2015年12月17日，世界上電壓等級(jí)最高、輸送容量最大的雙極柔性直流輸電工程——廈門±320千伏/100萬(wàn)千瓦柔性直流輸電科技示范工程正式投運(yùn)。創(chuàng)造這項(xiàng)新的柔性直流輸電世界紀(jì)錄的，是一支剛毅之師，他們用近10年的堅(jiān)韌和汗水鑄造了“柔性之劍”——柔性直流換流閥。作為柔性直流工程的最核心技術(shù)，廈門柔直工程換流閥及閥控系統(tǒng)，完全依靠自主研發(fā)、自主生產(chǎn)，是它催生了新的世界紀(jì)錄，實(shí)現(xiàn)我國(guó)在該領(lǐng)域的技術(shù)引領(lǐng)。
一追溯我國(guó)柔性直流輸電技術(shù)成長(zhǎng)史：新道路誰(shuí)是開(kāi)路人
我國(guó)柔性直流輸電技術(shù)發(fā)展要從2006年談起。
2006年5月，國(guó)家電網(wǎng)公司瞄準(zhǔn)這一電力領(lǐng)域最前沿、最迫切、最有挑戰(zhàn)性和最具應(yīng)用前景的高端技術(shù)，組織國(guó)內(nèi)權(quán)威專家在北京召開(kāi)《柔性直流輸電系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究框架》研討會(huì)。會(huì)上，公司做出戰(zhàn)略性決策和部署，系統(tǒng)地提出柔性直流輸電技術(shù)研究總體規(guī)劃。該《框架》分為前期研究、基礎(chǔ)理論研究、關(guān)鍵技術(shù)研究及樣機(jī)研制、試驗(yàn)規(guī)范及試驗(yàn)?zāi)芰ㄔO(shè)研究、示范工程前期研究五個(gè)部分。與會(huì)專家一致建議國(guó)內(nèi)將基于VSC技術(shù)的直流輸電統(tǒng)一命名為“柔性直流輸電（HVDCFlexible）”。自此，公司柔性直流輸電重大科技專項(xiàng)全面啟動(dòng)，我國(guó)柔性直流輸電技術(shù)發(fā)展的序幕正式拉開(kāi)。在《框架》的指引下，由國(guó)網(wǎng)智能電網(wǎng)研究院副院長(zhǎng)湯廣福牽頭，組建了柔性直流輸電技術(shù)與裝備研發(fā)團(tuán)隊(duì)。
任何一件事在剛開(kāi)始的時(shí)候，都會(huì)有許多可知與不可知的問(wèn)題和困難。起步晚、研究難度大，跨國(guó)公司對(duì)柔性直流輸電技術(shù)嚴(yán)格保密，不發(fā)表一份圖紙、一張照片，不在刊物上發(fā)表學(xué)術(shù)文章，也不允許參觀。對(duì)于這樣的前沿科學(xué)，其攻關(guān)難度可想而知，唯有堅(jiān)持自主創(chuàng)新這條路可走。
2006年6月，公司組織系統(tǒng)內(nèi)相關(guān)單位及國(guó)內(nèi)知名高校，開(kāi)展柔性直流輸電基礎(chǔ)理論和前期研究。在湯廣福的帶領(lǐng)下，團(tuán)隊(duì)本著將“地基”打深、打?qū)嵉睦砟?，通過(guò)機(jī)理分析、公式推導(dǎo)、模型搭建與仿真驗(yàn)證等方式反復(fù)求證，于2007年年底開(kāi)創(chuàng)我國(guó)柔性直流輸電基本技術(shù)體系。這是國(guó)內(nèi)首次針對(duì)柔性直流輸電技術(shù)理論開(kāi)展系統(tǒng)化、全面化研究。
2007年年底，時(shí)任國(guó)網(wǎng)上海市電力公司總工程師的滕樂(lè)天果斷決策，在上海南匯風(fēng)電場(chǎng)開(kāi)展柔性直流輸電技術(shù)工程示范。在堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)上，研發(fā)團(tuán)隊(duì)著眼于工程應(yīng)用，開(kāi)始了適用于高壓大容量柔性直流輸電技術(shù)路線的探索與嘗試。當(dāng)時(shí)，只有實(shí)際工程應(yīng)用的ABB公司采用的兩電平/三電平技術(shù)路線，存在運(yùn)行損耗高、容量擴(kuò)展困難等問(wèn)題，成為制約柔性直流輸電技術(shù)發(fā)展及應(yīng)用的“短板”。而德國(guó)學(xué)者提出的模塊化多電平換流器拓?fù)湓谠砩夏芸朔鲜鋈毕荩?dāng)時(shí)尚處于概念提出階段，技術(shù)應(yīng)用在世界范圍內(nèi)一片空白，發(fā)展中國(guó)自己的柔性直流輸電技術(shù)，難度可想而知。
為此，國(guó)網(wǎng)智研院直流所所長(zhǎng)賀之淵勇挑重?fù)?dān)，帶領(lǐng)年輕團(tuán)隊(duì)向柔性直流輸電技術(shù)高峰挺進(jìn)。他時(shí)常鼓勵(lì)大家：“磨刀不誤砍柴工，唯有選擇最佳的技術(shù)路線，才能贏得長(zhǎng)足發(fā)展。”團(tuán)隊(duì)從模塊化多電平換流器工作原理分析入手，延伸到技術(shù)難點(diǎn)、元器件采購(gòu)、技術(shù)經(jīng)濟(jì)性等方面，論證工程應(yīng)用的可行性。
2009年4月，團(tuán)隊(duì)大膽提出采用模塊化多電平換流器拓?fù)涞脑O(shè)想，并邀請(qǐng)國(guó)內(nèi)相關(guān)專家，組織召開(kāi)基于MMC的柔性直流輸電技術(shù)討論會(huì)。與會(huì)專家經(jīng)過(guò)反復(fù)討論，對(duì)模塊化多電平柔性直流輸電技術(shù)路線給予肯定。此時(shí)，西門子和ABB等跨國(guó)公司也幾乎同時(shí)啟動(dòng)了高壓大容量柔性直流輸電技術(shù)的探索。從此，我國(guó)成功進(jìn)入世界電力裝備高端領(lǐng)域的賽場(chǎng)，并與世界領(lǐng)先跨國(guó)公司站在同一起跑線上。
