大灣區(qū)直流背靠背廣州工程正式投運(yùn) 柔直技術(shù)再獲突破

發(fā)布日期：2022-03-31 瀏覽次數(shù)：3419

3月29日，大灣區(qū)直流背靠背廣州工程(以下簡(jiǎn)稱廣州工程)正式投運(yùn)，它與正在建設(shè)的大灣區(qū)直流背靠背東莞工程(以下簡(jiǎn)稱為東莞工程)同為廣東目標(biāo)網(wǎng)架建設(shè)的重要組成部分。此系列工程建成后，將從根本上化解廣東電網(wǎng)短路電流超標(biāo)、多直流落點(diǎn)風(fēng)險(xiǎn)、大面積停電三大問題，顯著提升廣東電網(wǎng)電力供應(yīng)和配置能力。預(yù)計(jì)2022年將支撐西電東送電量不低于1883億千瓦時(shí)，廣東省東西部電力交換能力由410萬提升至1000萬千瓦。

“這是世界上第一個(gè)把柔性直流用到解決系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行方面的項(xiàng)目。廣州、東莞工程建成以后，可以系統(tǒng)性地解決短路電流超標(biāo)的問題，給電網(wǎng)的安全穩(wěn)定提供支持。”中國工程院院士、南方電網(wǎng)公司專家委員會(huì)名譽(yù)主任委員李立浧表示。這也標(biāo)志著，南方電網(wǎng)公司在柔直技術(shù)領(lǐng)域繼實(shí)現(xiàn)并掌握其在主電網(wǎng)應(yīng)用、特高壓多端柔性直流技術(shù)后，再次在控制系統(tǒng)方面實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)足進(jìn)步。“廣東電網(wǎng)將成為一個(gè)異同步電網(wǎng)，這是世界上第一次用這個(gè)名字，對(duì)世界電網(wǎng)的發(fā)展都很有意義。”李立浧說。

廣州工程位于廣州市增城區(qū)，毗鄰居民小區(qū)，工程建設(shè)中首次采用柔直變壓器水冷卻、戶內(nèi)布置的設(shè)計(jì)方案，降低能耗的同時(shí)，也實(shí)現(xiàn)了全站噪聲小于48.5分貝。“一臺(tái)柔直變壓器相當(dāng)于兩只霸王龍那么大，我們運(yùn)行的有12臺(tái)，發(fā)出的聲音僅相當(dāng)于人正常交談的音量，與空調(diào)開機(jī)時(shí)的聲音相當(dāng)。”廣州工程項(xiàng)目經(jīng)理朱博介紹。工程建筑主體外觀由廣州白云機(jī)場(chǎng)設(shè)計(jì)師陳雄設(shè)計(jì)，與周邊環(huán)境自然融為一體。

“大灣區(qū)直流背靠背工程有非常多的創(chuàng)新，它是世界上最先進(jìn)的新一代柔性直流背靠背工程。實(shí)現(xiàn)了具備異同步聯(lián)絡(luò)、容量最大并在直流多饋入負(fù)荷中心分區(qū)互聯(lián)等多項(xiàng)世界領(lǐng)先技術(shù)。同時(shí)，廣州工程首次實(shí)現(xiàn)了絕緣柵雙極型晶體管(以下簡(jiǎn)稱IGBT)國產(chǎn)化比例至50%。我們還通過建設(shè)三維數(shù)字化應(yīng)用及智能巡檢系統(tǒng)，讓工程變得更智能。”南方電網(wǎng)廣東電網(wǎng)基建部副總經(jīng)理謝榕昌表示。

目前東莞工程仍在建設(shè)中，預(yù)計(jì)5月底投產(chǎn)。除了與廣州工程享有同樣先進(jìn)的柔直技術(shù)外，東莞工程還首次在沖積三角洲地區(qū)實(shí)現(xiàn)直流輸電與水運(yùn)河道跨行業(yè)建設(shè)技術(shù)融合，是國內(nèi)地基處理最復(fù)雜、樁基使用類型最多的柔性直流背靠背換流站。

保障大灣區(qū)能源安全，提升新能源消納能力，助力“雙碳”目標(biāo)

