2023年3月，國家電網(wǎng)有限公司張北柔性直流電網(wǎng)試驗示范工程榮獲第七屆中國工業(yè)大獎。該工程突破了三大技術(shù)難題，創(chuàng )造了12項“世界第一”，為解決新能源大規模開(kāi)發(fā)和消納的世界級難題提供了“中國方案”。
四端環(huán)形柔性直流電網(wǎng)
張北柔性直流電網(wǎng)工程（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“張北柔直工程”）是國家電網(wǎng)有限公司貫徹落實(shí)“四個(gè)革命、一個(gè)合作”能源安全新戰略、踐行綠色冬奧理念的重大標志性工程。該工程由我國自主研發(fā)、設計、建設和運行，是集大規?？稍偕茉从押媒尤?、多種形態(tài)能源互補和靈活消納、直流電網(wǎng)構建等于一體的重大科技試驗示范工程。
依靠自主創(chuàng )新，工程解決了綠電隨機性、間歇性、波動(dòng)性等問(wèn)題，突破了組網(wǎng)技術(shù)空白、輸電能力受限、運行可靠性低三大世界級技術(shù)難題，創(chuàng )造了“世界上第一個(gè)真正具有網(wǎng)絡(luò )特性的直流電網(wǎng)”“世界上第一個(gè)實(shí)現風(fēng)、光和儲能多能互補的直流電網(wǎng)”等12項“世界第一”，成為世界首個(gè)輸送大規模風(fēng)能、太陽(yáng)能、抽水蓄能等多種形態(tài)能源的四端環(huán)形柔性直流電網(wǎng)。
01.工程建設情況
張北柔直工程于2017年12月獲得核準，次年2月開(kāi)工建設，2020年6月竣工投產(chǎn)。工程新建張北、康保、豐寧、北京4座換流站及±500千伏直流輸電線(xiàn)路666千米，具有680萬(wàn)千瓦的可再生能源匯集能力，將張北新能源基地、豐寧儲能基地與北京負荷中心相連，顯著(zhù)提升了張北地區新能源外送能力。工程全面提高了京津冀地區綠色電能比例，為破解新能源大規模開(kāi)發(fā)和消納的世界級難題提供了“中國方案”。
02.工程建設成效
張北柔直工程投運以來(lái)，針對柔性直流電網(wǎng)技術(shù)的特殊性，國家電網(wǎng)公司探索應用構網(wǎng)型開(kāi)環(huán)控制策略，有效平抑新能源大規模并入柔性直流電網(wǎng)給系統帶來(lái)的影響，減少系統運行故障的發(fā)生，大幅提高柔性直流電網(wǎng)的調節能力和靈活性。提升綠電輸送能力30%以上，助力張北柔直工程實(shí)現450萬(wàn)千瓦滿(mǎn)功率運行。
2022年北京冬奧會(huì )場(chǎng)館歷史性地實(shí)現100%綠電供應。“張北的風(fēng)點(diǎn)亮北京的燈”，由暢想變?yōu)楝F實(shí)。北京冬奧會(huì )期間，張北柔直工程整體運行情況良好，首個(gè)柔性直流電網(wǎng)系統的穩定性、全套自主化核心裝備的可靠性均得到了充分驗證，累計輸送新能源電量3.26億千瓦時(shí)，輸電功率最高超過(guò)北京全市用電負荷的八分之一。
通過(guò)張北柔直工程，每年輸入北京地區的清潔電能，約占北京市年用電量的十分之一，相當于減少標準煤燃燒490萬(wàn)噸，減排二氧化碳1280萬(wàn)噸。截至10月20日，張北柔直工程已安全運維1574天，累計向京津冀地區輸送綠電超351.59億千瓦時(shí)。
新能源利用的“中國方案”
國家電網(wǎng)公司于2006年提出柔性直流輸電技術(shù)總體規劃，正式啟動(dòng)柔性直流輸電重大科技專(zhuān)項，組建柔性直流技術(shù)攻關(guān)團隊開(kāi)展系統化研究。
從“點(diǎn)對點(diǎn)”的柔性直流輸電到柔性多端聯(lián)網(wǎng)，再到柔性直流電網(wǎng)；從±30千伏，到±200千伏、±320千伏、±420千伏，再到±500千伏……多年來(lái)，國家電網(wǎng)在柔性直流技術(shù)領(lǐng)域不斷取得創(chuàng )新突破，實(shí)現了該技術(shù)領(lǐng)域的跟跑到領(lǐng)跑。
柔性直流輸電工程
2011
我國首個(gè)柔性直流輸電工程——上海南匯風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)柔性直流輸電示范工程投運，容量20兆瓦，電壓等級±30千伏；
我國在柔性直流輸電技術(shù)領(lǐng)域實(shí)現了從無(wú)到有的突破。
2014
浙江舟山五端柔性直流輸電工程投入運行，最大單站容量400兆瓦，電壓等級±200千伏；
我國已掌握柔性直流輸電成套設計、試驗、調試和運行的核心技術(shù)。
依托張北柔直工程，國家電網(wǎng)公司通過(guò)產(chǎn)學(xué)研用大規模協(xié)同攻關(guān)，在推進(jìn)重大裝備國產(chǎn)化方面取得重要成果，設備性能與制造水平占據了國際制高點(diǎn)。
1自主研制了世界上首批最高電壓等級的直流斷路器，攻克了“大功率直流電流開(kāi)斷”這一世界性難題。
2研制了世界上最大換流容量的柔直換流閥，可靠性達到國際領(lǐng)先水平。
3研制了世界上最高功率的絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）器件，填補了國內先進(jìn)功率半導體器件的空白。
工程還建成了涵蓋柔直工程建設全過(guò)程的技術(shù)標準體系，建立了世界一流的柔直試驗基地，打造了國際一流的專(zhuān)家團隊，帶動(dòng)了我國電網(wǎng)技術(shù)和裝備制造產(chǎn)業(yè)升級，鞏固和擴大了我國在世界直流輸電領(lǐng)域的技術(shù)領(lǐng)先優(yōu)勢。
新一代輸電技術(shù)
柔性直流輸電技術(shù)是基于可關(guān)斷器件和電壓源換流器的直流輸電技術(shù)，是繼交流輸電、常規直流輸電之后的新一代輸電技術(shù)。近年來(lái)柔性直流輸電技術(shù)在國內外發(fā)展迅速。
相比常規高壓直流輸電，柔性直流輸電技術(shù)不存在換相失敗問(wèn)題，無(wú)需配置濾波及無(wú)功補償設備，易于構建多端直流電網(wǎng)，具備黑啟動(dòng)能力，可以改善可再生能源接入性能，提高電網(wǎng)故障穿越能力和系統運行穩定性。由多條柔性直流輸電線(xiàn)路組成的直流電網(wǎng)是未來(lái)電網(wǎng)的一個(gè)重要發(fā)展方向。隨著(zhù)新能源的規?；_(kāi)發(fā)，柔性直流輸電技術(shù)，尤其是柔性直流電網(wǎng)的構建，可以實(shí)現區域間能源資源的優(yōu)化配置、大規模新能源的可靠接入，提升現有電力系統運行穩定性。