會(huì)后，研發(fā)團(tuán)隊(duì)開(kāi)始第一代樣機(jī)的研制，以驗(yàn)證MMC拓?fù)溆糜谌嵝灾绷鬏旊姷目尚行浴?010年4月，11電平MMC—HVDC低壓實(shí)驗(yàn)平臺(tái)順利實(shí)現(xiàn)STATCOM、交流聯(lián)網(wǎng)及向無(wú)源負(fù)荷供電等功能，穩(wěn)態(tài)運(yùn)行性能及動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性良好，驗(yàn)證了MMC技術(shù)路線的可行性。研發(fā)團(tuán)隊(duì)隨即乘勝追擊，先后攻克系統(tǒng)接入分析、主電路拓?fù)渑c參數(shù)優(yōu)化、控制保護(hù)策略設(shè)計(jì)、IGBT閥與閥控設(shè)備研制等十大關(guān)鍵技術(shù)難題。
2010年7月，首個(gè)MMC換流閥子模塊樣機(jī)開(kāi)始試組裝。子模塊控制器的線路空間設(shè)計(jì)十分狹小，100多根線哪怕接錯(cuò)或虛接一根，都會(huì)導(dǎo)致試驗(yàn)失敗，甚至子模塊爆炸。設(shè)計(jì)負(fù)責(zé)人呂錚自告奮勇，開(kāi)始第一個(gè)子模塊控制器的接線，他有條不紊地將每根線接了一遍又一遍，直至找到最合理、最優(yōu)化、最可靠的接線方式。就這樣，首個(gè)國(guó)內(nèi)柔直換流閥子模塊誕生。10月，具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的±30千伏/20兆瓦柔性直流換流閥一次性通過(guò)所有型式試驗(yàn)。
同年底，上海南匯風(fēng)電場(chǎng)柔性直流輸電工程建設(shè)正式啟動(dòng)。2011年7月25日，工程正式投運(yùn)，我國(guó)實(shí)現(xiàn)了柔性直流輸電技術(shù)從無(wú)到有的突破，標(biāo)志著公司成為繼ABB、西門子之后，世界上第三家完全掌握柔性直流輸電成套設(shè)備設(shè)計(jì)、試驗(yàn)、調(diào)試和生產(chǎn)全系列核心技術(shù)的企業(yè)。
上海柔直工程在我國(guó)柔性直流輸電發(fā)展史上所起的作用不容小覷，它實(shí)現(xiàn)了我國(guó)柔性直流輸電技術(shù)從概念到應(yīng)用的跨越，為后續(xù)研究及工程建設(shè)積累了寶貴的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。
二探求“柔性之劍”開(kāi)刃之路：新紀(jì)錄誰(shuí)是創(chuàng)造者
廈門柔性直流輸電工程的電壓等級(jí)和輸送容量雙雙創(chuàng)下國(guó)際之最，該工程在世界上首次采用雙極拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，標(biāo)志著我國(guó)真正實(shí)現(xiàn)柔性直流輸電技術(shù)領(lǐng)域的國(guó)際引領(lǐng)。工程換流閥由國(guó)網(wǎng)智研院自主研發(fā)，經(jīng)南瑞集團(tuán)普瑞工程公司成果轉(zhuǎn)化和生產(chǎn)，擁有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。
設(shè)計(jì)之路披荊斬棘
國(guó)網(wǎng)智研院對(duì)±320千伏/100萬(wàn)千瓦柔性直流換流閥的研制，始于2011年。當(dāng)年，上海柔直工程順利投運(yùn)，實(shí)現(xiàn)我國(guó)在柔性直流輸電領(lǐng)域零的突破。隨后，面向世界柔性直流技術(shù)巔峰的高壓大容量與多端柔性直流輸電技術(shù)的攻關(guān)啟動(dòng)。
相較上海柔直工程，±320千伏/100萬(wàn)千瓦不僅僅是數(shù)量上的提高，更是質(zhì)的改變。±320千伏/100萬(wàn)千瓦柔性直流換流閥功率模塊串聯(lián)數(shù)和閥控規(guī)模大幅增加，暫穩(wěn)態(tài)電流應(yīng)力提高7倍左右，達(dá)到可關(guān)斷器件的承受極限，由此對(duì)換流閥冗余設(shè)計(jì)、絕緣配合、電磁兼容、過(guò)流過(guò)壓保護(hù)、電容均壓、閥控系統(tǒng)控制能力提出前所未有的挑戰(zhàn)。研發(fā)團(tuán)隊(duì)不畏困難、勇往直前，最終，高電壓、大電流、強(qiáng)電磁場(chǎng)環(huán)境下?lián)Q流閥散熱、電壓尖峰抑制、電磁兼容問(wèn)題以及閥控設(shè)備低開(kāi)關(guān)頻率電容平衡等問(wèn)題逐個(gè)突破。
2013年1月，國(guó)網(wǎng)智研院率先研制成功世界首個(gè)具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的±320千伏/100萬(wàn)千瓦柔性直流換流閥及閥控設(shè)備樣機(jī)，并通過(guò)IEC62501等4項(xiàng)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的全部型式試驗(yàn)，及國(guó)際權(quán)威認(rèn)證機(jī)構(gòu)挪威船級(jí)社（DNV）KEMA實(shí)驗(yàn)室的見(jiàn)證。DNV在其官方網(wǎng)站上說(shuō)：“這個(gè)（柔性直流換流閥）打破電壓和容量水平世界紀(jì)錄，標(biāo)志著模塊化多電平柔性直流輸電技術(shù)取得了重大成功。換流閥型式試驗(yàn)的順利通過(guò)，是超級(jí)電網(wǎng)發(fā)展歷程中一個(gè)重要里程碑。”DNV亞太首席運(yùn)營(yíng)官比約恩˙陶恩˙馬克森評(píng)價(jià)說(shuō)：“國(guó)網(wǎng)智研院取得的這項(xiàng)國(guó)際領(lǐng)先的技術(shù)成果，對(duì)全球能源領(lǐng)域做出了重大貢獻(xiàn)。”該成果還通過(guò)國(guó)家能源局組織的新產(chǎn)品技術(shù)成果鑒定，鑒定委員會(huì)認(rèn)為，該換流閥及閥控設(shè)備性能優(yōu)異，具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，產(chǎn)品核心技術(shù)和總體技術(shù)性能處于國(guó)際領(lǐng)先水平。