廣州工程與東莞工程統(tǒng)稱為大灣區(qū)直流背靠背工程，是廣東目標(biāo)網(wǎng)架建設(shè)的重要組成部分。這一系列工程建設(shè)正是南方電網(wǎng)保障粵港澳大灣區(qū)能源安全的重要行動(dòng)。

隨著廣東產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整和居民生活水平不斷提高，廣東未來較長(zhǎng)一段時(shí)期電力需求將保持中速發(fā)展。南方電網(wǎng)公司預(yù)測(cè)，2025年廣東全社會(huì)用電量將達(dá)9000億千瓦時(shí)，最大負(fù)荷達(dá)1.65億千瓦，“十四五”期間年均增長(zhǎng)分別為5.2%和4.6%。到2035年，廣東全社會(huì)用電量將達(dá)10100億千瓦時(shí)，最大負(fù)荷將達(dá)1.93億千瓦。

面對(duì)如此巨大的用電需求，廣東省在增加電源裝機(jī)規(guī)模方面加緊提速。預(yù)計(jì)2025年省內(nèi)電源裝機(jī)規(guī)模約1.95億千瓦，其中風(fēng)電和光伏2800萬千瓦。2035年廣東省內(nèi)電源裝機(jī)規(guī)模將達(dá)到2.46億千瓦，清潔能源裝機(jī)占比達(dá)到74%。龐大的清潔能源發(fā)展目標(biāo)，尤其是大規(guī)模間歇性的海上風(fēng)電發(fā)展，必然需要更堅(jiān)強(qiáng)的電網(wǎng)來保障送電。

與此同時(shí)，電網(wǎng)自身也有改造需求。近幾年的數(shù)據(jù)顯示，珠三角地區(qū)負(fù)荷占廣東省70%以上。廣東電網(wǎng)通過“八交十一直”輸電通道受入西電，占供電負(fù)荷的三分之一。高負(fù)荷密度、多直流饋入等特征，使得珠三角電網(wǎng)自然形成了高強(qiáng)度聯(lián)結(jié)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。這是系統(tǒng)具備一定充裕度、滿足穩(wěn)定約束、安全接受外區(qū)電力的客觀要求。

但是過于緊密、復(fù)雜的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)也是導(dǎo)致短路電流超標(biāo)、交直流交互影響大、事故大范圍擴(kuò)散、運(yùn)行特性復(fù)雜、“第三道防線”設(shè)置困難等問題的核心原因。國內(nèi)外多次大面積停電事故的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)更讓人們對(duì)這樣規(guī)模龐大、聯(lián)系緊密、結(jié)構(gòu)復(fù)雜電網(wǎng)的安全性表示出擔(dān)憂。

為了避免這種情況，南方電網(wǎng)公司加快廣東目標(biāo)網(wǎng)架整體建設(shè)，通過對(duì)電網(wǎng)合理分層分區(qū)，全面構(gòu)建容量充足、結(jié)構(gòu)清晰、運(yùn)行高效、事故可控的主網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。

根據(jù)“基于500千伏灣區(qū)外環(huán)的柔性直流互聯(lián)方案”，南方電網(wǎng)公司將廣東電網(wǎng)大概分為東西片區(qū)。在粵港澳大灣區(qū)外圍構(gòu)建500千伏外環(huán)線路，中心處通過柔直背靠背工程實(shí)現(xiàn)東西柔性互聯(lián)；灣區(qū)內(nèi)部大致以珠江口為界，東西兩側(cè)利用500千伏柔性直流線路背靠背互聯(lián)。其中，廣州工程，聯(lián)接珠西北區(qū)、珠東北區(qū)域電網(wǎng)；東莞工程，聯(lián)接珠西南與珠東南區(qū)域電網(wǎng)。

基于灣區(qū)外環(huán)為支撐，廣東電網(wǎng)將形成東西區(qū)電網(wǎng)。其中東區(qū)電網(wǎng)為珠東北、珠東南兩個(gè)供電分區(qū)和粵東電源送出分區(qū)，西區(qū)電網(wǎng)為珠西北、珠西南兩個(gè)供電分區(qū)和粵西電源送出分區(qū)。各分區(qū)通過2-3個(gè)通道與外環(huán)相連。

