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2020年12月27日10時許，隨著國家能源局局長章建華下達啟動投產(chǎn)指令，國家西電東送重點工程——烏東德水電站送電廣東、廣西特高壓多端柔性直流示范工程正式建成投產(chǎn)。

作為世界上第一條±800千伏特高壓多端柔性直流輸電工程，其建成投產(chǎn)幾乎登上了年度能源新聞排行榜前列，被認為“我國在世界上率先系統(tǒng)掌握了特高壓多端混合柔性直流技術(shù)體系”，并“引領(lǐng)世界特高壓技術(shù)進入柔性直流新時代”。

輸送清潔能源的超級工程

“作為烏東德水電站電力送出的‘主動脈’，該工程額定輸送容量約占其總裝機容量的80%。”南方電網(wǎng)公司總經(jīng)理曹志安介紹，工程總投資242.49億元，線路起于云南昆北換流站，落點在廣西柳北換流站和廣東龍門換流站，全長1452公里，簡稱昆柳龍直流工程;工程于2018年3月29日由國家發(fā)改委核準，采用±800千伏特高壓三端混合直流系統(tǒng)，輸送容量800萬千瓦。

工程把世界第七大水電站——烏東德電站豐沛的水電源源不斷送抵粵港澳大灣區(qū)和廣西負荷中心，預(yù)計每年送電330億千瓦時，相當(dāng)于海南省一年的全社會用電量;可每年減少煤炭消耗950萬噸、減排二氧化碳2500萬噸，將使粵港澳大灣區(qū)天更藍、地更綠、水更清，為我國力爭在2030年前二氧化碳排放達峰、2060年前實現(xiàn)碳中和出一份力。

這樣一個定位于清潔能源輸送的超級工程，還將使云南水能利用率從2017年的88%提升至2020年的99%以上，基本實現(xiàn)全額消納，同時對風(fēng)、光等新能源的大規(guī)模開發(fā)利用起到推動作用。

采用特高壓多端混合直流系統(tǒng)

“這是一個領(lǐng)跑世界的超級工程，它標志著我國特高壓直流輸電技術(shù)提升到空前水平，開創(chuàng)出新的輸電模式。”中國工程院院士、南方電網(wǎng)公司專家委員會主任委員李立浧表示。

此前，世界主流輸電模式都是“直流送電、交流組網(wǎng)”。南方電網(wǎng)公司首席技術(shù)專家、南網(wǎng)科研院董事長饒宏介紹，這緣于交直流輸電本身的技術(shù)特性：常規(guī)直流主要用于點對點、遠距離、大容量電源外送，而不能組網(wǎng);交流輸電則可以滿足常規(guī)電源送出和電網(wǎng)互聯(lián)需求，且成本低。但這一基本模式卻面臨一個“原理性障礙”，即所謂“多直流饋入”問題。他解釋，大流量的常規(guī)直流匯入電網(wǎng)，就像一條大河流入一個水庫，一旦常規(guī)直流線路“閉鎖”，就像河水突然截停，會導(dǎo)致水庫缺水。

然而柔性直流改變了這一切。柔性直流(flexible)是20世紀90年代興起的新一代“電壓源型”直流輸電技術(shù)。和傳統(tǒng)“電流源型”直流相比，它對電壓、頻率的控制更加靈活，就像“一個完全可控的水泵”，能夠精準控制水流的方向、速度和流量，使水庫更加平穩(wěn)，河流被截停的幾率也大幅下降。“這就是其柔性的主要體現(xiàn)。”饒宏表示。

昆柳龍工程在世界上首次采用特高壓多端混合直流系統(tǒng)，送端云南昆北是常規(guī)直流，廣西柳北、廣東龍門兩個受端是柔性直流。“這種方案既經(jīng)濟，技術(shù)上又先進。”李立浧解釋，把西部水電送到用電需求大的廣東、廣西，距離近1500公里，遠距離大容量輸電用特高壓直流最經(jīng)濟高效;但常規(guī)直流并網(wǎng)后，因其換相失敗現(xiàn)象難以避免等固有特性，會對受端電網(wǎng)系統(tǒng)安全穩(wěn)定帶來一定沖擊。“柔性直流能解決這些問題，它調(diào)控更加靈活，還能在關(guān)鍵時刻支持系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。”

工程的已有實踐，也印證了這一結(jié)論：自7月底云南至廣東柔性直流雙極低端階段性投產(chǎn)以來，沒有出現(xiàn)過一起“閉鎖”。

但是柔性直流作為一種新技術(shù)，以往工程最高電壓做到500千伏，送電量、送電效率還不夠高。此次則提升到800千伏，送電量也達到全球最高的800萬千瓦。浙江大學(xué)教授、國際電氣電子工程師學(xué)會(IEEE)會士徐政展望：“這是一個開路工程。此后，遠距離、大容量送電工程，都會首選柔性直流技術(shù)。”

19項第一解決了一批世界性難題

作為世界級工程，昆柳龍工程創(chuàng)造了19項世界第一，包括世界上第一個±800千伏特高壓柔性直流輸電工程，世界單站容量最大的換流站，世界首次具備架空線路故障自清除及再啟動能力等。“每項世界第一都可以寫一篇大文章。”李立浧如是說。

采用混合直流技術(shù)，大大增加了研發(fā)和建設(shè)難度;而創(chuàng)造19項世界第一，每一項都是輸電技術(shù)領(lǐng)域“無人區(qū)”的重要突破。“我們并非為了世界第一而第一。”饒宏表示，柔性直流技術(shù)對電網(wǎng)運行可控性的提高經(jīng)過了充分論證，柔直技術(shù)讓復(fù)雜的電網(wǎng)變得更加可靠，支持西電東送直流輸電持續(xù)實施。

李立浧表示，中國人實現(xiàn)了柔性直流技術(shù)在多端、特高壓、柔直電網(wǎng)等工程中的應(yīng)用，中國發(fā)展柔性直流技術(shù)將大有可為。南方電網(wǎng)公司通過在主電網(wǎng)應(yīng)用、掌握特高壓多端柔性直流技術(shù)，推動了柔性直流技術(shù)的進步，終將在未來電網(wǎng)技術(shù)發(fā)展中起到核心作用。

19項世界第一的背后，是成套設(shè)備從無到有研制出來，大量前所未有運行方式從0到1逐一破解。在輸電技術(shù)領(lǐng)域“無人區(qū)”，南方電網(wǎng)公司牽頭，整合國內(nèi)科研、高校、設(shè)計、制造等單位，圍繞特高壓柔性直流拓撲結(jié)構(gòu)、控制保護系統(tǒng)以及絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)、柔性直流變壓器等關(guān)鍵設(shè)備和核心技術(shù)，展開了為時數(shù)年的大攻關(guān)，解決了“單一模塊故障導(dǎo)致系統(tǒng)閉鎖”、系統(tǒng)運行方式優(yōu)化等一批世界級難題。

柔性直流換流閥這一關(guān)鍵設(shè)備被稱為工程的“心臟”，如今世界首個能承受±800千伏特高壓的國產(chǎn)“心臟”已在龍門換流站穩(wěn)定“跳動”。其中一些先進技術(shù)將被應(yīng)用到即將建設(shè)的海上柔性直流項目，并將被國外廠家借鑒;IGBT關(guān)鍵芯片更是打破了國外少數(shù)廠家的壟斷。(記者 瞿 劍)