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南瑞继保田杰研究院首席专家:勇攀高压大容量柔直技术高峰

2018-05-16 09:05  浏览:  
“此次高压大容量柔性直流(简称“柔直”)输电技术的突破,多个‘世界首个’成果的产生,标志着‘中国制造’稳站世界技术之巅。未来,大家的目标将是用中国技术参与国际竞争,推动‘中国制造’走向世界。”近日,南京南瑞继保电气有限企业(简称“南瑞继保”)研究院首席专家田杰在接受记者采访时表示。

记者:目前,南瑞继保在高压大容量柔直输电系统成套关键设备研发方面取得了哪些突破?

田杰:大家在该方面的突破主要表现在四个层面。一是高压大容量换流阀。作为柔直输电系统中负责交直流变换的核心装备,换流阀技术一直是关注的焦点。在此之前,国际上工程应用的换流阀最高容量是1000兆瓦,相比常规直流3000兆瓦级输送容量还存在差距,也成为限制柔直输电应用的制约因素之一。经过三年紧张、刻苦的技术攻关,大家研制出了世界首个±535千伏/3000兆瓦换流阀,实现当前世界最高通流能力,一举将柔直输送容量提升到原来的3倍。至此,柔直输送能力才真正比肩常规直流输电,为未来承担大容量、远距离输电功能铺平道路。

随着3000兆瓦换流阀技术突破,通过进一步串联子模块提升电压,可实现±800千伏/5000兆瓦换流阀。随着大家成功研制±800千伏/5000兆瓦阀段并通过各项试验验证,标志着特高压柔直输电的大门业已敞开。

二是高压直流断路器。柔直输电换流阀的电压等级和容量提升意味着未来其将更多地承担更远距离、更大范围大容量功率传输应用。然而新的难题伴随而来,对于目前常用的半桥拓扑电压源型换流器,直流侧故障清除无法通过闭锁阀组实现,而常规的断路器又无法迅速开断如此急速上升的数十千安直流电流,唯一措施是停运换流站,造成柔直电网传输的可用率降低。

为此,大家创新提出一种新型混合拓扑直流断路器,并成功研制了世界首个535千伏直流断路器。它可在3毫秒内开断高达25千安的直流故障电流,且具备重合闸功能,彻底打破了柔直输电直流侧故障清除困难的魔咒,扫清了柔直电网应用的技术故障,大幅提升了柔直输电系统的可用率。

三是直流电网控制保护系统。针对更加复杂的网状、多电压等级,含直流断流器的复杂直流电网,大家投入了大量的研发力量,成功完成柔直电网控制保护系统研制工作,实现了多时间尺度下的直流电网高功率和电压优化控制,为充分发挥柔直输电系统的自身技术优势提供了可能。

四是直流电流电压高速测量装置。创新提出了专利解调技术,实现100千赫兹高速采样,提高了直流光学电流互感器的响应速度、测量精度及动态范围;提出了一种新型分流器设计,提高了分流器频率响应及抗干扰能力,提高了直流电子式电流互感器响应速度及稳定性等。通过持续努力,将直流电流电压高速测量装置推上了新的技术高峰,站稳世界之巅。

为支撑2020年冬奥会,我国规划在张北地区实施一个先进的直流电网。上述四点技术突破为该工程及后续高压大容量柔直工程实施奠定了最坚实的技术基础。

记者:我国高压大容量柔直输电技术的发展,有何重要意义?

田杰:我国高压大容量柔直输电技术的发展具有双重意义。首先是对我国工程应用的意义非常大。我国具有典型的能源与负荷分布不均格局,之前大力发展的常规直流输电在很大程度上缓解了这种不均衡。作为更加灵活的柔直输电技术,在经历高压大容量的技术突破后,不仅能胜任这一任务,还能在电网互联方面发挥常规直流所不及的作用,或者说,这一技术的应用将为我国电网建设打开崭新局面。其次,对我国电力技术发展具有里程碑意义。我国柔直技术发展可谓一步一个脚印、踏踏实实的从技术跟随者走向技术的世界引领者。

记者:高压大容量柔直输电系统成套关键设备的研发克服了哪些困难?未来柔直装备研发还存在哪些问题亟待解决?

田杰:大家在完成每项成果的过程中,都遭遇过意想不到的困难,例如研发直流断路器。尽管这是近几年才出现的新技术,但是理论界、国外企业早已布下了严密的专利网,能用的不能用的方案都有专利地雷守着。项目启动后的数月间,项目组没日没夜地设计方案,提出、讨论、质疑、否定的循环进行了多轮。最终,几个崭新的方案形成了,不仅从专利壁垒中成功突围,还从此破冰直流断路器性能与成本的博弈。

大家曾经认为驾轻就熟的换流阀,在冲击高电压大电流的过程也并非一帆风顺。为了解决电磁干扰问题,大家创新提出分区屏蔽与多级分离的换流阀设计方案,并历经无数次试验来优化和改进。为了解决结构抗震问题,大家进行了真型阀塔8级抗震试验,建立模型、反复调整优化,才有了后面一举通过国际权威机构见证试验。

柔直输电装备的下一步研发将向着两端发展,一端是做精,即通过不断地优化设计和创新提升柔直输电装备的整体可靠性,从而满足现代电网供电不断提升地可靠性需求;一端是做广,即通过不断的加入新功能拓展柔直输电技术的应用领域,特别是从输电到配电的全覆盖,从而满足现代电网不断提升的灵活性需求。

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