盛俊毅：支撐新型電力系統(tǒng)建設(shè)的柔性直流輸電技術(shù)創(chuàng)新與突破

編者按：2022年7月20-21日，以“碳中和與全球產(chǎn)業(yè)融合”為主題的“第四屆未來能源大會”在北京召開，本次大會由中國能源研究會與中國能源網(wǎng)聯(lián)合主辦。會上，特變電工西安柔性輸配電有限公司副總經(jīng)理盛俊毅先生做了題為“支撐新型電力系統(tǒng)建設(shè)的柔性直流輸電技術(shù)創(chuàng)新與突破”視頻演講。

以下內(nèi)容根據(jù)論壇演講實(shí)錄進(jìn)行整理。

非常榮幸參加第四屆未來能源大會，我是特變電工柔性輸配電有限公司副總經(jīng)理盛俊毅，今天給大家?guī)淼闹黝}是特高壓輸電交付實(shí)現(xiàn)和未來展望的課題。

我今天分享五個(gè)部分，一是我們公司做特高壓大容量做一個(gè)介紹，二是針對我們的工程，柔性直流輸電換流閥運(yùn)行和創(chuàng)新點(diǎn)做一個(gè)介紹，第三和第四部分主要從換流閥和閥控兩個(gè)方面對我們關(guān)鍵設(shè)計(jì)點(diǎn)做一個(gè)介紹，五是對大容量換流閥展望做一個(gè)簡單的介紹。

我們公司特變電工從2014年開始做柔性直流輸電，2018年中標(biāo)南方電網(wǎng)的工程，到2020年投運(yùn)，目前投運(yùn)的時(shí)間大概2年多時(shí)間，這是目前公司在整個(gè)海上風(fēng)電和新能源這塊以及直流輸電的一些業(yè)績，從柔性直流水電解決方案，各個(gè)方面超過11個(gè)工廠的業(yè)績，這是我們對換流閥的科研實(shí)力，我們創(chuàng)建西部最大的實(shí)驗(yàn)室，實(shí)驗(yàn)投資2.3個(gè)億，占地6800平米，目前可以支撐5000兆以上輸電裝置的驗(yàn)證。

整個(gè)對于驗(yàn)證平臺從換流閥從器件平臺，組件平臺到整機(jī)冷卻以及老化的平臺，這是對平臺的介紹，目前換流閥里面最核心的部件是IGBT，這個(gè)平臺可以滿足6.5千伏以上的測試，從它的動態(tài)特性的測試，這是我們對換流閥的組件，包括單元，可以滿足運(yùn)行和平臺，這是對于整個(gè)換流閥控制核心的平臺，目前整個(gè)可以支撐3000以上的節(jié)點(diǎn)驗(yàn)證。

這個(gè)是我們在整個(gè)特高壓大容量的交付過程中利用這樣的場景，我們在實(shí)驗(yàn)室做了多端，一端是LCC，4端是VIC這樣混合的平臺，把整個(gè)實(shí)驗(yàn)場景做了全方位的驗(yàn)證，這是實(shí)驗(yàn)室的實(shí)物場景。這是我們在特高壓電容量里面特高壓這塊，我們公司具備1100千伏變壓器的基地，我們在2017年全球首臺套也是用這個(gè)實(shí)驗(yàn)室做的驗(yàn)證。

整個(gè)在交付過程中的一些運(yùn)行和成本做一個(gè)介紹，我們這個(gè)是在2018年8月份中標(biāo)工程，在2018年的10月份委員會，2019年攻關(guān)，到2020年10月份進(jìn)行調(diào)試，到2020年12月份是投運(yùn)儀式，目前已經(jīng)超過700多天運(yùn)行比較平穩(wěn)，這是現(xiàn)場的實(shí)物圖，右邊是換流閥本體的圖片。

這個(gè)是在我們整個(gè)運(yùn)營過程中，從2020年12月投運(yùn)到2021年6月份，我們還有一些運(yùn)行+調(diào)試的時(shí)間，正式的投運(yùn)在2021年6月份至今經(jīng)歷了從2021年滿足運(yùn)行，整個(gè)故障率千分之五之內(nèi)，調(diào)試運(yùn)行以來運(yùn)行比較平穩(wěn)。

