国网经研院：创新直流电网 点亮绿色冬奥

发布时间：2020-07-09

“长风起张北，绿电送京畿。”张北柔性直流电网工程是公司贯彻落实国家“四个革命，一个合作”能源安全新战略，构建清洁低碳、安全高效能源体系的重要工程，是践行绿色、共享、开放、廉洁办奥的重要里程碑。国网经研院深入学习领会公司“具有中国特色国际领先的能源互联网企业”战略目标，积极落实公司关于在建重点工程有序复工复产重要部署，大力推进“新基建”重要领域基础设施建设举措落地，持续强化适应大规模新能源接入的柔性直流电网创新技术攻关，为冬奥会配套新能源成功并网送电奠定了坚实基础。

由国网经研院负责成套设计的±500kV张北柔性直流电网试验示范工程，是世界上第一个实现风、光和储能多能互补的直流电网工程，世界上第一个基于直流电网的多维度多要素控制保护系统，世界上最高电压等级最大开断能力直流断路器……张北工程在设计建设过程中创下了举世瞩目的12项世界第一，实现了我国直流技术创新水平的跨越式发展。作为张北工程成套设计承担单位，国网经研院积极发挥自身技术优势，强化技术攻坚，优化专业协同，高质量完成工程系统顶层设计、成套方案、控制保护系统联调和现场调试技术支持等一系列关键工作。通过自主创新和工程实践，国网经研院已全面、系统掌握柔性直流电网核心技术，引领了世界柔性直流输电技术的发展。

聚力攻坚核心技术，高质量完成工程成套方案

张北柔性直流电网工程开创性地采用四端环形电网拓扑加直流断路器方案，将柔性直流输电电压提升至±500千伏，单换流器额定容量提升至150万千瓦，均为世界之最。工程成套设计首次涉足直流电网技术、大规模新能源接入、源-网-荷-储复杂系统交直流协调控制保护等多个全新领域，面临运行方式多变、新能源孤岛接入柔直交互特性复杂、大容量交流耗能装置及高压直流断路器等新型装备与柔直电网间的故障穿越联动配合等多重技术难题。多种新型直流技术的应用为直流系统设计及交直流系统交互特性研究带来了前所未有的挑战，对设计人员的理论功底、学习能力、创新思维提出了更高要求。

为全面突破各项关键技术难题，国网经研院高瞻远瞩、超前部署，早在2012年就精心组建了柔性直流电网成套设计攻关团队，凝心聚力、攻坚克难，持续优化升级自主化成套设计核心工具，深度开展张北工程成套设计及专项技术研究，创新性提出轻型化主回路设计方案、低倍率绝缘配合设计方案、孤岛新能源接入换流站的功率盈余问题解决方案、直流电网整体协同控制方案及精准快速保护方案，实现了柔直电网、新能源机组、耗能装置之间的精准协调控制，交直流故障穿越及快速恢复，新能源友好接入及稳定运行，取得了一系列自主创新成果，优质高效完成了工程系统成套设计方案。

“大国工匠，惟尽心竭智，精益求精。”立足于提高大规模新能源接入柔性直流电网的安全可靠性，建设新时代直流输电升级版样板工程的目标，国网经研院柔性直流攻关团队持续开展考虑高比例新能源接入柔直和高比例电力电子装备接入电网的重大专项技术创新性研究，旨在探索高比例新能源接入直流输电系统的大规模复杂建模方法，研究柔性直流和多类型新能源的耦合机理及故障连锁演化规律，深入开展高比例新能源接入的直流系统运行控制技术研究，解决大规模新能源直流汇集及送出技术问题，全力打造我国柔性直流工程建设新名片。

全面优化系统性能，把好实验室联调“最后一道关”

控制保护联调试验是全面检验控制保护系统和直流整体性能的最后一道关键环节，是确保工程安全可靠运行的重要措施。张北柔直电网工程控制保护系统要解决与换流阀、直流断路器等复杂电力电子系统之间控制与配合难题，响应时间短、配合精度要求高、逻辑复杂，联调试验的困难程度和技术要求远远超过以往直流工程。

面对这一艰巨任务，国网经研院依托“国家能源特高压直流输电成套设计研发（实验）中心”先进的仿真设备及全部工程化直流控制保护装置，强化重点难点技术攻坚，提出了新能源集群多机动态等值建模核心技术，研发了更加精准的小步长直流断路器实时仿真模型，设计了直流断路器、交流耗能装置等核心直流装备标准化接口，首次构建了百万千瓦级新能源经柔性直流电网送出的大规模全系统闭环实时仿真平台。同时，全面统筹科研、设计、设备核心资源力量，成立联调试验专项工作组，牵头组织13个设备厂家，历时近一年开展了416面屏柜的联调试验，完成全部试验项目共计3451项，累计解决各类技术难题152项，全面验证了成套设计成果，充分优化了直流系统整体性能，实现了工程“零缺陷”移交现场，为现场调试和工程建设进度提供了有力保障。

国网经研院始终聚焦推动新型直流技术创新引领，充分发挥实验室独特科研创新优势，在张北工程建设及现场调试期间，仍持续开展大量新能源经柔直送出的暂态特性仿真分析工作，完成了交流电网运行检修条件变化后的直流系统性能研究，校核了特殊方式下的交直流保护灵敏度和适用性，完成了现场试验与联调试验结果对比及调试问题分析，解决重大难点问题80余项，为世界首个新能源接入柔性直流电网工程的顺利投运提供了强大支撑。

抗疫复工双措并举，助推“新基建”高效有序开展

张北工程作为冬奥会清洁能源基础设施建设重点工程，在投运前现场调试的关键阶段，遭遇了前所未有疫情考验，而现场调试是保障工程安全投产和稳定运行的“定心丸”。面对大规模新能源首次与大容量交流耗能装置配合故障穿越、高压直流断路器首次与四端柔直架空线系统配合故障清除、大容量换流阀首次面临孤岛运行和主动充电等一系列难题，现场调试面临着空前的挑战和压力。国网经研院作为现场调试唯一成套设计技术支撑单位，肩负着为工程现场调试及安全稳定运行提供全方位技术保障的重要使命，承担了牵头组织现场技术问题分析消缺、校核现场试验波形及动作结果的重要任务。

疫情当前，但电网建设任务艰巨。自张北柔性直流电网工程复工以来，国网经研院高效引领、快速响应、精心统筹，优先选派一专多能的技术骨干分赴工程四个换流站，始终坚守现场调试一线，并组织实验室团队全程支持，全力以赴克服疫情防控形势严峻、调试时间紧迫等不利影响，为现场调试科学决策提供技术支撑。同时，组建了8个联合攻关小组，与现场试验同步开展多层次全方位直流技术研究分析，涵盖新能源阻抗特性测试及故障特性分析、弱系统与柔直间的宽频振荡特性研究、故障穿越及耗能装置策略研究、交直流保护特性研究、换流阀与系统交互配合研究等。牵头解决调试期间出现的各类技术问题104项，完成现场试验波形比对192项，校核现场试验结果464项，在疫情肆虐、工期紧迫的特殊时期为工程顺利调试和如期投运提供了最有力保障。

立足张北柔性直流电网工程的创新实践，国网经研院将勇于担当、主动作为，继续引领世界直流输电技术创新发展，持续贯彻公司电网建设战略和冬奥筹办相关部署，扎实落实“一个统领、五个力”和“四个确保、一个展示”具体要求，为圆满完成公司冬奥工作、夺取“双胜利”做出贡献。

消息来源：电网头条