縱然取得國(guó)際領(lǐng)先，團(tuán)隊(duì)并沒(méi)有停下前進(jìn)的腳步，他們以工程應(yīng)用為目標(biāo)繼續(xù)前行。賀之淵勉勵(lì)大家：“我們的換流閥唯有實(shí)現(xiàn)工程應(yīng)用才能說(shuō)是真正的國(guó)際領(lǐng)先，就像戰(zhàn)士的考驗(yàn)是在戰(zhàn)場(chǎng)上完成一樣，沒(méi)有經(jīng)歷過(guò)槍林彈雨的士兵，不能稱為好士兵。”為盡快實(shí)現(xiàn)±320千伏/100萬(wàn)千瓦柔性直流換流閥及閥控設(shè)備的工程應(yīng)用，團(tuán)隊(duì)全面開(kāi)展工程化研究，并與普瑞工程公司簽署成果轉(zhuǎn)化合同。
2014年8月，普瑞工程公司中標(biāo)廈門柔直工程全部換流閥供貨合同。國(guó)網(wǎng)智研院直流所隨即啟動(dòng)換流閥及閥控設(shè)備的設(shè)計(jì)工作。10月，完成換流閥設(shè)計(jì)定型。2015年1月，工程換流閥及閥控設(shè)備順利通過(guò)全部型式試驗(yàn)。型式試驗(yàn)中，換流閥亮點(diǎn)頻現(xiàn)，斬獲最快旁路開(kāi)關(guān)、最先進(jìn)智能驅(qū)動(dòng)、最高效串并聯(lián)混合式散熱系統(tǒng)、高達(dá)35千安短路耐受能力等多項(xiàng)技術(shù)創(chuàng)新。隨后，換流閥開(kāi)始批量生產(chǎn)。
調(diào)試之路所向披靡
2015年7月4日，首批4輛運(yùn)載換流閥的貨車駛進(jìn)廈門柔直工程兩座換流站，標(biāo)志著工程現(xiàn)場(chǎng)安裝工作正式啟動(dòng)。國(guó)網(wǎng)智研院直流所作為換流閥安裝總指導(dǎo)，調(diào)派大批技術(shù)骨干前往現(xiàn)場(chǎng)。7月的廈門悶熱潮濕，閥廳的空調(diào)系統(tǒng)尚未啟動(dòng)，溫度超過(guò)35攝氏度，濕度達(dá)80%以上。經(jīng)過(guò)4個(gè)多月艱苦奮戰(zhàn)，換流閥及閥控設(shè)備安裝完成。
2015年10月30日，工程啟動(dòng)系統(tǒng)帶電聯(lián)調(diào)，國(guó)網(wǎng)智研院直流所負(fù)責(zé)換流閥及閥控設(shè)備的調(diào)試。與常規(guī)直流換流閥的均壓均流主要靠一次阻容回路實(shí)現(xiàn)不同，柔性直流換流閥需靠控制器主動(dòng)控制實(shí)現(xiàn)均壓均流。子模塊控制器必須在能夠抵抗高壓大電流環(huán)境里電磁熱干擾的前提下，實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)算。為此，團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了很多試驗(yàn)，以驗(yàn)證子模塊整體運(yùn)行穩(wěn)定性。
據(jù)換流閥及閥控設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試負(fù)責(zé)人趙巖介紹，在調(diào)試的關(guān)鍵階段，工程現(xiàn)場(chǎng)及國(guó)網(wǎng)智研院仿真中心、電力電子實(shí)驗(yàn)室全體人員每天休息不足4小時(shí)，白天現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，晚上分析問(wèn)題，連夜在北京進(jìn)行驗(yàn)證，第二天現(xiàn)場(chǎng)修改，繼續(xù)調(diào)試。
研發(fā)團(tuán)隊(duì)對(duì)科研理想的執(zhí)著追求，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試的精益求精，對(duì)柔性直流的專業(yè)與專注，撐起了自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)產(chǎn)品的可靠性。廈門柔直工程調(diào)試階段，換流閥經(jīng)受種種試驗(yàn)考驗(yàn)，整體運(yùn)行平穩(wěn)、狀態(tài)良好。
三描繪未來(lái)宏偉藍(lán)圖：砥礪奮進(jìn)鏗鏘前行
十年磨一劍。自2006年，國(guó)網(wǎng)智研院柔性直流研發(fā)團(tuán)隊(duì)開(kāi)展柔性直流基礎(chǔ)理論研究算起，已過(guò)去10個(gè)年頭。10年來(lái)，團(tuán)隊(duì)系統(tǒng)研究了基礎(chǔ)理論與前期技術(shù)，全面掌握了核心技術(shù)，從樣機(jī)研制到小容量示范工程實(shí)施，再到世界最大容量換流閥設(shè)備研發(fā)及工程應(yīng)用。