我們從2018年中標(biāo)之后我們做了很多成果，從800千伏的溫室，登上了人民日報(bào)，是全國首臺套。第二個(gè)創(chuàng)新成果我們在首次國內(nèi)提出了架控柔性技術(shù)，這個(gè)其實(shí)可以有效解決因?yàn)榧芸鼐€帶來短路的問題，這個(gè)在工程中得到成功的應(yīng)用。我們在2019年的時(shí)候針對現(xiàn)在的工廠做了全實(shí)物縮放版的正負(fù)10.5千伏40兆瓦背靠背運(yùn)營平臺，也是模擬現(xiàn)場的運(yùn)營工況，包括故障，在實(shí)驗(yàn)室完成了所有的驗(yàn)證，這是我們在交付過程中獲得的一些獎(jiǎng)項(xiàng)，包括超多電瓶，柔性直流輸電的仿真一些技術(shù)的研究，包括當(dāng)時(shí)我們參與5000兆“十三五”重大專項(xiàng)，也獲得一系列的獎(jiǎng)項(xiàng)。

第三部分主要是從換流閥本體這塊做了一些簡單的介紹，整個(gè)流北站和以往不太一樣，它用的是全半橋混連拓?fù)涞姆绞?，跟常?guī)不一樣，它是相當(dāng)于全半橋混連，無論從熱設(shè)計(jì)，包括均壓，平衡實(shí)驗(yàn)等等這些還是有區(qū)別的，我們是通過電磁熱力分析工具進(jìn)行優(yōu)化，通過實(shí)驗(yàn)迭代，目前已經(jīng)把相關(guān)問題得到解決，業(yè)內(nèi)還比較成功。

這個(gè)是在整個(gè)過程中，包括從組件設(shè)計(jì)，包括核心板網(wǎng)設(shè)計(jì)，包括電源設(shè)計(jì)，包括模塊電子廠設(shè)計(jì)，經(jīng)過了多輪優(yōu)化，目前運(yùn)行比較成功。這個(gè)是針對以往工程有一個(gè)問題，單一故障下可能會導(dǎo)致跳閘問題，在這個(gè)過程中我們跟南方電網(wǎng)合作，一起在端口一個(gè)東西，相當(dāng)于是被動元件，無論在任何一個(gè)工況下的故障，我們都會保持供應(yīng)模塊端口的狀態(tài)，保證在任何故障下都不會形成跳閘，目前這項(xiàng)成果已經(jīng)再工程中應(yīng)用，比較成功。

第五，因?yàn)樵谔馗叽笕萘扛唠妷骸⒋箅娏?，跟傳統(tǒng)的是有區(qū)別的，在這里我們有一個(gè)理念準(zhǔn)竣工的設(shè)計(jì)，我們把電磁抗擾，從30伏提到50伏，溫度從負(fù)10提到負(fù)40度，高溫從正7提到85，達(dá)到一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。同步我們提高可靠性，增加實(shí)驗(yàn)，相當(dāng)于可靠性加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)，目前的功能頭用比較成功，目前沒有因?yàn)榘蹇ü收蠁栴}導(dǎo)致系統(tǒng)跳閘。

第六，我們在整個(gè)調(diào)試運(yùn)維，其實(shí)我們結(jié)合現(xiàn)場需要可靠高效，我們研究了相當(dāng)于智能化，多做頁面的測試裝置，目前跟傳統(tǒng)的運(yùn)維調(diào)測，把這個(gè)效果可以提升4-6倍，已經(jīng)申請了專利。

