南方电网将多端柔性直流输电技术投入工程化应用
海缆敷设现场
热线传真
广东汕头南澳岛上200多台耸立的大风车正迎风转动，南方电网公司全力推进的世界第一个多端柔性直流输电示范工程——南澳±160千伏多端柔性直流输电示范工程就坐落在风车脚下的青澳湾。
12月25日，随着南澳多端柔性直流输电工程现场总指挥一声令下，南澳岛上青澳、金牛两个换流站与汕头澄海区的塑城换流站完成了三端投产启动，这标志着南方电网攻克了多端柔性直流输电控制保护这一世界难题，成为世界第一个完全掌握多端柔性直流输电成套设备设计、试验、调试和运行全系列核心技术的企业。
柔性、多端之利
“这意味着我国成为世界第一个将多端柔性直流输电技术投入工程化应用的国家。” 南方电网专家委员会主任委员李立浧院士在接受媒体采访时说，“多端柔性直流输电系统模块化多电平(MMC)技术，可灵活接入多个站点的风能、太阳能、地热能、小水电等清洁能源，通过一个大容量、长距离的电力传输通道，到达多个城市的负荷中心。这为新能源并网、大型城市供电以及孤岛供电等场合提供了一种有效的解决方案。”
南网科研院院长、南澳多端柔性直流输电工程项目技术负责人饶宏则表示，“风能、太阳能发电等新能源接入电网的最大障碍就是其间歇性和不确定性，而柔性直流输电技术就像在电网接入了一个阀门和电源，可以有效地控制其上面通过的电能，隔离电网故障的扩散，而且还能根据电网需求，快速、灵活、可调地发出或者吸收一部分能量，从而优化电网的潮流分布、增强电网稳定性、提升电网的智能化和可控性。”
“柔性”是相对于常规直流输电技术而言，采用了先进的大功率电力电子器件组成的电压源换流器(VSC)，可以依据电网需要，可以灵活快捷地改变电能输送的大小和方向，并提供更优质的电能质量。我们采用了模块化多电平技术(MMC)，规模、容量、电压等级等关键工程参数都可以依据工程需求与电能传输距离量身定制，灵活实现。
“多端”则是相对于“两端”而言，指两端以上的柔性直流输电工程。南澳多端柔性直流输电工程项目工程师许树楷介绍说：“两端直流输电系统无法实现对多个电源点(如风电场、分散式小水电等)的接入或多个负荷点的同时供电，多端系统可以将多个海上风电场、孤立海岛与大陆连接起来，构成直流网络，在节省投资与减少海域资源占用的情况下，既满足海岛电力需求的同时还能将富余电能送往大陆。”
目前，世界各国充分认识到柔性直流输电在可再生能源和智能电网建设中的重要作用，柔性直流输电工程应用开始呈现快速增长。但全球已投运的柔性直流输电工程均为点对点两端系统，尚无多端柔性直流输电工程投入商业运行。落户广东汕头南澳岛的三端柔性直流输电工程设计容量为20万千瓦，直流电压等级±160千伏，是世界首例多端柔性直流输电工程。
100%自主知识产权
党的“十八大”对“美丽中国”的呼唤，再一次掀起我国清洁能源开发利用的高潮，但受接入技术条件限制，电网多年来一直无法承载大规模风电的接入。现有运行经验表明，交流系统电压波动是“弃风”的主要原因之一。
一直以来，南方电网致力于高压直流输电技术、特高压直流输电技术、交直流并联大电网运行技术，积累了大型工程成套设计、设备规范制定、控制保护功能设计和测试、设备监造等方面积累了丰富的工程经验。近年来，又在电力电子在电网中的应用方面取得了显著突破，比如STATCOM技术、柔性直流输电技术等。
为攻克多端柔性直流输电这一世界难题，大力发展清洁能源，国家科技部2011年将“大型风电场柔性直流输电接入技术研究与开发”课题列入国家863 科技计划重大专项，把南澳多端柔性直流输电工程作为我国第一个自主化示范工程，突破大型风电采用柔性多端直流输电接入电网的关键技术问题，提升我国柔性直流输电领域的核心装备研发和制造水平，实现成套设计的全面自主化目标。