潛心鉆研青春無(wú)悔，厚積薄發(fā)花開(kāi)有時(shí)。10年的付出換來(lái)多項(xiàng)可圈可點(diǎn)的成果：編著我國(guó)在柔性直流輸電技術(shù)領(lǐng)域的首部學(xué)術(shù)專著——《基于電壓源換流器的高壓直流輸電技術(shù)》，推動(dòng)成立我國(guó)主導(dǎo)的首個(gè)國(guó)際大電網(wǎng)組織（CIGRE）工作組，項(xiàng)目組成員參與起草柔性直流輸電領(lǐng)域目前所有國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）標(biāo)準(zhǔn)，制訂形成國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和導(dǎo)則8項(xiàng)，CIGRE370導(dǎo)則將上海柔直工程列為柔性直流輸電技術(shù)在風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)應(yīng)用的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)案例，獲得上海市科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)、中國(guó)電力科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)、中國(guó)專利金獎(jiǎng)、國(guó)家創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)、海外工程承包資質(zhì)等。在中國(guó)柔性直流輸電領(lǐng)域，這個(gè)團(tuán)隊(duì)扮演了探索者和引領(lǐng)者的角色，開(kāi)創(chuàng)了我國(guó)柔性直流輸電的新紀(jì)元。
“雄鷹進(jìn)入天空才能自由翱翔，小魚(yú)進(jìn)入江河方可自在游動(dòng)。電力科研的海洋，就是我們科研工作者盡情遨游的夢(mèng)想初衷。”國(guó)網(wǎng)智院院長(zhǎng)滕樂(lè)天時(shí)常勉勵(lì)大家，“堅(jiān)持發(fā)展是硬道理，我們要以‘永遠(yuǎn)在路上’的精神，把直流業(yè)務(wù)做精、做優(yōu)、做強(qiáng)、做大。”目前，團(tuán)隊(duì)正進(jìn)一步開(kāi)展±500千伏、±800千伏柔性直流換流閥研制及工程關(guān)鍵技術(shù)研究，同時(shí)積極試水海外市場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)走出國(guó)門、走向世界的目標(biāo)。
未來(lái)，團(tuán)隊(duì)將繼續(xù)以“堅(jiān)持創(chuàng)造、不斷引領(lǐng)”為宗旨，以改變未來(lái)大電網(wǎng)發(fā)展格局為己任，以直流電網(wǎng)以及全球能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)為契機(jī)，探索世界直流輸電技術(shù)的發(fā)展方向。
何為柔性直流？柔在何處？
柔性直流是繼交流、常規(guī)直流之后，以電壓源換流器為核心的新一代直流輸電技術(shù)，是目前世界上可控性最高、適應(yīng)性最好的輸電技術(shù)，被譽(yù)為“電力電子技術(shù)皇冠上的寶石”與“21世紀(jì)最為振奮人心的輸電技術(shù)革命”。
柔性直流輸電技術(shù)不存在換相失敗問(wèn)題，可實(shí)現(xiàn)有功、無(wú)功功率的獨(dú)立控制，易于構(gòu)建多端直流網(wǎng)絡(luò)，可改善可再生能源接入性能，提高低電壓穿越能力和系統(tǒng)穩(wěn)定性。該技術(shù)為多端直流聯(lián)網(wǎng)、大型城市中心負(fù)荷供電提供了一個(gè)嶄新的解決方案，可向孤島、邊遠(yuǎn)地區(qū)等比較薄弱的電網(wǎng)安全、經(jīng)濟(jì)、高效地輸電，是遠(yuǎn)海風(fēng)電并網(wǎng)的最佳技術(shù)手段，是構(gòu)建智能電網(wǎng)和全球能源互聯(lián)網(wǎng)最具特色的技術(shù)之一，將給輸電方式和電網(wǎng)架構(gòu)帶來(lái)重要的變革。近幾年來(lái)在歐美呈井噴式發(fā)展態(tài)勢(shì)。
大事記
2006年公司組織，國(guó)網(wǎng)智研院柔性直流團(tuán)隊(duì)牽頭，制定《柔性直流輸電系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究框架》，標(biāo)志公司柔性直流輸電技術(shù)研究正式啟動(dòng)。
2007年國(guó)網(wǎng)智研院推動(dòng)成立我國(guó)主導(dǎo)的首個(gè)國(guó)際大電網(wǎng)組織（CIGRE）工作組——CIGREB4.48，湯廣福博士擔(dān)任工作組召集人。
2009年4月，國(guó)網(wǎng)智研院確定基于模塊化多電平電壓源換流器拓?fù)涞娜嵝灾绷鬏旊娂夹g(shù)路線。
2011年7月25日，亞洲首項(xiàng)柔性直流輸電示范工程——上海南匯風(fēng)電場(chǎng)柔性直流輸電工程投入正式運(yùn)行，公司成為繼ABB、西門子之后，世界第三家具備柔直成套設(shè)備研發(fā)和工程實(shí)施能力的企業(yè)。
2013年1月17日，國(guó)網(wǎng)智研院在世界上率先研制成功±320千伏/100萬(wàn)千瓦柔性直流換流閥及閥控設(shè)備，并在DNVKEMA實(shí)驗(yàn)室見(jiàn)證下通過(guò)所有型式試驗(yàn)，該實(shí)驗(yàn)室認(rèn)為此項(xiàng)成果具有打破世界紀(jì)錄的電壓和容量水平。
