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二
探求“柔性之剑”开刃之路:
新纪录谁是创造者
厦门柔性直流输电工程的电压等级和输送容量双双创下国际之最,该工程在世界上首次采用双极拓扑结构,标志着我国真正实现柔性直流输电技术领域的国际引领。工程换流阀由国网智研院自主研发,经南瑞集团普瑞工程公司成果转化和生产,拥有完全自主知识产权。
设计之路披荆斩棘
国网智研院对±320千伏/100万千瓦柔性直流换流阀的研制,始于2011年。当年,上海柔直工程顺利投运,实现我国在柔性直流输电领域零的突破。随后,面向世界柔性直流技术巅峰的高压大容量与多端柔性直流输电技术的攻关启动。
相较上海柔直工程,±320千伏/100万千瓦不仅仅是数量上的提高,更是质的改变。±320千伏/100万千瓦柔性直流换流阀功率模块串联数和阀控规模大幅增加,暂稳态电流应力提高7倍左右,达到可关断器件的承受极限,由此对换流阀冗余设计、绝缘配合、电磁兼容、过流过压保护、电容均压、阀控系统控制能力提出前所未有的挑战。研发团队不畏困难、勇往直前,最终,高电压、大电流、强电磁场环境下换流阀散热、电压尖峰抑制、电磁兼容问题以及阀控设备低开关频率电容平衡等问题逐个突破。
2013年1月,国网智研院率先研制成功世界首个具有完全自主知识产权的±320千伏/100万千瓦柔性直流换流阀及阀控设备样机,并通过IEC62501等4项国际标准规定的全部型式试验,及国际权威认证机构挪威船级社(DNV)KEMA实验室的见证。DNV在其官方网站上说:“这个(柔性直流换流阀)打破电压和容量水平世界纪录,标志着模块化多电平柔性直流输电技术取得了重大成功。换流阀型式试验的顺利通过,是超级电网发展历程中一个重要里程碑。”DNV亚太首席运营官比约恩˙陶恩˙马克森评价说:“国网智研院取得的这项国际领先的技术成果,对全球能源领域做出了重大贡献。”该成果还通过国家能源局组织的新产品技术成果鉴定,鉴定委员会认为,该换流阀及阀控设备性能优异,具有完全自主知识产权,产品核心技术和总体技术性能处于国际领先水平。
纵然取得国际领先,团队并没有停下前进的脚步,他们以工程应用为目标继续前行。贺之渊勉励大家:“我们的换流阀唯有实现工程应用才能说是真正的国际领先,就像战士的考验是在战场上完成一样,没有经历过枪林弹雨的士兵,不能称为好士兵。”为尽快实现±320千伏/100万千瓦柔性直流换流阀及阀控设备的工程应用,团队全面开展工程化研究,并与普瑞工程公司签署成果转化合同。
2014年8月,普瑞工程公司中标厦门柔直工程全部换流阀供货合同。国网智研院直流所随即启动换流阀及阀控设备的设计工作。10月,完成换流阀设计定型。2015年1月,工程换流阀及阀控设备顺利通过全部型式试验。型式试验中,换流阀亮点频现,斩获最快旁路开关、最先进智能驱动、最高效串并联混合式散热系统、高达35千安短路耐受能力等多项技术创新。随后,换流阀开始批量生产。
调试之路所向披靡
2015年7月4日,首批4辆运载换流阀的货车驶进厦门柔直工程两座换流站,标志着工程现场安装工作正式启动。国网智研院直流所作为换流阀安装总指导,调派大批技术骨干前往现场。7月的厦门闷热潮湿,阀厅的空调系统尚未启动,温度超过35摄氏度,湿度达80%以上。经过4个多月艰苦奋战,换流阀及阀控设备安装完成。
2015年10月30日,工程启动系统带电联调,国网智研院直流所负责换流阀及阀控设备的调试。与常规直流换流阀的均压均流主要靠一次阻容回路实现不同,柔性直流换流阀需靠控制器主动控制实现均压均流。子模块控制器必须在能够抵抗高压大电流环境里电磁热干扰的前提下,实现高速运算。为此,团队设计了很多试验,以验证子模块整体运行稳定性。
据换流阀及阀控设备现场调试负责人赵岩介绍,在调试的关键阶段,工程现场及国网智研院仿真中心、电力电子实验室全体人员每天休息不足4小时,白天现场发现问题,晚上分析问题,连夜在北京进行验证,第二天现场修改,继续调试。
研发团队对科研理想的执着追求,对现场调试的精益求精,对柔性直流的专业与专注,撑起了自主知识产权产品的可靠性。厦门柔直工程调试阶段,换流阀经受种种试验考验,整体运行平稳、状态良好。
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