南方電網將多端柔性直流輸電技術投入工程化應用

海纜敷設現場

　　熱線傳真

　　廣東汕頭南澳島上200多臺聳立的大風車正迎風轉動，南方電網公司全力推進的世界第一個多端柔性直流輸電示范工程——南澳±160千伏多端柔性直流輸電示范工程就坐落在風車腳下的青澳灣。

　　12月25日，隨著南澳多端柔性直流輸電工程現場總指揮一聲令下，南澳島上青澳、金牛兩個換流站與汕頭澄海區的塑城換流站完成了三端投產啟動，這標志著南方電網攻克了多端柔性直流輸電控制保護這一世界難題，成為世界第一個完全掌握多端柔性直流輸電成套設備設計、試驗、調試和運行全系列核心技術的企業。

　　柔性、多端之利

　　“這意味著我國成為世界第一個將多端柔性直流輸電技術投入工程化應用的國家。” 南方電網專家委員會主任委員李立浧院士在接受媒體采訪時說，“多端柔性直流輸電系統模塊化多電平(MMC)技術，可靈活接入多個站點的風能、太陽能、地熱能、小水電等清潔能源，通過一個大容量、長距離的電力傳輸通道，到達多個城市的負荷中心。這為新能源并網、大型城市供電以及孤島供電等場合提供了一種有效的解決方案。”

　　南網科研院院長、南澳多端柔性直流輸電工程項目技術負責人饒宏則表示，“風能、太陽能發電等新能源接入電網的最大障礙就是其間歇性和不確定性，而柔性直流輸電技術就像在電網接入了一個閥門和電源，可以有效地控制其上面通過的電能，隔離電網故障的擴散，而且還能根據電網需求，快速、靈活、可調地發出或者吸收一部分能量，從而優化電網的潮流分布、增強電網穩定性、提升電網的智能化和可控性。”

　　“柔性”是相對于常規直流輸電技術而言，采用了先進的大功率電力電子器件組成的電壓源換流器(VSC)，可以依據電網需要，可以靈活快捷地改變電能輸送的大小和方向，并提供更優質的電能質量。我們采用了模塊化多電平技術(MMC)，規模、容量、電壓等級等關鍵工程參數都可以依據工程需求與電能傳輸距離量身定制，靈活實現。

　　“多端”則是相對于“兩端”而言，指兩端以上的柔性直流輸電工程。南澳多端柔性直流輸電工程項目工程師許樹楷介紹說：“兩端直流輸電系統無法實現對多個電源點(如風電場、分散式小水電等)的接入或多個負荷點的同時供電，多端系統可以將多個海上風電場、孤立海島與大陸連接起來，構成直流網絡，在節省投資與減少海域資源占用的情況下，既滿足海島電力需求的同時還能將富余電能送往大陸。”

　　目前，世界各國充分認識到柔性直流輸電在可再生能源和智能電網建設中的重要作用，柔性直流輸電工程應用開始呈現快速增長。但全球已投運的柔性直流輸電工程均為點對點兩端系統，尚無多端柔性直流輸電工程投入商業運行。落戶廣東汕頭南澳島的三端柔性直流輸電工程設計容量為20萬千瓦，直流電壓等級±160千伏，是世界首例多端柔性直流輸電工程。

　　100%自主知識產權

　　黨的“十八大”對“美麗中國”的呼喚，再一次掀起我國清潔能源開發利用的高潮，但受接入技術條件限制，電網多年來一直無法承載大規模風電的接入。現有運行經驗表明，交流系統電壓波動是“棄風”的主要原因之一。

　　一直以來，南方電網致力于高壓直流輸電技術、特高壓直流輸電技術、交直流并聯大電網運行技術，積累了大型工程成套設計、設備規范制定、控制保護功能設計和測試、設備監造等方面積累了豐富的工程經驗。近年來，又在電力電子在電網中的應用方面取得了顯著突破，比如STATCOM技術、柔性直流輸電技術等。

　　為攻克多端柔性直流輸電這一世界難題，大力發展清潔能源，國家科技部2011年將“大型風電場柔性直流輸電接入技術研究與開發”課題列入國家863 科技計劃重大專項，把南澳多端柔性直流輸電工程作為我國第一個自主化示范工程，突破大型風電采用柔性多端直流輸電接入電網的關鍵技術問題，提升我國柔性直流輸電領域的核心裝備研發和制造水平，實現成套設計的全面自主化目標。