2015年12月17日，世界上電壓等級(jí)最高、輸送容量最大的雙極柔性直流輸電工程——廈門±320千伏/100萬(wàn)千瓦柔性直流輸電科技示范工程正式投運(yùn)。
一追溯我國(guó)柔性直流輸電技術(shù)成長(zhǎng)史：新道路誰(shuí)是開(kāi)路人
我國(guó)柔性直流輸電技術(shù)發(fā)展要從2006年談起。
2006年5月，國(guó)家電網(wǎng)公司瞄準(zhǔn)這一電力領(lǐng)域最前沿、最迫切、最有挑戰(zhàn)性和最具應(yīng)用前景的高端技術(shù)，組織國(guó)內(nèi)權(quán)威專家在北京召開(kāi)《柔性直流輸電系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究框架》研討會(huì)。會(huì)上，公司做出戰(zhàn)略性決策和部署，系統(tǒng)地提出柔性直流輸電技術(shù)研究總體規(guī)劃。該《框架》分為前期研究、基礎(chǔ)理論研究、關(guān)鍵技術(shù)研究及樣機(jī)研制、試驗(yàn)規(guī)范及試驗(yàn)?zāi)芰ㄔO(shè)研究、示范工程前期研究五個(gè)部分。與會(huì)專家一致建議國(guó)內(nèi)將基于VSC技術(shù)的直流輸電統(tǒng)一命名為“柔性直流輸電（HVDCFlexible）”。自此，公司柔性直流輸電重大科技專項(xiàng)全面啟動(dòng)，我國(guó)柔性直流輸電技術(shù)發(fā)展的序幕正式拉開(kāi)。在《框架》的指引下，由國(guó)網(wǎng)智能電網(wǎng)研究院副院長(zhǎng)湯廣福牽頭，組建了柔性直流輸電技術(shù)與裝備研發(fā)團(tuán)隊(duì)。
任何一件事在剛開(kāi)始的時(shí)候，都會(huì)有許多可知與不可知的問(wèn)題和困難。起步晚、研究難度大，跨國(guó)公司對(duì)柔性直流輸電技術(shù)嚴(yán)格保密，不發(fā)表一份圖紙、一張照片，不在刊物上發(fā)表學(xué)術(shù)文章，也不允許參觀。對(duì)于這樣的前沿科學(xué)，其攻關(guān)難度可想而知，唯有堅(jiān)持自主創(chuàng)新這條路可走。
2006年6月，公司組織系統(tǒng)內(nèi)相關(guān)單位及國(guó)內(nèi)知名高校，開(kāi)展柔性直流輸電基礎(chǔ)理論和前期研究。在湯廣福的帶領(lǐng)下，團(tuán)隊(duì)本著將“地基”打深、打?qū)嵉睦砟?，通過(guò)機(jī)理分析、公式推導(dǎo)、模型搭建與仿真驗(yàn)證等方式反復(fù)求證，于2007年年底開(kāi)創(chuàng)我國(guó)柔性直流輸電基本技術(shù)體系。這是國(guó)內(nèi)首次針對(duì)柔性直流輸電技術(shù)理論開(kāi)展系統(tǒng)化、全面化研究。
2007年年底，時(shí)任國(guó)網(wǎng)上海市電力公司總工程師的滕樂(lè)天果斷決策，在上海南匯風(fēng)電場(chǎng)開(kāi)展柔性直流輸電技術(shù)工程示范。在堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)上，研發(fā)團(tuán)隊(duì)著眼于工程應(yīng)用，開(kāi)始了適用于高壓大容量柔性直流輸電技術(shù)路線的探索與嘗試。當(dāng)時(shí)，只有實(shí)際工程應(yīng)用的ABB公司采用的兩電平/三電平技術(shù)路線，存在運(yùn)行損耗高、容量擴(kuò)展困難等問(wèn)題，成為制約柔性直流輸電技術(shù)發(fā)展及應(yīng)用的“短板”。而德國(guó)學(xué)者提出的模塊化多電平換流器拓?fù)湓谠砩夏芸朔鲜鋈毕荩?dāng)時(shí)尚處于概念提出階段，技術(shù)應(yīng)用在世界范圍內(nèi)一片空白，發(fā)展中國(guó)自己的柔性直流輸電技術(shù)，難度可想而知。
為此，國(guó)網(wǎng)智研院直流所所長(zhǎng)賀之淵勇挑重?fù)?dān)，帶領(lǐng)年輕團(tuán)隊(duì)向柔性直流輸電技術(shù)高峰挺進(jìn)。他時(shí)常鼓勵(lì)大家：“磨刀不誤砍柴工，唯有選擇最佳的技術(shù)路線，才能贏得長(zhǎng)足發(fā)展。”團(tuán)隊(duì)從模塊化多電平換流器工作原理分析入手，延伸到技術(shù)難點(diǎn)、元器件采購(gòu)、技術(shù)經(jīng)濟(jì)性等方面，論證工程應(yīng)用的可行性。
2009年4月，團(tuán)隊(duì)大膽提出采用模塊化多電平換流器拓?fù)涞脑O(shè)想，并邀請(qǐng)國(guó)內(nèi)相關(guān)專家，組織召開(kāi)基于MMC的柔性直流輸電技術(shù)討論會(huì)。與會(huì)專家經(jīng)過(guò)反復(fù)討論，對(duì)模塊化多電平柔性直流輸電技術(shù)路線給予肯定。此時(shí)，西門子和ABB等跨國(guó)公司也幾乎同時(shí)啟動(dòng)了高壓大容量柔性直流輸電技術(shù)的探索。從此，我國(guó)成功進(jìn)入世界電力裝備高端領(lǐng)域的賽場(chǎng)，并與世界領(lǐng)先跨國(guó)公司站在同一起跑線上。
