研制世界最先进特高压柔直核心部件 中国从落后到超越-科工力量

【本文转自微信公众号“科工力量”（ID：guanchacaijing）】

长期以来，特高压直流输电和柔性直流输电的核心技术及其相应的试验方法，都掌握在极少数跨国公司手中，核心装备国产化水平较低。这对我国电网建设的经济性、安全性和可持续发展都产生了极大阻碍。

日前，南方电网公司成功研制出世界首个特高压柔性直流换流阀。这一特高压柔性直流换流阀的成功研制，意味着南方电网在国际上首次将柔性直流技术推广到±800千伏特高压等级，送电容量提升至500万千瓦，为柔性直流技术在±800千伏乌东德送电广东直流工程以及后续特高压直流输电工程的实施提供坚实保障。

该项目实现了开关器件、电容部件集成的功率模块单元，并以“搭积木”的方式构建成800千伏大型阀塔，高15米、长9米、宽7米，重量约70吨，相当于一架C919大型客机的重量。

换流阀是柔性直流输电的心脏，是直流电和交流电相互转换的桥梁，在柔性直流主设备中技术含量最高、挑战最大。

过去，我国在高压／特高压直流装备核心技术研发方面尚存在较大差距。换流阀方面一直没有充分掌握核心技术，未能摆脱对跨国公司的依赖。到2008年底，世界上只有ABB和西门子2家公司具有直流换流阀的全部型式试验能力，阿尔斯通公司只具有部分型式试验能力。关于换流阀试验方法及其成套试验装置的核心技术，各公司均对外严格保密。

如今，南方电网在换流阀等核心技术上不断取得的成果，将为乌东德直流工程带去72个这样的大型阀塔。乌东德直流工程是特高压多端直流示范工程，工程送电距离约1500公里，拟建设一回±800千伏、800万千瓦特高压直流输电工程，输送容量按云南送端800万千瓦、广东受端500万千瓦、广西受端300万千瓦考虑，计划2019年底部分投产、具备送电能力，2020年6月底前具备双极送电能力。

图为±320千伏/100万千瓦厦门柔性直流输电换流阀塔，刷新多项世界柔性直流输电的历史记录。特高压换流阀作为特高压直流输电的核心装备，是交直流电能转换的核心单元。

什么是柔性直流技术，为什么要在特高压输电中采用柔性直流技术呢？

特高压直流输电具有输送距离远、输送容量大、损耗低、占地省的特点，特别是对于远距离大容量的电力输送，具有显著的技术经济优势。

2009年12月，世界首个±800 kV特高压直流输电工程云南—广东特高压直流输电工程在南方电网投产，输送容量500万kW，送电距离约1373km，充分发挥了特高压直流远距离大容量输电优势。

虽然特高压直流输电有利于提高“西电东送”输电效率，降低输电损耗，节约输电走廊资源，但也给电网安全稳定运行带来风险和难题。

2010年“8.19”事故时，南方电网经受了第一次特高压直流输电大功率闭锁的考验。因云广特高压直流线路遭受雷击，直流行波保护动作、直流测量系统受干扰出现异常等造成双极相继闭锁，损失直流功率3750 MW。

采用柔性直流技术，可以进一步增强对电网风险可控性。传统高压直流输电依赖于交流电网实现换相，稳定运行需要交流系统有足够的短路容量，近区交流系统故障会发生换相失败，故障后恢复需要电网有足够的动态无功支持，这些矛盾因素，是多直流集中馈入受端电网电压稳定问题的主要原因之一。

如果将电流比作河流，柔性直流输电技术就像在川流不息的江河上建造一个水库，既能接收上游河道的来水，又可以很从容地控制下游水的流量。

传统输电会因跳闸故障导致电力不能输出，而柔性直流输电在启动时不需本地电源支撑，遇电网故障时，具有良好的快速恢复控制能力；当全网失电时，还可以作为系统恢复电源。因此，它技术的设计容量可以从几千千瓦到几十万千瓦，可以向无源网络供电，尤其适用于偏远城镇、村庄、孤岛或海上钻井平台等地域。

未来电网中，柔性直流技术应用于远距离输电或电网背靠背联网，对于交流故障时低电压过渡能力大大增强，可以给近区电网提供动态无功支持，可降低未来复杂大电网的运行风险。南方电网已经在云南电网与南网主网异步联网项目中采用了±350 kV、1000 MW的柔性直流背靠背换流站。此外，大容量直流输电系统中采用逆变侧为柔性直流技术，还可以降低工程造价。

柔性直流输电还是目前国际上公认的最具技术优势的风电接入方式，适用于任何形式的风电场并网。尤其是对于百兆瓦以上的远距离海上风电场来说，采用柔性直流输电方式进行风电并网，通常是唯一的技术手段。电源不稳定，向来是风电技术的瓶颈所在，柔性直流输电技术系统好比一扇闸门，不仅能将风电平缓地接入电网，系统还具备“自我感应”功能，引入电源时，“闸门”开启的幅度可随风力强弱而相应收放。

与传统输电方式相比，除了控制性能有极大的提高外，柔性直流输电一般采用地下或海底电缆，对周围环境影响甚微，占地面积仅为同等容量下传统直流电站的20％。

世界上第一条柔性直流输电工程由ABB公司于1997年投运，我国在柔性直流输电技术研究方面的起步相对较晚，我国第一条拥有完全自主知识产权的柔性直流输电线路，是2011年7月正式投入运行的上海南汇风电场柔性直流输电工程，使国家电网公司也成为继ABB、西门子之后全球第三个掌握该项技术的公司，这也是亚洲首个20 MVA／+30 kV柔性直流输电示范工程。

如今，在特高压柔直的许多关键技术上，中国已经完成了从落后到超越。

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