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　　你了解用風(fēng)點亮燈的故事嗎？

　　你能想象遠在青海的陽光能為中原充電嗎？

　　我國風(fēng)能、太陽能資源豐富，但它們卻像草原上的野馬，性情不定，難以馴服。

　　如何馴服風(fēng)光能源這匹野馬，讓風(fēng)光綠能大顯身手，從能源舞臺的配角變?yōu)橹鹘?，成為保障國家?jīng)濟社會健康發(fā)展的強大支撐，這是立足新發(fā)展階段，貫徹新發(fā)展理念，構(gòu)建新發(fā)展格局面臨的一個重大戰(zhàn)略問題。

　　有這樣一個團隊，短短幾年時間，他們突破一個個世界級難題，創(chuàng)造一項項世界第一。在他們的努力下，特高壓直流輸電成為國家戰(zhàn)略級技術(shù)，和高鐵、北斗一樣，成為享譽世界的“中國名片”。

　　他們，是國家電網(wǎng)經(jīng)研院直流技術(shù)攻關(guān)團隊，他們，被稱作馴服風(fēng)光野馬的“追風(fēng)人”。

攻下一個個世界難題，徹底擺脫“洋拐棍”

　　綠色、低碳是中國能源的發(fā)展方向，而服務(wù)新能源大規(guī)模開發(fā)利用，正是柔性直流輸電技術(shù)的優(yōu)勢所在。

　　國網(wǎng)經(jīng)研院作為國家電網(wǎng)的技術(shù)支撐單位，多年前就意識到柔性直流輸電對新能源匯集送出的重要性。為了馴服風(fēng)能、太陽能，2012年他們便開展了大量基礎(chǔ)性研究。

　　當(dāng)時我國在柔性直流輸電技術(shù)方面沒有任何經(jīng)驗，國外相關(guān)核心技術(shù)又嚴(yán)加封鎖?！霸诮拥巾椖咳蝿?wù)時，攻關(guān)團隊每個人心中都惴惴不安，完全沒有成功的把握，有的同志提出以市場換技術(shù)的方式找外方搞技術(shù)引進，但幾次接觸下來，技術(shù)轉(zhuǎn)讓條件苛刻，我們根本無法接受?！眹W(wǎng)經(jīng)研院直流技術(shù)中心主任樂波坦言。

　　這支攻關(guān)團隊太年輕了，剛組建時平均年齡還不到30歲。帶著一股開拓創(chuàng)新、永不服輸?shù)钠磩?，他們開始了披荊斬棘的闖關(guān)之旅。

　　柔性直流系統(tǒng)設(shè)計的第一步是確定主接線，這是系統(tǒng)設(shè)計的“綱”和“領(lǐng)”：確定系統(tǒng)采用哪些主要設(shè)備，這些設(shè)備怎么布置、怎么配合，如同家里裝修要先畫好電路圖，確定開關(guān)、插座、照明等的位置，才能保證所有電器的用電安全和正常工作。

　　舟山工程是國家電網(wǎng)第一個商業(yè)化的柔性直流工程，也是世界首個五端柔性直流工程，主接線要比國外的兩端工程復(fù)雜得多。整個工程要用的設(shè)備有上百種，每種設(shè)備又有多種型式，排列組合起來就有上千種，許多設(shè)備連見都沒見過，更別說熟練使用和布置。

　　接到任務(wù)后，團隊迅速分工，有的總結(jié)以前常規(guī)工程的設(shè)計經(jīng)驗，有的研究新設(shè)備的功能和特點，有的開展理論分析，有的搭建仿真模型。他們曾提出幾十種方案，但經(jīng)過反復(fù)仿真分析，都滿足不了五端直流安全穩(wěn)定運行的要求。

　　只好全部推倒，從頭再來。

　　經(jīng)過數(shù)月的閉關(guān)修煉，世界首個五端柔性直流工程主接線終于完成，徹底打破未來可能的外方知識產(chǎn)權(quán)限制，完全做到自主化設(shè)計。

　　舟山工程后，他們又攻下供電可靠性要求更高的廈門工程?！艾F(xiàn)在，外方為了提高工程可靠性，反而模仿起中國方案，我們的身份也實現(xiàn)了從學(xué)生到老師的華麗轉(zhuǎn)變?！睒凡ㄕf。