會(huì)后，研發(fā)團(tuán)隊(duì)開(kāi)始第一代樣機(jī)的研制，以驗(yàn)證MMC拓?fù)溆糜谌嵝灾绷鬏旊姷目尚行浴?010年4月，11電平MMC—HVDC低壓實(shí)驗(yàn)平臺(tái)順利實(shí)現(xiàn)STATCOM、交流聯(lián)網(wǎng)及向無(wú)源負(fù)荷供電等功能，穩(wěn)態(tài)運(yùn)行性能及動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性良好，驗(yàn)證了MMC技術(shù)路線的可行性。研發(fā)團(tuán)隊(duì)隨即乘勝追擊，先后攻克系統(tǒng)接入分析、主電路拓?fù)渑c參數(shù)優(yōu)化、控制保護(hù)策略設(shè)計(jì)、IGBT閥與閥控設(shè)備研制等十大關(guān)鍵技術(shù)難題。
2010年7月，首個(gè)MMC換流閥子模塊樣機(jī)開(kāi)始試組裝。子模塊控制器的線路空間設(shè)計(jì)十分狹小，100多根線哪怕接錯(cuò)或虛接一根，都會(huì)導(dǎo)致試驗(yàn)失敗，甚至子模塊爆炸。設(shè)計(jì)負(fù)責(zé)人呂錚自告奮勇，開(kāi)始第一個(gè)子模塊控制器的接線，他有條不紊地將每根線接了一遍又一遍，直至找到最合理、最優(yōu)化、最可靠的接線方式。就這樣，首個(gè)國(guó)內(nèi)柔直換流閥子模塊誕生。10月，具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的±30千伏/20兆瓦柔性直流換流閥一次性通過(guò)所有型式試驗(yàn)。
同年底，上海南匯風(fēng)電場(chǎng)柔性直流輸電工程建設(shè)正式啟動(dòng)。2011年7月25日，工程正式投運(yùn)，我國(guó)實(shí)現(xiàn)了柔性直流輸電技術(shù)從無(wú)到有的突破，標(biāo)志著公司成為繼ABB、西門子之后，世界上第三家完全掌握柔性直流輸電成套設(shè)備設(shè)計(jì)、試驗(yàn)、調(diào)試和生產(chǎn)全系列核心技術(shù)的企業(yè)。
上海柔直工程在我國(guó)柔性直流輸電發(fā)展史上所起的作用不容小覷，它實(shí)現(xiàn)了我國(guó)柔性直流輸電技術(shù)從概念到應(yīng)用的跨越，為后續(xù)研究及工程建設(shè)積累了寶貴的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。
二探求“柔性之劍”開(kāi)刃之路：新紀(jì)錄誰(shuí)是創(chuàng)造者
廈門柔性直流輸電工程的電壓等級(jí)和輸送容量雙雙創(chuàng)下國(guó)際之最，該工程在世界上首次采用雙極拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，標(biāo)志著我國(guó)真正實(shí)現(xiàn)柔性直流輸電技術(shù)領(lǐng)域的國(guó)際引領(lǐng)。工程換流閥由國(guó)網(wǎng)智研院自主研發(fā)，經(jīng)南瑞集團(tuán)普瑞工程公司成果轉(zhuǎn)化和生產(chǎn)，擁有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。
設(shè)計(jì)之路披荊斬棘
國(guó)網(wǎng)智研院對(duì)±320千伏/100萬(wàn)千瓦柔性直流換流閥的研制，始于2011年。當(dāng)年，上海柔直工程順利投運(yùn)，實(shí)現(xiàn)我國(guó)在柔性直流輸電領(lǐng)域零的突破。隨后，面向世界柔性直流技術(shù)巔峰的高壓大容量與多端柔性直流輸電技術(shù)的攻關(guān)啟動(dòng)。
相較上海柔直工程，±320千伏/100萬(wàn)千瓦不僅僅是數(shù)量上的提高，更是質(zhì)的改變。±320千伏/100萬(wàn)千瓦柔性直流換流閥功率模塊串聯(lián)數(shù)和閥控規(guī)模大幅增加，暫穩(wěn)態(tài)電流應(yīng)力提高7倍左右，達(dá)到可關(guān)斷器件的承受極限，由此對(duì)換流閥冗余設(shè)計(jì)、絕緣配合、電磁兼容、過(guò)流過(guò)壓保護(hù)、電容均壓、閥控系統(tǒng)控制能力提出前所未有的挑戰(zhàn)。研發(fā)團(tuán)隊(duì)不畏困難、勇往直前，最終，高電壓、大電流、強(qiáng)電磁場(chǎng)環(huán)境下?lián)Q流閥散熱、電壓尖峰抑制、電磁兼容問(wèn)題以及閥控設(shè)備低開(kāi)關(guān)頻率電容平衡等問(wèn)題逐個(gè)突破。
2013年1月，國(guó)網(wǎng)智研院率先研制成功世界首個(gè)具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的±320千伏/100萬(wàn)千瓦柔性直流換流閥及閥控設(shè)備樣機(jī)，并通過(guò)IEC62501等4項(xiàng)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的全部型式試驗(yàn)，及國(guó)際權(quán)威認(rèn)證機(jī)構(gòu)挪威船級(jí)社（DNV）KEMA實(shí)驗(yàn)室的見(jiàn)證。DNV在其官方網(wǎng)站上說(shuō)：“這個(gè)（柔性直流換流閥）打破電壓和容量水平世界紀(jì)錄，標(biāo)志著模塊化多電平柔性直流輸電技術(shù)取得了重大成功。換流閥型式試驗(yàn)的順利通過(guò)，是超級(jí)電網(wǎng)發(fā)展歷程中一個(gè)重要里程碑。”DNV亞太首席運(yùn)營(yíng)官比約恩˙陶恩˙馬克森評(píng)價(jià)說(shuō)：“國(guó)網(wǎng)智研院取得的這項(xiàng)國(guó)際領(lǐng)先的技術(shù)成果，對(duì)全球能源領(lǐng)域做出了重大貢獻(xiàn)。”該成果還通過(guò)國(guó)家能源局組織的新產(chǎn)品技術(shù)成果鑒定，鑒定委員會(huì)認(rèn)為，該換流閥及閥控設(shè)備性能優(yōu)異，具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，產(chǎn)品核心技術(shù)和總體技術(shù)性能處于國(guó)際領(lǐng)先水平。
