應(yīng)用于柔性直流輸電線路的高壓大容量換流閥
2006年~2008年，主要是打深、打?qū)?ldquo;地基”階段，科研團(tuán)隊(duì)在國內(nèi)首次建立了柔直研究的基礎(chǔ)理論體系。2008年~2010年，科研人員著眼于適應(yīng)高壓大容量的新技術(shù)路線，全面掌握了最先進(jìn)的MMC—HVDC(模塊化多電平柔性直流)系統(tǒng)的機(jī)理、設(shè)計(jì)和控制方法，并通過樣機(jī)研制，驗(yàn)證了理論的正確性與技術(shù)路線的可行性。
湯廣福回憶說，樣機(jī)研制階段不但工作繁重，還充滿難以想象的危險(xiǎn)。樣機(jī)研制的關(guān)鍵——IGBT是一種高頻率器件，在實(shí)際科研中，IGBT發(fā)生爆炸的情形很普遍。IGBT爆炸時(shí)，如果碎片射到人體，與中槍無異。
2008年冬天的一個(gè)周末，在IGBT驅(qū)動(dòng)短路測(cè)試中，突然“轟”的一聲巨響，IGBT發(fā)生爆炸?？蒲腥藛T就在被測(cè)設(shè)備周圍，所幸沒有人員受傷。快速處理后，來不及后怕的科研人員迅速更換了零部件，繼續(xù)工作。經(jīng)歷爆炸的極度危險(xiǎn)，通過幾十次、幾百次試驗(yàn)的不斷優(yōu)化、檢驗(yàn)，IGBT數(shù)字驅(qū)動(dòng)器百煉成金，研制取得成功。
在全面突破關(guān)鍵技術(shù)瓶頸并成功研制出樣機(jī)的基礎(chǔ)上，他們經(jīng)過6版設(shè)計(jì)，3代樣機(jī)研制，40余次專家技術(shù)評(píng)審會(huì)，最終成功研制出柔直換流閥、MMC閥基控制器等成套設(shè)備，并在上海南匯風(fēng)電場(chǎng)柔性直流輸電示范工程中得到成功應(yīng)用。
“我們深知其中的艱難。但是，過去6年一步一個(gè)腳印，一步一個(gè)跨越，讓我們始終充滿信心。”研發(fā)團(tuán)隊(duì)成員賀之淵說。
目前，普瑞工程公司在該領(lǐng)域已申報(bào)國內(nèi)專利100余項(xiàng)、國際專利6項(xiàng)，發(fā)表論文50多篇，編撰專著2部。他們還主導(dǎo)編著CIGRE報(bào)告一部，參與了IEC所有與柔直相關(guān)的國際標(biāo)準(zhǔn)制定，主導(dǎo)我國唯一的柔直國家標(biāo)準(zhǔn)制定。
破冰起航：上海工程實(shí)現(xiàn)亞洲柔直夢(mèng)
2011年年初，在上海南匯臨海處的一個(gè)小飯館，一群穿著工服的年輕人過了午夜才吃上晚飯。因?yàn)榉浅＠?，吃得又晚，這些20多歲的小伙子個(gè)個(gè)飯量驚人。飯店服務(wù)員忍不住問：“你們是哪個(gè)工地的，工作咋這么累？”原來，服務(wù)員把他們當(dāng)成是在附近工地干活的務(wù)工人員了。他們捧腹大笑，回答道：“我們是‘柔電工’。”
幾個(gè)月后，一條有關(guān)亞洲首條柔直示范工程投運(yùn)的消息，如一記響雷，在國內(nèi)外直流領(lǐng)域炸響。普瑞工程公司成為ABB（1999）、西門子（2010）之后，世界第三家具備柔直成套設(shè)備研發(fā)和工程實(shí)施能力的企業(yè)。
近些年，風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，但低電壓穿越問題一直沒有得到圓滿解決。依托示范工程，科研人員將風(fēng)電場(chǎng)故障穿越能力提高50%，顯示出柔直技術(shù)在新能源并網(wǎng)方面的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。
柔直成套設(shè)備研制不僅實(shí)現(xiàn)了完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，還帶動(dòng)了相關(guān)產(chǎn)業(yè)的優(yōu)化升級(jí)。以新型高強(qiáng)度絕緣槽梁為例，科研人員與廠家聯(lián)合攻關(guān)，使槽梁兼?zhèn)淞肆己玫碾姎庑阅芎土W(xué)性能，2米多長(zhǎng)的絕緣梁在承受1噸的壓力時(shí)，最大變形量不到2毫米，阻燃和電氣性能突出。試驗(yàn)完成后，廠家負(fù)責(zé)人開玩笑地說：“普瑞工程的人都是瘋子。但是我們要感謝這幫瘋子，他們不僅提升了我們的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)能力，還給我們帶來了廣闊的市場(chǎng)。”
7月25日，在上海工程投運(yùn)暨專家鑒定會(huì)上，專家認(rèn)為：該項(xiàng)目具有獨(dú)立自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，經(jīng)受了實(shí)際運(yùn)行的考驗(yàn)，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，整體達(dá)到國際先進(jìn)水平，其中模塊化多電平換流器動(dòng)態(tài)模擬仿真、高電壓寬范圍直流取能、全數(shù)字化分段式IGBT驅(qū)動(dòng)等技術(shù)達(dá)到國際領(lǐng)先水平，建議盡快開展更高電壓、更大容量工程的技術(shù)研究和推廣應(yīng)用。
