海纜敷設(shè)現(xiàn)場(chǎng)

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廣東汕頭南澳島上200多臺(tái)聳立的大風(fēng)車正迎風(fēng)轉(zhuǎn)動(dòng)，南方電網(wǎng)公司全力推進(jìn)的世界第一個(gè)多端柔性直流輸電示范工程——南澳±160千伏多端柔性直流輸電示范工程就坐落在風(fēng)車腳下的青澳灣。

12月25日，隨著南澳多端柔性直流輸電工程現(xiàn)場(chǎng)總指揮一聲令下，南澳島上青澳、金牛兩個(gè)換流站與汕頭澄海區(qū)的塑城換流站完成了三端投產(chǎn)啟動(dòng)，這標(biāo)志著南方電網(wǎng)攻克了多端柔性直流輸電控制保護(hù)這一世界難題，成為世界第一個(gè)完全掌握多端柔性直流輸電成套設(shè)備設(shè)計(jì)、試驗(yàn)、調(diào)試和運(yùn)行全系列核心技術(shù)的企業(yè)。

柔性、多端之利

“這意味著我國(guó)成為世界第一個(gè)將多端柔性直流輸電技術(shù)投入工程化應(yīng)用的國(guó)家。” 南方電網(wǎng)專家委員會(huì)主任委員李立浧院士在接受媒體采訪時(shí)說，“多端柔性直流輸電系統(tǒng)模塊化多電平（MMC）技術(shù)，可靈活接入多個(gè)站點(diǎn)的風(fēng)能、太陽(yáng)能、地?zé)崮堋⑿∷姷惹鍧嵞茉?，通過一個(gè)大容量、長(zhǎng)距離的電力傳輸通道，到達(dá)多個(gè)城市的負(fù)荷中心。這為新能源并網(wǎng)、大型城市供電以及孤島供電等場(chǎng)合提供了一種有效的解決方案。”

南網(wǎng)科研院院長(zhǎng)、南澳多端柔性直流輸電工程項(xiàng)目技術(shù)負(fù)責(zé)人饒宏則表示，“風(fēng)能、太陽(yáng)能發(fā)電等新能源接入電網(wǎng)的最大障礙就是其間歇性和不確定性，而柔性直流輸電技術(shù)就像在電網(wǎng)接入了一個(gè)閥門和電源，可以有效地控制其上面通過的電能，隔離電網(wǎng)故障的擴(kuò)散，而且還能根據(jù)電網(wǎng)需求，快速、靈活、可調(diào)地發(fā)出或者吸收一部分能量，從而優(yōu)化電網(wǎng)的潮流分布、增強(qiáng)電網(wǎng)穩(wěn)定性、提升電網(wǎng)的智能化和可控性。”

“柔性”是相對(duì)于常規(guī)直流輸電技術(shù)而言，采用了先進(jìn)的大功率電力電子器件組成的電壓源換流器（VSC），可以依據(jù)電網(wǎng)需要，可以靈活快捷地改變電能輸送的大小和方向，并提供更優(yōu)質(zhì)的電能質(zhì)量。我們采用了模塊化多電平技術(shù)（MMC），規(guī)模、容量、電壓等級(jí)等關(guān)鍵工程參數(shù)都可以依據(jù)工程需求與電能傳輸距離量身定制，靈活實(shí)現(xiàn)。

“多端”則是相對(duì)于“兩端”而言，指兩端以上的柔性直流輸電工程。南澳多端柔性直流輸電工程項(xiàng)目工程師許樹楷介紹說：“兩端直流輸電系統(tǒng)無法實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)電源點(diǎn)（如風(fēng)電場(chǎng)、分散式小水電等）的接入或多個(gè)負(fù)荷點(diǎn)的同時(shí)供電，多端系統(tǒng)可以將多個(gè)海上風(fēng)電場(chǎng)、孤立海島與大陸連接起來，構(gòu)成直流網(wǎng)絡(luò)，在節(jié)省投資與減少海域資源占用的情況下，既滿足海島電力需求的同時(shí)還能將富余電能送往大陸。”

目前，世界各國(guó)充分認(rèn)識(shí)到柔性直流輸電在可再生能源和智能電網(wǎng)建設(shè)中的重要作用，柔性直流輸電工程應(yīng)用開始呈現(xiàn)快速增長(zhǎng)。但全球已投運(yùn)的柔性直流輸電工程均為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)兩端系統(tǒng)，尚無多端柔性直流輸電工程投入商業(yè)運(yùn)行。落戶廣東汕頭南澳島的三端柔性直流輸電工程設(shè)計(jì)容量為20萬(wàn)千瓦，直流電壓等級(jí)±160千伏，是世界首例多端柔性直流輸電工程。

100%自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)

黨的“十八大”對(duì)“美麗中國(guó)”的呼喚，再一次掀起我國(guó)清潔能源開發(fā)利用的高潮，但受接入技術(shù)條件限制，電網(wǎng)多年來一直無法承載大規(guī)模風(fēng)電的接入?，F(xiàn)有運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，交流系統(tǒng)電壓波動(dòng)是“棄風(fēng)”的主要原因之一。