縱然取得國(guó)際領(lǐng)先，團(tuán)隊(duì)并沒(méi)有停下前進(jìn)的腳步，他們以工程應(yīng)用為目標(biāo)繼續(xù)前行。賀之淵勉勵(lì)大家：“我們的換流閥唯有實(shí)現(xiàn)工程應(yīng)用才能說(shuō)是真正的國(guó)際領(lǐng)先，就像戰(zhàn)士的考驗(yàn)是在戰(zhàn)場(chǎng)上完成一樣，沒(méi)有經(jīng)歷過(guò)槍林彈雨的士兵，不能稱為好士兵。”為盡快實(shí)現(xiàn)±320千伏/100萬(wàn)千瓦柔性直流換流閥及閥控設(shè)備的工程應(yīng)用，團(tuán)隊(duì)全面開(kāi)展工程化研究，并與普瑞工程公司簽署成果轉(zhuǎn)化合同。
2014年8月，普瑞工程公司中標(biāo)廈門柔直工程全部換流閥供貨合同。國(guó)網(wǎng)智研院直流所隨即啟動(dòng)換流閥及閥控設(shè)備的設(shè)計(jì)工作。10月，完成換流閥設(shè)計(jì)定型。2015年1月，工程換流閥及閥控設(shè)備順利通過(guò)全部型式試驗(yàn)。型式試驗(yàn)中，換流閥亮點(diǎn)頻現(xiàn)，斬獲最快旁路開(kāi)關(guān)、最先進(jìn)智能驅(qū)動(dòng)、最高效串并聯(lián)混合式散熱系統(tǒng)、高達(dá)35千安短路耐受能力等多項(xiàng)技術(shù)創(chuàng)新。隨后，換流閥開(kāi)始批量生產(chǎn)。
調(diào)試之路所向披靡
2015年7月4日，首批4輛運(yùn)載換流閥的貨車駛進(jìn)廈門柔直工程兩座換流站，標(biāo)志著工程現(xiàn)場(chǎng)安裝工作正式啟動(dòng)。國(guó)網(wǎng)智研院直流所作為換流閥安裝總指導(dǎo)，調(diào)派大批技術(shù)骨干前往現(xiàn)場(chǎng)。7月的廈門悶熱潮濕，閥廳的空調(diào)系統(tǒng)尚未啟動(dòng)，溫度超過(guò)35攝氏度，濕度達(dá)80%以上。經(jīng)過(guò)4個(gè)多月艱苦奮戰(zhàn)，換流閥及閥控設(shè)備安裝完成。
2015年10月30日，工程啟動(dòng)系統(tǒng)帶電聯(lián)調(diào)，國(guó)網(wǎng)智研院直流所負(fù)責(zé)換流閥及閥控設(shè)備的調(diào)試。與常規(guī)直流換流閥的均壓均流主要靠一次阻容回路實(shí)現(xiàn)不同，柔性直流換流閥需靠控制器主動(dòng)控制實(shí)現(xiàn)均壓均流。子模塊控制器必須在能夠抵抗高壓大電流環(huán)境里電磁熱干擾的前提下，實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)算。為此，團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了很多試驗(yàn)，以驗(yàn)證子模塊整體運(yùn)行穩(wěn)定性。
據(jù)換流閥及閥控設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試負(fù)責(zé)人趙巖介紹，在調(diào)試的關(guān)鍵階段，工程現(xiàn)場(chǎng)及國(guó)網(wǎng)智研院仿真中心、電力電子實(shí)驗(yàn)室全體人員每天休息不足4小時(shí)，白天現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，晚上分析問(wèn)題，連夜在北京進(jìn)行驗(yàn)證，第二天現(xiàn)場(chǎng)修改，繼續(xù)調(diào)試。
研發(fā)團(tuán)隊(duì)對(duì)科研理想的執(zhí)著追求，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試的精益求精，對(duì)柔性直流的專業(yè)與專注，撐起了自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)產(chǎn)品的可靠性。廈門柔直工程調(diào)試階段，換流閥經(jīng)受種種試驗(yàn)考驗(yàn)，整體運(yùn)行平穩(wěn)、狀態(tài)良好。
三描繪未來(lái)宏偉藍(lán)圖：砥礪奮進(jìn)鏗鏘前行
十年磨一劍。自2006年，國(guó)網(wǎng)智研院柔性直流研發(fā)團(tuán)隊(duì)開(kāi)展柔性直流基礎(chǔ)理論研究算起，已過(guò)去10個(gè)年頭。10年來(lái)，團(tuán)隊(duì)系統(tǒng)研究了基礎(chǔ)理論與前期技術(shù)，全面掌握了核心技術(shù)，從樣機(jī)研制到小容量示范工程實(shí)施，再到世界最大容量換流閥設(shè)備研發(fā)及工程應(yīng)用。