網(wǎng)架實(shí)現(xiàn)了合理的分層分區(qū)，區(qū)域間進(jìn)行負(fù)荷交換，化解電網(wǎng)短路電流超標(biāo)、多直流落點(diǎn)風(fēng)險(xiǎn)、大面積停電三大問題，顯著提升廣東電網(wǎng)電力供應(yīng)和配置能力。“分層分區(qū)可以避免‘把雞蛋放進(jìn)同一個(gè)籃子’，當(dāng)某一區(qū)域電網(wǎng)故障時(shí)，不會(huì)波及另外區(qū)域，避免大規(guī)模事故發(fā)生。”廣東電網(wǎng)公司基建部項(xiàng)目管理科高級(jí)經(jīng)理凌怡珍稱。

廣州工程投產(chǎn)后，按照計(jì)劃5月30日連接珠西南、珠東南的大灣區(qū)直流背靠背東莞工程也將投產(chǎn)，屆時(shí)，珠三角負(fù)荷中心通過兩個(gè)直流背靠背工程實(shí)現(xiàn)合理分區(qū)。

“到2023年底，廣東目標(biāo)網(wǎng)架工程將基本建成，初步具備方案最初設(shè)想化解三大問題、合理分區(qū)等功能。”凌怡珍說。工程全部建成后，廣東省電力供應(yīng)能力可升至3億千瓦，是原來的2倍以上。

首次將柔直技術(shù)用來解決系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行問題，實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)IGBT應(yīng)用率超50%，柔性直流技術(shù)繼昆柳龍直流工程后再突破

“廣東電網(wǎng)建設(shè)柔性直流背靠背工程，是世界上第一個(gè)把柔性直流用到解決系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行方面的項(xiàng)目。廣州、東莞工程建成以后，可以系統(tǒng)性地解決短路電流超標(biāo)的問題，給電網(wǎng)的安全穩(wěn)定提供支持。”李立浧表示。

自2013年在廣東電網(wǎng)做南澳柔性直流開始，南方電網(wǎng)公司通過魯西混合直流背靠背工程、昆柳龍多端柔性直流工程實(shí)現(xiàn)了柔直技術(shù)在主電網(wǎng)應(yīng)用、掌握了特高壓多端柔性直流技術(shù)，現(xiàn)在，廣東電網(wǎng)建設(shè)的直流背靠背工程在控制系統(tǒng)方面比昆柳龍直流工程又進(jìn)了一步。

通過控制系統(tǒng)的進(jìn)步，廣東電網(wǎng)形成了異同步電網(wǎng)格局。李立浧提出，不同于以前的純交流電網(wǎng)，也不同于以往通過直流背靠背將兩個(gè)電網(wǎng)隔開的異步電網(wǎng)，“我們是世界上第一次用異同步電網(wǎng)這個(gè)名字，廣東電網(wǎng)變成一個(gè)異同步電網(wǎng)格局很有意義，對(duì)世界電網(wǎng)的發(fā)展都很有意義”。

異同步電網(wǎng)聽起來像一個(gè)悖論，即使一個(gè)詞匯也很難同時(shí)兼具異步、同步，何況一張電網(wǎng)。廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司基建部項(xiàng)目管理科經(jīng)理王流火解釋道：“異同步指的是電網(wǎng)在不同運(yùn)行狀態(tài)下呈現(xiàn)的形態(tài)。簡(jiǎn)單說，直流異同步控制功能兼顧了交直流輸電的優(yōu)點(diǎn)。出現(xiàn)故障時(shí)，它自動(dòng)識(shí)別故障，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)異步，起到‘防火墻’作用。常態(tài)運(yùn)行時(shí)，可以模擬成交流線路，保留原有交流通道的緊急支援能力，實(shí)現(xiàn)兩側(cè)交流電網(wǎng)的功率自動(dòng)互濟(jì)，無需調(diào)度人員下發(fā)功率指令，電網(wǎng)潮流自動(dòng)可控。這背后正是控制保護(hù)策略起作用。”

廣州工程還擁有世界上控制鏈路延時(shí)最短的柔性直流換流站。與交流電網(wǎng)發(fā)生高頻諧振是柔性直流的重要運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，廣州工程把鏈路延時(shí)控制在200微秒以內(nèi)，是世界領(lǐng)先水平，結(jié)合控制策略優(yōu)化，能夠有效消除工程面臨的諧振風(fēng)險(xiǎn)。

