柔性直流输电技术 如何领跑全球?

日前，国网智研院牵头项目“柔性直流换流器关键技术及应用”、参与项目“高压大容量直流开断半导体器件、关键技术与系列化直流断路器”获国家技术发明奖二等奖。

6月24日，全国科技大会、国家科学技术奖励大会、两院院士大会在人民大会堂隆重召开。国网智能电网研究院有限公司牵头项目“柔性直流换流器关键技术及应用”、参与项目“高压大容量直流开断半导体器件、关键技术与系列化直流断路器”获国家技术发明奖二等奖。

为了答好柔性直流输电技术这份答卷，国网智研院柔性直流项目团队20年不懈坚持与科研攻关，从无到有、由浅入深，推动我国直流输电技术实现从跟跑到领跑的华丽转变，书写了我国乃至世界直流输电领域的新篇章。

破冰启航 实现我国柔性直流输电零的突破

柔性直流输电技术是20世纪90年代发展起来的一种新型直流输电技术。在构建新型电力系统、实现能源低碳转型中，它也是一项战略性关键技术。然而，攀登柔性直流输电技术高峰并非易事。“2004年，柔性直流对我们来说只是一个概念，我们面临无机理、无装备、无应用的局面，相当于在一张白纸上作画，能画成什么样大家都不清楚。”国网智研院总工程师贺之渊回忆起研究之初的形势。当时，刚刚获得博士学位的贺之渊带着六七个硕士生和博士生研究柔性直流输电技术，团队成员平均年龄仅28岁。

“第一台柔性直流换流阀样机是我们科研人员亲手安装的。”柔性直流项目团队第一批成员之一赵岩回忆道。如今他已是国网智研院先进输电技术全国重点实验室学术带头人。

柔性直流换流阀核心器件绝缘栅双极晶体管(IGBT)动作频率高、功率大，就像一匹烈马，拥有强大的能量和出色的性能，但同时又难以驯服。

2008年冬天的一个周末，研发人员进行换流阀子模块短路测试时发生了IGBT驱动保护配置不当导致的器件爆炸，一声巨响响彻实验室。大家并没有退缩，迅速冷静下来，共同排查问题根源，更换了损坏的零部件，继续进行探索。

在全面突破关键技术瓶颈并成功研制出样机的基础上，经过十余次设计迭代、上百次专家评审，团队最终成功研制出柔性直流换流阀、阀基控制器等成套设备，构建了柔性直流核心技术体系。

工程应用是对技术、设备的最终检验。2011年年初，带着经过多次试验验证的柔性直流成套设备，团队赴上海南汇风电场开展工程实施。当年7月，亚洲首条柔性直流输电示范工程——上海南汇风电场柔性直流输电工程正式投运，实现了我国在柔性直流输电领域零的突破。至此，国家电网有限公司成为继瑞士ABB、德国西门子之后，世界上第三家完全掌握柔性直流输电全系列核心技术的企业，为该领域后续研究和工程建设积累了宝贵的实践经验。

砥砺前行 推动柔性直流技术进步

在取得初步进展后，团队并没有停下脚步。2013年，团队研制出世界首个±320千伏/1000兆瓦柔性直流换流器，破解了柔性直流向千兆瓦级以上容量发展的技术瓶颈，被国际权威机构DNV KEMA实验室评价为“打破世界纪录”。2015年，该产品在厦门±320千伏柔性直流输电科技示范工程中成功应用，标志着我国实现了柔性直流输电技术领域的国际引领。

团队还在2014年自主研发了世界首个200千伏高压直流断路器，为直流输电向更为灵活经济的直流电网方向发展提供了关键技术支撑。2016年，该断路器成功应用于舟山五端柔性直流输电工程，填补了高压直流断路器工程应用的国际空白。

2017年，团队研制出当时世界上参数最高的500千伏柔直阀、直流断路器。2020年，柔直阀、直流断路器应用在世界首个柔性直流电网工程——±500千伏/3000兆瓦张北柔性直流电网试验示范工程，实现柔性直流“织线成网”，助力奥运史上冬奥场馆首次实现100%绿电供应。张北柔性直流电网试验示范工程把张家口地区的风能、太阳能等清洁能源转变成的绿色电能稳定输往京津冀地区，为破解新能源大规模开发利用的世界级难题提供了中国方案。

走出国门 在世界柔性直流技术领域圆梦

在全球化发展背景下，让我国柔性直流技术走向世界是团队成员共同的梦想。

2014年，团队率先获得欧洲柔性直流投标资质，拿到了国际市场的“入场券”。2018年，团队首次参与海外工程总承包(EPC)工程投标。由于国内外工程在执行条件、管理模式、运行状态方面存在较大差异，外加受文化差异、国际形势等因素影响，团队连续投标七个工程均以失败告终。

团队成员阳岳希感慨道：“特别是几次排名第二的结果，让我们一度觉得要打破跨国集团的垄断几乎是不可能的。”此时，作为团队负责人的贺之渊鼓励大家坚定技术自信：“我们建成了我国第一条具有自主知识产权的柔性直流输电工程，技术方面没问题，只是缺少经验而已，最后这一道门槛，努努力一定可以跨过去。”

2021年，团队重整旗鼓，与ABB、西门子和美国通用电气同台竞争±320千伏/1030兆瓦德国BorWin6海上风电柔性直流工程。经过半年的谈判，2022年2月14日，团队收到了来自德国TenneT电网公司的中标通知。

目前，团队结合海上风电应用需求，实现了换流阀紧凑化、适海性设计，提高了换流阀功率密度及远距离海运抗振能力，开发运维工装缩短了换流阀检修时间。

从自力更生、技术进步，再到全方位“走出去”参与国际竞争，团队一路筑梦、追梦、圆梦。经过20年的努力，团队在国际市场上树起了一块柔性直流输电技术的“金字招牌”，助力我国掌握了在柔性直流输电领域的话语权，为实现高水平科技自立自强贡献着国网智慧。