潛心鉆研青春無(wú)悔，厚積薄發(fā)花開(kāi)有時(shí)。10年的付出換來(lái)多項(xiàng)可圈可點(diǎn)的成果：編著我國(guó)在柔性直流輸電技術(shù)領(lǐng)域的首部學(xué)術(shù)專著——《基于電壓源換流器的高壓直流輸電技術(shù)》，推動(dòng)成立我國(guó)主導(dǎo)的首個(gè)國(guó)際大電網(wǎng)組織（CIGRE）工作組，項(xiàng)目組成員參與起草柔性直流輸電領(lǐng)域目前所有國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）標(biāo)準(zhǔn)，制訂形成國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和導(dǎo)則8項(xiàng)，CIGRE370導(dǎo)則將上海柔直工程列為柔性直流輸電技術(shù)在風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)應(yīng)用的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)案例，獲得上海市科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)、中國(guó)電力科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)、中國(guó)專利金獎(jiǎng)、國(guó)家創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)、海外工程承包資質(zhì)等。在中國(guó)柔性直流輸電領(lǐng)域，這個(gè)團(tuán)隊(duì)扮演了探索者和引領(lǐng)者的角色，開(kāi)創(chuàng)了我國(guó)柔性直流輸電的新紀(jì)元。
“雄鷹進(jìn)入天空才能自由翱翔，小魚(yú)進(jìn)入江河方可自在游動(dòng)。電力科研的海洋，就是我們科研工作者盡情遨游的夢(mèng)想初衷。”國(guó)網(wǎng)智院院長(zhǎng)滕樂(lè)天時(shí)常勉勵(lì)大家，“堅(jiān)持發(fā)展是硬道理，我們要以‘永遠(yuǎn)在路上’的精神，把直流業(yè)務(wù)做精、做優(yōu)、做強(qiáng)、做大。”目前，團(tuán)隊(duì)正進(jìn)一步開(kāi)展±500千伏、±800千伏柔性直流換流閥研制及工程關(guān)鍵技術(shù)研究，同時(shí)積極試水海外市場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)走出國(guó)門、走向世界的目標(biāo)。
未來(lái)，團(tuán)隊(duì)將繼續(xù)以“堅(jiān)持創(chuàng)造、不斷引領(lǐng)”為宗旨，以改變未來(lái)大電網(wǎng)發(fā)展格局為己任，以直流電網(wǎng)以及全球能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)為契機(jī)，探索世界直流輸電技術(shù)的發(fā)展方向。
何為柔性直流？柔在何處？
柔性直流是繼交流、常規(guī)直流之后，以電壓源換流器為核心的新一代直流輸電技術(shù)，是目前世界上可控性最高、適應(yīng)性最好的輸電技術(shù)，被譽(yù)為“電力電子技術(shù)皇冠上的寶石”與“21世紀(jì)最為振奮人心的輸電技術(shù)革命”。
柔性直流輸電技術(shù)不存在換相失敗問(wèn)題，可實(shí)現(xiàn)有功、無(wú)功功率的獨(dú)立控制，易于構(gòu)建多端直流網(wǎng)絡(luò)，可改善可再生能源接入性能，提高低電壓穿越能力和系統(tǒng)穩(wěn)定性。該技術(shù)為多端直流聯(lián)網(wǎng)、大型城市中心負(fù)荷供電提供了一個(gè)嶄新的解決方案，可向孤島、邊遠(yuǎn)地區(qū)等比較薄弱的電網(wǎng)安全、經(jīng)濟(jì)、高效地輸電，是遠(yuǎn)海風(fēng)電并網(wǎng)的最佳技術(shù)手段，是構(gòu)建智能電網(wǎng)和全球能源互聯(lián)網(wǎng)最具特色的技術(shù)之一，將給輸電方式和電網(wǎng)架構(gòu)帶來(lái)重要的變革。近幾年來(lái)在歐美呈井噴式發(fā)展態(tài)勢(shì)。
大事記
2006年公司組織，國(guó)網(wǎng)智研院柔性直流團(tuán)隊(duì)牽頭，制定《柔性直流輸電系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究框架》，標(biāo)志公司柔性直流輸電技術(shù)研究正式啟動(dòng)。
2007年國(guó)網(wǎng)智研院推動(dòng)成立我國(guó)主導(dǎo)的首個(gè)國(guó)際大電網(wǎng)組織（CIGRE）工作組——CIGREB4.48，湯廣福博士擔(dān)任工作組召集人。
2009年4月，國(guó)網(wǎng)智研院確定基于模塊化多電平電壓源換流器拓?fù)涞娜嵝灾绷鬏旊娂夹g(shù)路線。
2011年7月25日，亞洲首項(xiàng)柔性直流輸電示范工程——上海南匯風(fēng)電場(chǎng)柔性直流輸電工程投入正式運(yùn)行，公司成為繼ABB、西門子之后，世界第三家具備柔直成套設(shè)備研發(fā)和工程實(shí)施能力的企業(yè)。
2013年1月17日，國(guó)網(wǎng)智研院在世界上率先研制成功±320千伏/100萬(wàn)千瓦柔性直流換流閥及閥控設(shè)備，并在DNVKEMA實(shí)驗(yàn)室見(jiàn)證下通過(guò)所有型式試驗(yàn)，該實(shí)驗(yàn)室認(rèn)為此項(xiàng)成果具有打破世界紀(jì)錄的電壓和容量水平。
2015年12月17日，世界上電壓等級(jí)最高、輸送容量最大的雙極柔性直流輸電工程——廈門±320千伏/100萬(wàn)千瓦柔性直流輸電科技示范工程正式投運(yùn)。