李立浧曾說：“技術(shù)引領(lǐng)要有一定的判斷能力，中國發(fā)展柔性直流技術(shù)大有可為。”南方電網(wǎng)公司通過系列工程推動(dòng)柔性直流技術(shù)的深一步發(fā)展，是中國電力人對(duì)世界電力技術(shù)發(fā)展作出的貢獻(xiàn)。

裝備方面，廣州工程首次實(shí)現(xiàn)工程應(yīng)用絕緣柵雙極型晶體管(以下簡(jiǎn)稱IGBT)器件國產(chǎn)化比例大幅提升至50%。IGBT是能源變換與傳輸?shù)暮诵钠骷?，被譽(yù)為電力電子裝置的“CPU”。作為國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，IGBT在軌道交通、智能電網(wǎng)、航空航天、電動(dòng)汽車與新能源裝備等領(lǐng)域應(yīng)用極廣。

廣州工程協(xié)調(diào)管理員薛云濤介紹：“在昆柳龍直流工程中，國產(chǎn)的IGBT器件得到了全場(chǎng)景的應(yīng)用，但是比例在個(gè)位數(shù)，在廣州工程中，已實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)IGBT應(yīng)用率超50%，其中一個(gè)完整的換流單元100%使用國產(chǎn)IGBT器件，徹底解決以往工程中IGBT進(jìn)口依賴的難題。”

除此之外，南方電網(wǎng)公司的技術(shù)攻關(guān)團(tuán)隊(duì)在直流電容器、二次板卡芯片等其他核心部件上狠下工夫，在國內(nèi)首次研制出了全國產(chǎn)柔性直流換流閥閥段，實(shí)現(xiàn)了柔性直流換流閥核心組件包括IGBT、電容器、IGBT驅(qū)動(dòng)板、二次板卡芯片的完全自主可控，并將在大灣區(qū)中通道直流背靠背工程實(shí)現(xiàn)首次試用。該產(chǎn)品的成功研制及創(chuàng)新應(yīng)用，解決了柔性直流換流閥關(guān)鍵元器件、零部件依賴進(jìn)口的“卡脖子”難題，實(shí)現(xiàn)“0到1”的突破，推動(dòng)柔性直流技術(shù)自主可控的跨越式發(fā)展，提高了我國電工裝備制造業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力。

三維數(shù)字化應(yīng)用及智能巡檢系統(tǒng)、“低噪音”、水冷變壓器，南方電網(wǎng)用科技+誠心打造這個(gè)大灣區(qū)直流背靠背工程

朱博這兩天終于可以松一口氣，屬于他的絕大多數(shù)工作終于完成。提起廣州工程，朱博就停不下來。最讓他引以為傲的不僅僅是工程中的技術(shù)創(chuàng)新，以及工程在保障能源安全中的積極意義，更有工程建設(shè)中新概念、以及概念背后的人。

“我們這個(gè)工程所在地很特殊，換流站東北85米處就是居民小區(qū)。居民對(duì)身邊建設(shè)這樣一個(gè)大型的電網(wǎng)工程有很大顧慮，比如可能的噪音。最終，我們通過多種技術(shù)實(shí)現(xiàn)全站噪聲小于48.5分貝，相當(dāng)于人正常交談的音量。”朱博說。

柔直變壓器是背靠背工程中體積最大的核心設(shè)備。一臺(tái)變壓器長(zhǎng)12米、寬4米、高5.1米，大概相當(dāng)于兩只霸王龍并排行走的體積，運(yùn)輸重量卻高達(dá)360噸，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于兩只霸王龍的重量?，F(xiàn)場(chǎng)平日運(yùn)行的有12臺(tái)這樣的“巨獸”，卻只發(fā)出了人正常說話的聲量。

這主要源于變壓器水冷卻方式以及全戶內(nèi)布置方案。相對(duì)于常規(guī)風(fēng)冷變壓器，水冷變壓器整體噪音僅來自油泵和變壓器運(yùn)行中的震動(dòng)，結(jié)合變壓器全戶內(nèi)的布置，便可實(shí)現(xiàn)對(duì)外界基本無噪音影響。而且水冷變壓器入口油溫較風(fēng)冷卻器更加恒定，冷卻效率相對(duì)更高，并且無需使用大量風(fēng)機(jī)，極大減少了日常能耗。

