2023年3月，國家電網(wǎng)有限公司張北柔性直流電網(wǎng)試驗(yàn)示范工程榮獲第七屆中國工業(yè)大獎。該工程突破了三大技術(shù)難題，創(chuàng)造了12項(xiàng)“世界第一”，為解決新能源大規(guī)模開發(fā)和消納的世界級難題提供了“中國方案”。

01

張北柔性直流電網(wǎng)工程（以下簡稱“張北柔直工程”）是國家電網(wǎng)有限公司貫徹落實(shí)“四個革命、一個合作”能源安全新戰(zhàn)略、踐行綠色冬奧理念的重大標(biāo)志性工程。該工程由我國自主研發(fā)、設(shè)計(jì)、建設(shè)和運(yùn)行，是集大規(guī)?？稍偕茉从押媒尤?、多種形態(tài)能源互補(bǔ)和靈活消納、直流電網(wǎng)構(gòu)建等于一體的重大科技試驗(yàn)示范工程。

依靠自主創(chuàng)新，工程解決了綠電隨機(jī)性、間歇性、波動性等問題，突破了組網(wǎng)技術(shù)空白、輸電能力受限、運(yùn)行可靠性低三大世界級技術(shù)難題，創(chuàng)造了“世界上第一個真正具有網(wǎng)絡(luò)特性的直流電網(wǎng)”“世界上第一個實(shí)現(xiàn)風(fēng)、光和儲能多能互補(bǔ)的直流電網(wǎng)”等12項(xiàng)“世界第一”，成為世界首個輸送大規(guī)模風(fēng)能、太陽能、抽水蓄能等多種形態(tài)能源的四端環(huán)形柔性直流電網(wǎng)。

01.工程建設(shè)情況

張北柔直工程于2017年12月獲得核準(zhǔn)，次年2月開工建設(shè)，2020年6月竣工投產(chǎn)。工程新建張北、康保、豐寧、北京4座換流站及500千伏直流輸電線路666千米，具有680萬千瓦的可再生能源匯集能力，將張北新能源基地、豐寧儲能基地與北京負(fù)荷中心相連，顯著提升了張北地區(qū)新能源外送能力。工程全面提高了京津冀地區(qū)綠色電能比例，為破解新能源大規(guī)模開發(fā)和消納的世界級難題提供了“中國方案”。

02.工程建設(shè)成效

張北柔直工程投運(yùn)以來，針對柔性直流電網(wǎng)技術(shù)的特殊性，國家電網(wǎng)公司探索應(yīng)用構(gòu)網(wǎng)型開環(huán)控制策略，有效平抑新能源大規(guī)模并入柔性直流電網(wǎng)給系統(tǒng)帶來的影響，減少系統(tǒng)運(yùn)行故障的發(fā)生，大幅提高柔性直流電網(wǎng)的調(diào)節(jié)能力和靈活性。提升綠電輸送能力30%以上，助力張北柔直工程實(shí)現(xiàn)450萬千瓦滿功率運(yùn)行。

2022年北京冬奧會場館歷史性地實(shí)現(xiàn)100%綠電供應(yīng)?！皬埍钡娘L(fēng)點(diǎn)亮北京的燈”，由暢想變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。北京冬奧會期間，張北柔直工程整體運(yùn)行情況良好，首個柔性直流電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性、全套自主化核心裝備的可靠性均得到了充分驗(yàn)證，累計(jì)輸送新能源電量3.26億千瓦時，輸電功率最高超過北京全市用電負(fù)荷的八分之一。

通過張北柔直工程，每年輸入北京地區(qū)的清潔電能，約占北京市年用電量的十分之一，相當(dāng)于減少標(biāo)準(zhǔn)煤燃燒490萬噸，減排二氧化碳1280萬噸。截至10月20日，張北柔直工程已安全運(yùn)維1574天，累計(jì)向京津冀地區(qū)輸送綠電超351.59億千瓦時。

02新能源利用的“中國方案”

國家電網(wǎng)公司于2006年提出柔性直流輸電技術(shù)總體規(guī)劃，正式啟動柔性直流輸電重大科技專項(xiàng)，組建柔性直流技術(shù)攻關(guān)團(tuán)隊(duì)開展系統(tǒng)化研究。

從“點(diǎn)對點(diǎn)”的柔性直流輸電到柔性多端聯(lián)網(wǎng)，再到柔性直流電網(wǎng)；從30千伏，到200千伏、320千伏、420千伏，再到500千伏……多年來，國家電網(wǎng)在柔性直流技術(shù)領(lǐng)域不斷取得創(chuàng)新突破，實(shí)現(xiàn)了該技術(shù)領(lǐng)域的跟跑到領(lǐng)跑。

柔性直流輸電工程

2011

我國首個柔性直流輸電工程——上海南匯風(fēng)電場并網(wǎng)柔性直流輸電示范工程投運(yùn)，容量20兆瓦，電壓等級30千伏；

我國在柔性直流輸電技術(shù)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了從無到有的突破。

2014

浙江舟山五端柔性直流輸電工程投入運(yùn)行，最大單站容量400兆瓦，電壓等級200千伏；

我國已掌握柔性直流輸電成套設(shè)計(jì)、試驗(yàn)、調(diào)試和運(yùn)行的核心技術(shù)。

依托張北柔直工程，國家電網(wǎng)公司通過產(chǎn)學(xué)研用大規(guī)模協(xié)同攻關(guān)，在推進(jìn)重大裝備國產(chǎn)化方面取得重要成果，設(shè)備性能與制造水平占據(jù)了國際制高點(diǎn)。

1自主研制了世界上首批最高電壓等級的直流斷路器，攻克了“大功率直流電流開斷”這一世界性難題。

2研制了世界上最大換流容量的柔直換流閥，可靠性達(dá)到國際領(lǐng)先水平。

3研制了世界上最高功率的絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）器件，填補(bǔ)了國內(nèi)先進(jìn)功率半導(dǎo)體器件的空白。

工程還建成了涵蓋柔直工程建設(shè)全過程的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系，建立了世界一流的柔直試驗(yàn)基地，打造了國際一流的專家團(tuán)隊(duì)，帶動了我國電網(wǎng)技術(shù)和裝備制造產(chǎn)業(yè)升級，鞏固和擴(kuò)大了我國在世界直流輸電領(lǐng)域的技術(shù)領(lǐng)先優(yōu)勢。

03新一代輸電技術(shù)

柔性直流輸電技術(shù)是基于可關(guān)斷器件和電壓源換流器的直流輸電技術(shù)，是繼交流輸電、常規(guī)直流輸電之后的新一代輸電技術(shù)。近年來柔性直流輸電技術(shù)在國內(nèi)外發(fā)展迅速。

相比常規(guī)高壓直流輸電，柔性直流輸電技術(shù)不存在換相失敗問題，無需配置濾波及無功補(bǔ)償設(shè)備，易于構(gòu)建多端直流電網(wǎng)，具備黑啟動能力，可以改善可再生能源接入性能，提高電網(wǎng)故障穿越能力和系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性。由多條柔性直流輸電線路組成的直流電網(wǎng)是未來電網(wǎng)的一個重要發(fā)展方向。隨著新能源的規(guī)模化開發(fā)，柔性直流輸電技術(shù)，尤其是柔性直流電網(wǎng)的構(gòu)建，可以實(shí)現(xiàn)區(qū)域間能源資源的優(yōu)化配置、大規(guī)模新能源的可靠接入，提升現(xiàn)有電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性。