　　在沒有任何資料可供借鑒的情況下，攻關(guān)團隊拿下了一個又一個世界難題，實現(xiàn)多項技術(shù)“零”的突破，形成一套完整的柔性直流輸電成套設(shè)計體系，徹底擺脫了“洋拐棍”，實現(xiàn)了柔性直流輸電技術(shù)領(lǐng)域的“彎道超車”和“中國引領(lǐng)”。

不設(shè)權(quán)威自由發(fā)揮鼓勵原創(chuàng)，創(chuàng)造12項世界第一

　　2020年6月29日，張北柔性直流電網(wǎng)工程竣工投產(chǎn)，來自草原的綠色動能點亮了京城的萬家燈火。張北工程不僅能夠滿足冬奧會的100%清潔供電需求，還將每年向北京輸送225億度清潔電力，相當(dāng)于北京年用電量的十分之一。

　　“柔性直流電網(wǎng)技術(shù)可以控制電能靈活轉(zhuǎn)向，適應(yīng)新能源的波動，是目前世界上最先進的輸電技術(shù)?！睒凡ㄕf，張北工程采用我國原創(chuàng)、世界領(lǐng)先的柔性直流電網(wǎng)新技術(shù)，把過去不可控的風(fēng)能變?yōu)榭煽貎?yōu)質(zhì)電能。“工程創(chuàng)造了12項世界第一，提出了破解新能源大規(guī)模開發(fā)利用世界級難題的中國方案。”

　　12項沉甸甸的世界第一，凝聚著科研人員克服重重困難、戰(zhàn)勝層層挑戰(zhàn)所付出的艱辛和努力。

　　靈活可靠消納新能源，首先碰到的難題是要研制確保電網(wǎng)安全的新設(shè)備、新技術(shù)?！爸绷麟娋W(wǎng)設(shè)計的難點在于要應(yīng)對不經(jīng)常發(fā)生的嚴(yán)重故障，解決這個問題，就必須找到能確保電網(wǎng)安全的速效救心丸?！眻F隊技術(shù)骨干李探博士說。

　　李探一畢業(yè)，就和團隊一頭扎入柔性直流電網(wǎng)的資料堆，從查公式、編程序開始，一晃就是5年。研發(fā)之初，由于相關(guān)技術(shù)在世界范圍內(nèi)都處于完全空白狀態(tài)，沒有任何經(jīng)驗可供借鑒，團隊只能從零開始。然而正是這張白紙，給年輕的科研人員們提供了從理論到實踐的廣闊舞臺。

　　不設(shè)權(quán)威、自由發(fā)揮、鼓勵原創(chuàng)是團隊組建時確定的工作原則。從“半橋式換流閥+直流斷路器”到“全橋式換流閥”，他們大膽假設(shè)、小心求證，從“交流耗能裝置”到“直流耗能裝置”，他們嚴(yán)謹細致、一絲不茍。經(jīng)歷了數(shù)月“白加黑”“5+2”的鏖戰(zhàn)，終于實現(xiàn)了“首臺套”直流斷路器和交流耗能裝置的重大技術(shù)突破。  

　　張北工程的聯(lián)調(diào)試驗需要依賴于新能源和柔性直流電網(wǎng)的真實模型，這兩個高度復(fù)雜的系統(tǒng)，單獨拿出來進行建模已經(jīng)困難重重，進行聯(lián)合測試更是從未有過先例。

　　400多面控制屏柜，通過上萬根線纜連接起來，將新能源和四座換流站組合在一起，建立起反映電網(wǎng)真實特性的超大規(guī)模仿真系統(tǒng)。僅啟動一次，就要花費數(shù)小時。

　　“這只是邁出了平臺構(gòu)建的第一步?！睂嶒炇邑撠?zé)人厲璇介紹，“在資源條件有限的情況下，還要準(zhǔn)確刻畫復(fù)雜系統(tǒng)的快速變化特性，這是更加關(guān)鍵的一步。”

　　幾十個新能源場站，四端柔性直流電網(wǎng)，包含了數(shù)十萬元件，上萬根光纖，對系統(tǒng)的實時運算能力提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。為了實現(xiàn)實時運算，如此龐大的系統(tǒng)在每個毫秒都要進行幾十億次仿真計算，這儼然是一個超級計算系統(tǒng)，超算能力對系統(tǒng)配置提出了不可能達到的要求。