第七，高連閥最關(guān)鍵的可靠性，可靠性里面最關(guān)鍵的是閥本體設(shè)計(jì)，我們主要從幾個(gè)方面，第一個(gè)是通過系統(tǒng)給出可行性指標(biāo)，進(jìn)行可靠性分解，我們把閥控分析指標(biāo)得出來進(jìn)行可行預(yù)計(jì)，然后進(jìn)行建模，然后論證地最后是可靠性每一個(gè)部件的分配，進(jìn)行器件選型，包括可靠的設(shè)計(jì)，用這個(gè)里來做。設(shè)計(jì)之后是可靠驗(yàn)證，剛才講到一些東西，包括從電特性到環(huán)境實(shí)驗(yàn)、可靠性增長、單元、信號等等實(shí)驗(yàn)，我們進(jìn)行可靠性加強(qiáng)，來提升整體可靠性加強(qiáng)。

最后避免不了在現(xiàn)場因?yàn)槠骷旧碛惺?，有一個(gè)分析在售后，我們遵循一個(gè)設(shè)計(jì)理念，首先是在現(xiàn)場失效之后我們有數(shù)據(jù)分析，包括對部件的分析，包括對失效原因的分析，包括拿一些舉措，在工程上進(jìn)行迭代，進(jìn)行提升，目前是這樣的整體設(shè)計(jì)流程。

第四部分，我主要是從換流閥閥控方面做簡單匯報(bào)。在過程中我們應(yīng)用了可視化編程，減小因?yàn)槿藶闊o論是標(biāo)準(zhǔn)化，一錯(cuò)犯錯(cuò)，包括后續(xù)提升運(yùn)維效率的改進(jìn)，包括一鍵生成代碼，將應(yīng)用層的代碼和通訊系統(tǒng)配置，底層設(shè)置配上代碼合并，變成最終程序，代碼是用CCI路徑，直接便于抄寫。這塊我們通過硬件優(yōu)化，以及數(shù)據(jù)的處理，目前可以把整個(gè)控制在26微秒以內(nèi)，在整個(gè)工作項(xiàng)目中是最好的。閥控在成本中不是占比很大，其實(shí)是整個(gè)換流閥的大腦，我們從脈沖機(jī)箱到IPG，到電源總線，全部用的雙流設(shè)計(jì)，目前的功能也得到了驗(yàn)證。當(dāng)時(shí)在跟南網(wǎng)進(jìn)行聯(lián)合測試，全鏈路右下角通過一些實(shí)驗(yàn)，通過第三方的鑒定，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目比較多，左邊這個(gè)是主要對實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的簡單截圖。

第五部分，主要從特高大容量，柔直換流閥展望做簡單匯報(bào)?，F(xiàn)在柔直未來工程化我們必須要走向標(biāo)準(zhǔn)化，分幾個(gè)層面，第一是在配電網(wǎng)絡(luò)，包括海洋資產(chǎn)平臺，電壓等級在100千伏以下的配置，我們是從8-20伏，150-700安標(biāo)準(zhǔn)化模塊來適配，從配電網(wǎng)到海洋資產(chǎn)平臺場景應(yīng)用。針對新能源跟主電網(wǎng)，我們是從150-800千伏，300兆-5000兆的容量，從1600伏700安，到2000，甚至到3000的配置，通過搭積木的方式實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離海上輸電設(shè)計(jì)，包括區(qū)域電網(wǎng)互聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)。這是我們脈沖平柜，我們采用模塊化、功能化設(shè)計(jì)，包括機(jī)箱標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，來提升閥控系統(tǒng)的通用性、可靠性，可以去移植，提升整個(gè)工程交付的可靠性，提升安裝的效率，包括調(diào)試效率。