“关键技术研究必须全部立足于自主科研。”广州、北京两地，一个由南方电网牵头组织、来自高校、研究机构、设计和制造企业、超过100人的产学研联合技术攻关团队悄无声息地组建。攻关团队每天工作超过15小时，历经无数次的论证、计算、试验，攻克了世界第一个多端柔性直流输电工程的“心脏”难题—— 控制保护系统，形成了包括多端柔性直流工程控制保护系统研究技术等多个“世界第一”。
清一色中国企业
关键技术突破了，工程施工同样面临重重困难。令人惊喜的是工程招标现场，设备厂商都姓“中”。南澳柔性直流输电工程设计总工程师陈冰说，“此项工程是集大型风电场接入、柔性多端直流输电、海底直流电缆等多项创新技术于一体的世界首例多端柔性直流输电工程开拓之作。由我们自主研发核心技术，设备制造厂商全都是国内厂家。”
工程从今年3月开工，共经历了12次台风，大雨到暴雨天气共117天。施工团队在克服了种种困难后，终于进入了海缆敷设阶段，眼看工程胜利在望，又一个关键的技术瓶颈出现在项目团队的面前。
“海缆及附件无现成可用的产品”，南澳柔性直流工程海缆攻关组组长郭小龙介绍说，“海底直流电缆的质量控制是影响整个柔性直流工程可靠性的关键一环，换流站内的技术、设计即使大功告成，没有海缆将海岛与大陆相连，将无法实现技术的落地。”
高压直流电缆及其附件是当今世界电缆制造的技术制高点，国内各研发和制造单位都没有能力生产符合条件的海缆。美国和日本等公司具备海底高压直流电缆的研发技术，但他们开出的条件是3—4年研发与供货周期，并捆绑了一系列经济和技术限制条件。
创新的脚步从未停下，项目组团队再次迎难而上。
集全国电缆行业的技术和智慧，南澳柔性直流输电技术攻关团队广发英雄帖，与上海交大、电缆制造厂家等单位的技术专家组成了联合研发的重兵集团，集中进行±160千伏直流电缆的研发和试验。
围绕电场分布不均匀这个核心问题，研发团队经过3个月的努力，逐渐攻克空间电荷的抑制、绝缘厚度配置等一系列技术难关，终于迎来了胜利成果，国内第一批±160千伏直流电缆(陆缆+海缆)及附件(终端+接头)的样品通过了国家电线电缆质量监督检验中心的型式试验，意味着我国掌握了高压直流电缆研发技术，在高压直流电缆领域打破了国外技术封锁。
就这样，施工团队在克服了无相关工程建设经验、无标准、无现成生产能力设备厂家，以及复杂海域和气象条件等种种困难，仅用8个月时间，就成功奏响了“世界第一”的瑰丽乐章。
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为南澳“示范工程”算笔账
我国东南沿海海上风力资源丰富，随着海上风电场的发展以及海洋油气平台数量的增加，客观上形成了对柔性直流输电系统的需求。据初步预测，在未来十年内，世界范围内的柔性直流输电市场规模将在1000亿元以上。
柔性直流输电技术具有较强的经济性。较之常规直流输电，在容量为1万至100万千瓦的部分场合下，尤其是对于离岸较远的海上风电场内部互联来说，柔性直流输电技术可节约投资10%以上。
南澳多端柔性直流输电工程所有核心设备均为国内首次研发，实现100%自主国产化，打破了国外的技术和价格垄断。根据初步估算，国产柔性直流输电设备的造价只为国外企业价格的二分之一不到，以国际上价格约为4亿人民币/10万千瓦，按“十二五”期间投产300万千瓦计算，可以节约投资60亿元人民币。
另据专家测算，南澳多端柔性直流输电工程每年能输送风电5.6亿千瓦时，以国家能源局公布的最新6000千瓦及以上供电标准煤耗率(326克/千瓦时)计算，这相当于节约了18.25万吨标准煤，减少了48.55万吨二氧化碳。