一直以來，南方電網(wǎng)致力于高壓直流輸電技術(shù)、特高壓直流輸電技術(shù)、交直流并聯(lián)大電網(wǎng)運(yùn)行技術(shù)，積累了大型工程成套設(shè)計(jì)、設(shè)備規(guī)范制定、控制保護(hù)功能設(shè)計(jì)和測(cè)試、設(shè)備監(jiān)造等方面積累了豐富的工程經(jīng)驗(yàn)。近年來，又在電力電子在電網(wǎng)中的應(yīng)用方面取得了顯著突破，比如STATCOM技術(shù)、柔性直流輸電技術(shù)等。

為攻克多端柔性直流輸電這一世界難題，大力發(fā)展清潔能源，國(guó)家科技部2011年將“大型風(fēng)電場(chǎng)柔性直流輸電接入技術(shù)研究與開發(fā)”課題列入國(guó)家863科技計(jì)劃重大專項(xiàng)，把南澳多端柔性直流輸電工程作為我國(guó)第一個(gè)自主化示范工程，突破大型風(fēng)電采用柔性多端直流輸電接入電網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)問題，提升我國(guó)柔性直流輸電領(lǐng)域的核心裝備研發(fā)和制造水平，實(shí)現(xiàn)成套設(shè)計(jì)的全面自主化目標(biāo)。

“關(guān)鍵技術(shù)研究必須全部立足于自主科研。”廣州、北京兩地，一個(gè)由南方電網(wǎng)牽頭組織、來自高校、研究機(jī)構(gòu)、設(shè)計(jì)和制造企業(yè)、超過100人的產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合技術(shù)攻關(guān)團(tuán)隊(duì)悄無聲息地組建。攻關(guān)團(tuán)隊(duì)每天工作超過15小時(shí)，歷經(jīng)無數(shù)次的論證、計(jì)算、試驗(yàn)，攻克了世界第一個(gè)多端柔性直流輸電工程的“心臟”難題——控制保護(hù)系統(tǒng)，形成了包括多端柔性直流工程控制保護(hù)系統(tǒng)研究技術(shù)等多個(gè)“世界第一”。

清一色中國(guó)企業(yè)

關(guān)鍵技術(shù)突破了，工程施工同樣面臨重重困難。令人驚喜的是工程招標(biāo)現(xiàn)場(chǎng)，設(shè)備廠商都姓“中”。南澳柔性直流輸電工程設(shè)計(jì)總工程師陳冰說，“此項(xiàng)工程是集大型風(fēng)電場(chǎng)接入、柔性多端直流輸電、海底直流電纜等多項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)于一體的世界首例多端柔性直流輸電工程開拓之作。由我們自主研發(fā)核心技術(shù)，設(shè)備制造廠商全都是國(guó)內(nèi)廠家。”

工程從今年3月開工，共經(jīng)歷了12次臺(tái)風(fēng)，大雨到暴雨天氣共117天。施工團(tuán)隊(duì)在克服了種種困難后，終于進(jìn)入了海纜敷設(shè)階段，眼看工程勝利在望，又一個(gè)關(guān)鍵的技術(shù)瓶頸出現(xiàn)在項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)的面前。

“海纜及附件無現(xiàn)成可用的產(chǎn)品”，南澳柔性直流工程海纜攻關(guān)組組長(zhǎng)郭小龍介紹說，“海底直流電纜的質(zhì)量控制是影響整個(gè)柔性直流工程可靠性的關(guān)鍵一環(huán)，換流站內(nèi)的技術(shù)、設(shè)計(jì)即使大功告成，沒有海纜將海島與大陸相連，將無法實(shí)現(xiàn)技術(shù)的落地。”

高壓直流電纜及其附件是當(dāng)今世界電纜制造的技術(shù)制高點(diǎn)，國(guó)內(nèi)各研發(fā)和制造單位都沒有能力生產(chǎn)符合條件的海纜。美國(guó)和日本等公司具備海底高壓直流電纜的研發(fā)技術(shù)，但他們開出的條件是3—4年研發(fā)與供貨周期，并捆綁了一系列經(jīng)濟(jì)和技術(shù)限制條件。

創(chuàng)新的腳步從未停下，項(xiàng)目組團(tuán)隊(duì)再次迎難而上。

集全國(guó)電纜行業(yè)的技術(shù)和智慧，南澳柔性直流輸電技術(shù)攻關(guān)團(tuán)隊(duì)廣發(fā)英雄帖，與上海交大、電纜制造廠家等單位的技術(shù)專家組成了聯(lián)合研發(fā)的重兵集團(tuán)，集中進(jìn)行±160千伏直流電纜的研發(fā)和試驗(yàn)。

圍繞電場(chǎng)分布不均勻這個(gè)核心問題，研發(fā)團(tuán)隊(duì)經(jīng)過3個(gè)月的努力，逐漸攻克空間電荷的抑制、絕緣厚度配置等一系列技術(shù)難關(guān)，終于迎來了勝利成果，國(guó)內(nèi)第一批±160千伏直流電纜（陸纜+海纜）及附件（終端+接頭）的樣品通過了國(guó)家電線電纜質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心的型式試驗(yàn)，意味著我國(guó)掌握了高壓直流電纜研發(fā)技術(shù)，在高壓直流電纜領(lǐng)域打破了國(guó)外技術(shù)封鎖。

就這樣，施工團(tuán)隊(duì)在克服了無相關(guān)工程建設(shè)經(jīng)驗(yàn)、無標(biāo)準(zhǔn)、無現(xiàn)成生產(chǎn)能力設(shè)備廠家，以及復(fù)雜海域和氣象條件等種種困難，僅用8個(gè)月時(shí)間，就成功奏響了“世界第一”的瑰麗樂章。