　　“關鍵技術研究必須全部立足于自主科研。”廣州、北京兩地，一個由南方電網牽頭組織、來自高校、研究機構、設計和制造企業、超過100人的產學研聯合技術攻關團隊悄無聲息地組建。攻關團隊每天工作超過15小時，歷經無數次的論證、計算、試驗，攻克了世界第一個多端柔性直流輸電工程的“心臟”難題—— 控制保護系統，形成了包括多端柔性直流工程控制保護系統研究技術等多個“世界第一”。

　　清一色中國企業

　　關鍵技術突破了，工程施工同樣面臨重重困難。令人驚喜的是工程招標現場，設備廠商都姓“中”。南澳柔性直流輸電工程設計總工程師陳冰說，“此項工程是集大型風電場接入、柔性多端直流輸電、海底直流電纜等多項創新技術于一體的世界首例多端柔性直流輸電工程開拓之作。由我們自主研發核心技術，設備制造廠商全都是國內廠家。”

　　工程從今年3月開工，共經歷了12次臺風，大雨到暴雨天氣共117天。施工團隊在克服了種種困難后，終于進入了海纜敷設階段，眼看工程勝利在望，又一個關鍵的技術瓶頸出現在項目團隊的面前。

　　“海纜及附件無現成可用的產品”，南澳柔性直流工程海纜攻關組組長郭小龍介紹說，“海底直流電纜的質量控制是影響整個柔性直流工程可靠性的關鍵一環，換流站內的技術、設計即使大功告成，沒有海纜將海島與大陸相連，將無法實現技術的落地。”

　　高壓直流電纜及其附件是當今世界電纜制造的技術制高點，國內各研發和制造單位都沒有能力生產符合條件的海纜。美國和日本等公司具備海底高壓直流電纜的研發技術，但他們開出的條件是3—4年研發與供貨周期，并捆綁了一系列經濟和技術限制條件。

　　創新的腳步從未停下，項目組團隊再次迎難而上。

　　集全國電纜行業的技術和智慧，南澳柔性直流輸電技術攻關團隊廣發英雄帖，與上海交大、電纜制造廠家等單位的技術專家組成了聯合研發的重兵集團，集中進行±160千伏直流電纜的研發和試驗。

　　圍繞電場分布不均勻這個核心問題，研發團隊經過3個月的努力，逐漸攻克空間電荷的抑制、絕緣厚度配置等一系列技術難關，終于迎來了勝利成果，國內第一批±160千伏直流電纜(陸纜+海纜)及附件(終端+接頭)的樣品通過了國家電線電纜質量監督檢驗中心的型式試驗，意味著我國掌握了高壓直流電纜研發技術，在高壓直流電纜領域打破了國外技術封鎖。

　　就這樣，施工團隊在克服了無相關工程建設經驗、無標準、無現成生產能力設備廠家，以及復雜海域和氣象條件等種種困難，僅用8個月時間，就成功奏響了“世界第一”的瑰麗樂章。

　　■新聞鏈接

　　為南澳“示范工程”算筆賬

　　我國東南沿海海上風力資源豐富，隨著海上風電場的發展以及海洋油氣平臺數量的增加，客觀上形成了對柔性直流輸電系統的需求。據初步預測，在未來十年內，世界范圍內的柔性直流輸電市場規模將在1000億元以上。

　　柔性直流輸電技術具有較強的經濟性。較之常規直流輸電，在容量為1萬至100萬千瓦的部分場合下，尤其是對于離岸較遠的海上風電場內部互聯來說，柔性直流輸電技術可節約投資10%以上。

　　南澳多端柔性直流輸電工程所有核心設備均為國內首次研發，實現100%自主國產化，打破了國外的技術和價格壟斷。根據初步估算，國產柔性直流輸電設備的造價只為國外企業價格的二分之一不到，以國際上價格約為4億人民幣/10萬千瓦，按“十二五”期間投產300萬千瓦計算，可以節約投資60億元人民幣。

　　另據專家測算，南澳多端柔性直流輸電工程每年能輸送風電5.6億千瓦時，以國家能源局公布的最新6000千瓦及以上供電標準煤耗率(326克/千瓦時)計算，這相當于節約了18.25萬噸標準煤，減少了48.55萬噸二氧化碳。