示范工程中所取得的技術(shù)成果得到了國際專家的認(rèn)可，CIGRE B4-39報(bào)告專題介紹了示范工程，相關(guān)技術(shù)成果被大量引用至CIGRE 48工作組報(bào)告。湯廣福不無自豪地說：“在這個(gè)領(lǐng)域，我們真正讓中國聲音變得響亮！”
質(zhì)的蛻變：向高壓大容量挺進(jìn)
遼寧大連作為我國東部沿海重要的國際化城市，對(duì)帶動(dòng)區(qū)域經(jīng)濟(jì)、政治、文化發(fā)展具有重要意義。而大連地域狹長(zhǎng)，三面臨海，暴風(fēng)雪等極端天氣頻發(fā)，現(xiàn)有供電線路密集，地區(qū)負(fù)荷增長(zhǎng)顯著，急需在海上建立第二輸電通道，提高電網(wǎng)供電能力及可靠性。國家電網(wǎng)公司最終確定了320千伏/100萬千瓦柔直技術(shù)作為最優(yōu)解決方案。
作為世界已知容量最大的柔直工程，大連跨海柔性直流輸電重大科技示范工程將額定電流、電壓推向了頂峰，已達(dá)到可關(guān)斷器件的承受極限。對(duì)于科研人員而言，唯有將各個(gè)環(huán)節(jié)、各個(gè)器件進(jìn)行精細(xì)化設(shè)計(jì)，達(dá)到完美境界，才能真正成就巔峰之作。
為此，普瑞工程公司依托國家電網(wǎng)公司的相關(guān)重點(diǎn)科技項(xiàng)目，在系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)、換流閥研制、控制系統(tǒng)研制、實(shí)時(shí)仿真測(cè)試系統(tǒng)、閥型式試驗(yàn)方法與技術(shù)5個(gè)方面實(shí)現(xiàn)全面突破。他們已掌握高壓大容量柔直換流閥系列關(guān)鍵技術(shù)，完成樣機(jī)研制并通過型式試驗(yàn)。閥控系統(tǒng)能在100微秒內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)2600個(gè)節(jié)點(diǎn)的快速控制保護(hù)，全面提升對(duì)換流閥運(yùn)行性能的保護(hù)。此外，普瑞工程公司還配合浙江省電力公司，完成舟山海島互聯(lián)柔性直流輸電重大科技示范工程的可行性研究和初步設(shè)計(jì)。
湯廣福說：“我們的產(chǎn)品已全面超越國外同類產(chǎn)品，極具市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。我們迫切希望能加快技術(shù)的推廣應(yīng)用，在工程中展現(xiàn)‘中國創(chuàng)造’與‘中國引領(lǐng)’的巨大魅力！”
敢為人先：測(cè)試平臺(tái)的“中國基因”
今年8月，在CIGRE 2012年會(huì)上，普瑞工程公司技術(shù)專家介紹了搭建全規(guī)模數(shù)模混合動(dòng)?；旌蠝y(cè)試平臺(tái)的情況，這在國際上屬首次提出，引起了不小反響。這意味著，在實(shí)驗(yàn)室就能全面校驗(yàn)柔性直流成套設(shè)備，將工程現(xiàn)場(chǎng)提前搬進(jìn)實(shí)驗(yàn)室。這對(duì)柔性直流輸電技術(shù)的推廣應(yīng)用起到難以估量的作用。
賀之淵說：“一個(gè)多月后，世界首個(gè)萬節(jié)點(diǎn)數(shù)?；旌蟿?dòng)模測(cè)試平臺(tái)也即將建成，我國在此領(lǐng)域的技術(shù)成果將再一次讓世界矚目！”
數(shù)模混合動(dòng)模測(cè)試平臺(tái)，從思路提出、設(shè)計(jì)規(guī)劃到具體實(shí)施，每一步都是“中國創(chuàng)造”，每一項(xiàng)都是“世界首例”。目前，動(dòng)模測(cè)試平臺(tái)已突破包括一體化MMC換流閥動(dòng)模低壓模型設(shè)計(jì)技術(shù)，換流閥模型電場(chǎng)、磁場(chǎng)綜合應(yīng)力分析與電磁兼容研究在內(nèi)的8項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)突破，即將完成調(diào)試，全面建成。
僅僅一年半的時(shí)間，動(dòng)模測(cè)試平臺(tái)就實(shí)現(xiàn)了從小容量等效試驗(yàn)到高壓大容量全效試驗(yàn)的飛躍，這里邊每一個(gè)想法，每一項(xiàng)技術(shù)，每一個(gè)細(xì)節(jié)，都充滿著“中國基因”。這是一種充滿創(chuàng)新的律動(dòng)，蘊(yùn)含著萬千希望。
這一股“柔性的力量”，正推動(dòng)世界能源利用進(jìn)入新的維度，開創(chuàng)世界能源供給的新紀(jì)元。普瑞工程公司正全力以赴，積極參與這場(chǎng)振奮人心的技術(shù)革命。
柔性直流輸電是以電壓源換流器為核心的新一代直流輸電技術(shù)，廣泛適用于風(fēng)力發(fā)電等間歇式能源并網(wǎng)、重要負(fù)荷供電、孤島供電、電網(wǎng)黑啟動(dòng)、多端直流聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域，是構(gòu)建智能電網(wǎng)的特色技術(shù)之一。開展柔性直流輸電技術(shù)，是國網(wǎng)智能電網(wǎng)研究院打造全直流產(chǎn)業(yè)鏈的一項(xiàng)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
