創造12項世界第一，全球首個直流電網正式投運

世界首個直流電網——張北可再生能源柔性直流電網試驗示範工程，在經過了168小時調試和試運行之後，於6月29日正式投運。張北地區富集的可再生能源成功接入首都電網，2022年北京冬奧會所有場館實現奧運史上首次100%清潔能源供電有了保障，北京全市用電負荷的1/10也就此實現清潔化。

張北柔直工程鳥瞰

“此前所有的電網都是交流電網。”國家電網有限公司有關負責人表示，由於受交、直流輸電本身技術特性所限，直流輸電主要用於點對點、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。

以風電、光伏發電為代表的“隨機性、波動性、間歇性可再生能源的大規模接入，對傳統輸電方式提出了巨大挑戰”，按國網公司特高壓部主任王紹武的説法，可再生能源接入電網，“遇到原理性障礙”。

對此，國網經研院直流中心主任樂波解釋，交流電網需要同時關注有功和無功平衡，功率流向是靠電網的自然阻抗特性分佈，可控性差，不靈活；而直流輸電能夠平抑隨機波動的功率，保證負荷平穩供電，更適合大規模可再生能源接入，但由於“直流電流沒有過零點，直流斷路器、大容量換流閥等設備研發難度大，控制系統複雜”，在柔性直流技術成熟之前，“直流組網很難實現”。

柔性直流（flexible）是20世紀90年代興起的以電壓源換流器為核心的新一代直流輸電技術。國網冀北電力建設部主任田生林用“一個完全可控的水泵”來比喻，它能夠精準控制水流的方向、速度和流量，從水源地準確地供水給用户；某個水管壞了，可藉助其他水管繼續供水，“這在傳統交流電網是不可想象的”。

田生林分析，這一“柔性”、靈活特徵，緣於它採用最先進的電壓源型換流器（VSC）和類似集成電路的全控器件（IGBT），與傳統直流採用類似開關的半控型晶閘管器件相比，“可控能力強、功率調節速度快、運行方式靈活”，能夠有效抑制交流電壓波動，減少功率波動對受端電網的影響，所以是破解新能源大規模併網消納難題的“金鑰匙”。

配製出這把“金鑰匙”，卻不是一件容易的事情。王紹武指出，柔直技術在大規模可再生能源送出等場景的工業化應用，面臨組網技術空白、輸電能力受限、運行可靠性低等三大世界級技術難題，都極具挑戰性。

±500千伏康保換流站施工現場，施工人員正在吊裝橋臂電抗器。

張北柔直工程總投資125億元，新建張北、康保、豐寧和北京4座換流站，額定電壓±500千伏，額定輸電能力450萬千瓦，輸電線路長度666千米。張北、康保換流站為送電端，接入新能源，豐寧站為調解端，接入抽水蓄能，北京站為接收端，接入首都負荷中心。工程於2017年12月獲國家發改委核准，2018年2月開工建設。

工程採用我國原創、領先世界的柔性直流電網新技術，創造了12項世界第一，在上述三大世界級挑戰上均取得突破：提出並攻克柔性直流組網技術，建成世界首個真正具有網絡特性的直流電網；將柔性直流的輸電容量提升至常規直流水平，攻克了制約我國柔性直流發展的關鍵核心問題；將柔性直流的可靠性提升至常規直流水平，使柔性直流輸電的大規模工業化應用成為可能。

國網方面表示，張北柔直工程採用全新的柔性直流電網技術，獲得了超越新能源特性和常規輸電技術的高可控性，從根本上提高了電網對可再生能源的駕馭能力。大規模清潔能源可不依賴交流電網的有無和強弱，不需要傳統能源發電的支撐，直接孤島接入柔直電網。以柔直電網為中心，“多點彙集”，“多能互補”，“時空互補”，“源網荷協同”，實現可再生能源側自由“波動”發電和負荷側可控“穩定”供電，解決“純”清潔能源大規模消納難題。

國家能源局介紹，全世界大量待開發的可再生能源都處於電網薄弱地區，張北的問題具有典型性。張北柔直工程的創新實踐，開拓了可再生能源大規模開發利用和友好消納的新道路。國家能源局副局長劉寶華表示，“未來我們還要建設更多、更高水平的柔性直流工程”。

科技日報記者 瞿劍