　　為了實現(xiàn)實時運算目標(biāo)，必須另辟蹊徑。“將系統(tǒng)和元件進行有效簡化后，我們所提出的多項等值技術(shù)將仿真速度提升了近60%，完全達到工程精度?！眳栬f。在對模型進行逐步等值的過程中，科研人員們經(jīng)歷了種種坎坷和失敗，一個錯誤的脈沖信號，一個程序的細微漏洞，一個設(shè)置不合理的參數(shù)，都容易導(dǎo)致系統(tǒng)報錯或失穩(wěn)奔潰。

　　一遍又一遍的檢查設(shè)備，一次又一次的核對接線是團隊每天的日常工作，一條通道調(diào)試不通就從頭再來。

　　在團隊齊心協(xié)力下，終于建立起世界首個大規(guī)模新能源柔直并網(wǎng)硬件在環(huán)實時仿真試驗系統(tǒng)。

跨越千里，電力天路從規(guī)劃變成現(xiàn)實

　　青海是我國清潔能源最豐富的省份之一，新能源發(fā)電量已經(jīng)超過青海省全省用電負荷，亟需將大量富余的清潔電力送到上千公里之外的中東部負荷中心，變資源優(yōu)勢為經(jīng)濟優(yōu)勢。

　　特高壓直流技術(shù)成熟、成本較低，在大容量遠距離電能輸送方面具有獨特優(yōu)勢。因此，青海的新能源必須通過特高壓直流技術(shù)進行遠距離大規(guī)模消納。然而，傳統(tǒng)特高壓直流猶如高速列車，運載量大、一站直達，而始發(fā)站的太陽能、風(fēng)能等清潔能源就像自由出行的游客，何時出行、多少人出行均具有隨機性。因此，對傳統(tǒng)特高壓技術(shù)升級改造才能更好實現(xiàn)對新能源的高效送出。

　　“能否將匯集新能源的系統(tǒng)電壓控制穩(wěn)定是工程設(shè)計的關(guān)鍵點。”項目負責(zé)人盧亞軍向記者介紹。多年來，國網(wǎng)經(jīng)研院直流技術(shù)攻關(guān)團隊提出的“升級版”特高壓技術(shù)，涵蓋了多項穩(wěn)定系統(tǒng)電壓的獨門絕技，這些措施在專門輸送新能源的青?！幽希ㄇ嘣ィ?00千伏特高壓直流工程中得到成功應(yīng)用，實現(xiàn)了成果轉(zhuǎn)化，極大提升了特高壓直流對新能源送出的適應(yīng)性。

　　換流站連接著縱橫千里的直流輸電線路，仿佛人體的心臟，是直流輸電工程最重要的能源轉(zhuǎn)換樞紐，交流和直流的變換就在這里完成。青海換流站海拔達2900米，是世界上海拔最高的特高壓換流站，空氣稀薄，設(shè)備也會缺氧，耐受高電壓的能力大幅下降。

　　“我們對直流系統(tǒng)的過電壓水平進行了上百次迭代仿真校核，優(yōu)化了高海拔下均壓電極設(shè)計，有效縮短了設(shè)備間的空氣間隙，確保設(shè)備運行萬無一失，根本上消除了設(shè)備的高原反應(yīng)，保證了高原換流站的運行性能與平原保持一致。”盧亞軍說。

　　考驗接踵而來。

　　由于風(fēng)光能源不穩(wěn)定，功率波動大，電網(wǎng)對變壓器的電壓調(diào)節(jié)能力要求較以往工程更高。分接開關(guān)是變壓器執(zhí)行電壓調(diào)節(jié)功能的最核心裝備，其設(shè)計一直是制約國產(chǎn)化的“卡脖子”技術(shù)難題。如何提高分接開關(guān)的運行可靠性，是擺在團隊面前必須解決的一道難題。

　　科研團隊深入研究了各種技術(shù)措施可能性，提出了幾十種技術(shù)方案，推導(dǎo)了上百頁分析算稿，經(jīng)過反復(fù)研究論證仿真，確定了通過有效降低分接開關(guān)動作次數(shù)提高系統(tǒng)可靠性的技術(shù)方案，最終實現(xiàn)分接開關(guān)動作次數(shù)減少90%，顯著提高了設(shè)備使用壽命，保障了工程的順利投運和安全運行。同時，研究成果也在所有已投運的特高壓工程中推廣應(yīng)用。

　　2020年12月30日，青豫工程正式投入商業(yè)運行，來自青藏高原的可再生能源跨越千里，點亮中原。

　　“電力天路在我們手里從規(guī)劃變成現(xiàn)實，成為造福人民的幸福之路、光明之路和清潔之路?！睒凡ㄕf。

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