對于未來大規(guī)模，主要兩個(gè)方面，第一個(gè)是海上風(fēng)電大規(guī)模新能源接入，第二從西北地區(qū)到中國東部大規(guī)模新能源輸送的并網(wǎng)挑戰(zhàn)，而且新能源比例會越來越大，我們針對這些挑戰(zhàn)，我們公司目前在幾個(gè)方面做一些關(guān)鍵研究。第一在輸電系統(tǒng)主電路設(shè)計(jì)做一些研究，第二從新能源廠站集電方案優(yōu)化與振蕩抑制，第三從加控線多段直流故障與保護(hù)，從新能源故障穿越能力，包括未來在西北、西藏、青海的地方，包括高海拔、高地震下的研究。從整個(gè)海上我們有幾個(gè)方面，在海上風(fēng)電的新能源接入，主要從系統(tǒng)高電壓，主要是目前我們國家海上風(fēng)電的工程，換流閥的體積已經(jīng)占到整個(gè)平臺體系大概40%多的水平，我們要統(tǒng)一過電壓的設(shè)計(jì)，把整個(gè)體積要降下來，這樣整個(gè)體積會降下來。因?yàn)楹Ｉ险麄€(gè)運(yùn)維它而且成本比較高，這塊我們通過一些標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，包括一些切分標(biāo)準(zhǔn)化單元，小型化的方式加強(qiáng)可靠性和運(yùn)維的設(shè)計(jì)。主要是平臺化，主要還是從GS，包括一些有效規(guī)避電感進(jìn)行空間的優(yōu)化，從布置方面進(jìn)行優(yōu)化。

從平臺運(yùn)輸，也是考慮到在海上運(yùn)輸海浪等天氣的原因，包括一些拉調(diào)的方式加強(qiáng)，包括平臺上考慮平臺的安裝和選取，關(guān)于系統(tǒng)設(shè)計(jì)這塊，目前我們也是針對海上風(fēng)電加特高壓陸上的輸電，我們和幾個(gè)大學(xué)主要從4個(gè)課題提出直流送出和主電路方案和優(yōu)化控制策略，提出規(guī)?；履茉春蛢?yōu)化方案，實(shí)現(xiàn)新能源場內(nèi)無振蕩穩(wěn)定運(yùn)行。針對大規(guī)模新能源的加工線的方式提出一定的策略，針對新能源設(shè)備特點(diǎn)和節(jié)電方案提出滿足聯(lián)網(wǎng)要求的配合設(shè)計(jì)。

主要針對剛才說的，包括西藏這些地方高海拔，高地帶的特點(diǎn)特點(diǎn)進(jìn)行換流閥的驗(yàn)證。對于關(guān)鍵點(diǎn)，主要是我們現(xiàn)在目前研究已經(jīng)開始，主要是場景是什么場景?針對風(fēng)光的系統(tǒng)，新能源在100%的接入方式，通過前期的一些考察，包括投入選擇，包括一些運(yùn)行方式，做前期的研究。

這是針對模型，目前在過程中從海上到陸上遇到一些問題，我們搭建新能源的場站，從變流器到場站，到換流站的模型進(jìn)行仿真和驗(yàn)證，包括具備的實(shí)物驗(yàn)證提升模型的能力。

從整個(gè)30兆瓦交付看，我們用了大概有2年多的時(shí)間，整個(gè)工程的投運(yùn)是比較成功的，在這里我們輸出了很多的成果，有幾個(gè)方面。一個(gè)是我們在過程中提出了無閉塞加工輸電技術(shù)，解決了加工線在無障礙下的團(tuán)體，實(shí)現(xiàn)功能應(yīng)用。針對因?yàn)閱我还收蠈?dǎo)致的風(fēng)險(xiǎn)，在這里通過實(shí)現(xiàn)扎管的方式，實(shí)現(xiàn)單一故障下不導(dǎo)致第二個(gè)技術(shù)難題，以實(shí)現(xiàn)工程應(yīng)用。

對于高電壓，大電流比較復(fù)雜的電磁環(huán)境下，我們采用半卡實(shí)設(shè)計(jì)，提升了系統(tǒng)運(yùn)營可靠性，目前已經(jīng)在應(yīng)用。在這個(gè)過程中我們把整個(gè)鏈路延遲降低26秒之類，顯著降低了風(fēng)險(xiǎn)，目前26秒是行業(yè)內(nèi)比較低的水平。針對陸上，海上新能源的并網(wǎng)挑戰(zhàn)，開展相對的技術(shù)研究。

我的匯報(bào)到此結(jié)束，非常感謝各位的聆聽，會后可以隨時(shí)交流，謝謝大家。