特高壓直流輸電工程的實施提供堅實保障。

該項目實現了開關器件、電容部件集成的功率模塊單元，並以“搭積木”的方式構建成800千伏大型閥塔，高15米、長9米、寬7米，重量約70噸，相當於一架C919大型客機的重量。

換流閥是柔性直流輸電的心臟，是直流電和交流電相互轉換的橋樑，在柔性直流主設備中技術含量最高、挑戰最大。

過去，我國在高壓／特高壓直流裝備核心技術研發方面尚存在較大差距。換流閥方面一直沒有充分掌握核心技術，未能擺脱對跨國公司的依賴。到2008年底，世界上只有ABB和西門子2家公司具有直流換流閥的全部型式試驗能力，阿爾斯通公司只具有部分型式試驗能力。關於換流閥試驗方法及其成套試驗裝置的核心技術，各公司均對外嚴格保密。

如今，南方電網在換流閥等核心技術上不斷取得的成果，將為烏東德直流工程帶去72個這樣的大型閥塔。烏東德直流工程是特高壓多端直流示範工程，工程送電距離約1500公里，擬建設一回±800千伏、800萬千瓦特高壓直流輸電工程，輸送容量按雲南送端800萬千瓦、廣東受端500萬千瓦、廣西受端300萬千瓦考慮，計劃2019年底部分投產、具備送電能力，2020年6月底前具備雙極送電能力。

圖為±320千伏/100萬千瓦廈門柔性直流輸電換流閥塔，刷新多項世界柔性直流輸電的歷史記錄。特高壓換流閥作為特高壓直流輸電的核心裝備，是交直流電能轉換的核心單元。

什麼是柔性直流技術，為什麼要在特高壓輸電中採用柔性直流技術呢？

特高壓直流輸電具有輸送距離遠、輸送容量大、損耗低、佔地省的特點，特別是對於遠距離大容量的電力輸送，具有顯著的技術經濟優勢。

2009年12月，世界首個±800 kV特高壓直流輸電工程雲南—廣東特高壓直流輸電工程在南方電網投產，輸送容量500萬kW，送電距離約1373km，充分發揮了特高壓直流遠距離大容量輸電優勢。

雖然特高壓直流輸電有利於提高“西電東送”輸電效率，降低輸電損耗，節約輸電走廊資源，但也給電網安全穩定運行帶來風險和難題。

2010年“8.19”事故時，南方電網經受了第一次特高壓直流輸電大功率閉鎖的考驗。因雲廣特高壓直流線路遭受雷擊，直流行波保護動作、直流測量系統受干擾出現異常等造成雙極相繼閉鎖，損失直流功率3750 MW。

採用柔性直流技術，可以進一步增強對電網風險可控性。傳統高壓直流輸電依賴於交流電網實現換相，穩定運行需要交流系統有足夠的短路容量，近區交流系統故障會發生換相失敗，故障後恢復需要電網有足夠的動態無功支持，這些矛盾因素，是多直流集中饋入受端電網電壓穩定問題的主要原因之一。

如果將電流比作河流，柔性直流輸電技術就像在川流不息的江河上建造一個水庫，既能接收上游河道的來水，又可以很從容地控制下游水的流量。

傳統輸電會因跳閘故障導致電力不能輸出，而柔性直流輸電在啓動時不需本地電源支撐，遇電網故障時，具有良好的快速恢復控制能力；當全網失電時，還可以作為系統恢復電源。因此，它技術的設計容量可以從幾千千瓦到幾十萬千瓦，可以向無源網絡供電，尤其適用於偏遠城鎮、村莊、孤島或海上鑽井平台等地域。

未來電網中，柔性直流技術應用於遠距離輸電或電網背靠背聯網，對於交流故障時低電壓過渡能力大大增強，可以給近區電網提供動態無功支持，可降低未來複雜大電網的運行風險。南方電網已經在雲南電網與南網主網異步聯網項目中採用了±350 kV、1000 MW的柔性直流背靠背換流站。此外，大容量直流輸電系統中採用逆變側為柔性直流技術，還可以降低工程造價。

柔性直流輸電還是目前國際上公認的最具技術優勢的風電接入方式，適用於任何形式的風電場併網。尤其是對於百兆瓦以上的遠距離海上風電場來説，採用柔性直流輸電方式進行風電併網，通常是唯一的技術手段。電源不穩定，向來是風電技術的瓶頸所在，柔性直流輸電技術系統好比一扇閘門，不僅能將風電平緩地接入電網，系統還具備“自我感應”功能，引入電源時，“閘門”開啓的幅度可隨風力強弱而相應收放。

與傳統輸電方式相比，除了控制性能有極大的提高外，柔性直流輸電一般採用地下或海底電纜，對周圍環境影響甚微，佔地面積僅為同等容量下傳統直流電站的20％。

世界上第一條柔性直流輸電工程由ABB公司於1997年投運，我國在柔性直流輸電技術研究方面的起步相對較晚，我國第一條擁有完全自主知識產權的柔性直流輸電線路，是2011年7月正式投入運行的上海南匯風電場柔性直流輸電工程，使國家電網公司也成為繼ABB、西門子之後全球第三個掌握該項技術的公司，這也是亞洲首個20 MVA／+30 kV柔性直流輸電示範工程。

如今，在特高壓柔直的許多關鍵技術上，中國已經完成了從落後到超越。

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