在占地方面，由于廣州工程采用基于柔性直流技術(shù)的背靠背直流輸電系統(tǒng)，換流站比常規(guī)直流占地更小，該工程總占地面積僅13萬平方米。

大灣區(qū)直流背靠背工程在數(shù)字化方面也做了一些有益的探索?；ㄟ^程中運(yùn)用三維可視化技術(shù)進(jìn)行施工過程管理，后續(xù)將以三維模型為紐帶，與運(yùn)行業(yè)務(wù)深度融合，打造國內(nèi)首個(gè)貫穿全生命周期的三維場(chǎng)景智能運(yùn)維換流站，系統(tǒng)將融合基建關(guān)鍵數(shù)據(jù)及換流站站端實(shí)時(shí)運(yùn)維數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)三維空間場(chǎng)景的智能操作、智能巡視、智能安全、智能檢修等應(yīng)用。項(xiàng)目部成員羅新介紹：“三維數(shù)字化應(yīng)用及智能巡檢系統(tǒng)可以簡(jiǎn)單理解為現(xiàn)實(shí)世界的事物鏡像到虛擬系統(tǒng)，可以微觀到元部件級(jí)，并具有智能操作等功能。”

工程建設(shè)中，廣州工程也多有創(chuàng)新。作為世界電網(wǎng)行業(yè)尺寸最大的鋼結(jié)構(gòu)建筑，鋼結(jié)構(gòu)總長(zhǎng)度209米，總寬度146米，總用鋼量達(dá)6200噸，閥廳為最大跨度達(dá)73米的無立柱結(jié)構(gòu)空間。整體鋼結(jié)構(gòu)用量達(dá)6200噸，有3306個(gè)焊接球焊接點(diǎn)，共12380根桿件。要將這樣“超大份量”的網(wǎng)架安裝至設(shè)計(jì)標(biāo)高位置，并不容易。常見的“高空滑移法”施工占用場(chǎng)地大，“分件高空散裝”或“分塊高空安裝”需要大量的高空作業(yè)，而網(wǎng)架的下部空間被長(zhǎng)時(shí)間占用，難以適應(yīng)閥廳地面多溝道、多設(shè)備基礎(chǔ)、地面施工周期長(zhǎng)的特點(diǎn)，而且存在一定的安全、質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)。

項(xiàng)目副經(jīng)理謝劍翔帶領(lǐng)技術(shù)骨干到廣州白云機(jī)場(chǎng)取經(jīng)，使用“大型構(gòu)件液壓同步提升技術(shù)”完成網(wǎng)架提升，并對(duì)提升過程進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真模擬，計(jì)算各提升吊點(diǎn)反力值為依據(jù)，對(duì)網(wǎng)架鋼結(jié)構(gòu)單元進(jìn)行分級(jí)加載，從而對(duì)各吊點(diǎn)處的液壓提升系統(tǒng)伸缸壓力進(jìn)行逐步的分級(jí)增加，最終保證了提升的安全可靠。

東莞工程同樣如是。今年3月廣東雨水非常多，東莞工程的項(xiàng)目經(jīng)理吳軻卻沒了往年的擔(dān)心。原來，為了適應(yīng)環(huán)境變化，工程團(tuán)隊(duì)將“海綿城市”的理念用在了背靠背工程上。“我們通過應(yīng)用雨水分散排放方案，一下雨就可以快速排澇，像海綿吸水一樣，減輕了排水管網(wǎng)壓力。”

朱博的記錄本上還有廣州工程創(chuàng)下的許多個(gè)“第一”，有些第一隨著時(shí)間的推移可能成為過往，但是為了這些“第一”走過的日子將永遠(yuǎn)閃閃發(fā)光。“廣州工程還有后續(xù)要投產(chǎn)的東莞工程，我們終究要做的是為了點(diǎn)亮萬家燈火。”

南網(wǎng)傳媒全媒體記者劉杰郭冬冬通訊員歐陽逸雪郝思遠(yuǎn) 李亦彬彭萊

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