厉害了,“追风人”!

来源:本站 2021-02-19
  你了解用风点亮灯的故事吗?
  你能想象远在青海的阳光能为华夏“充电”吗?
  我国风能、太阳能资源丰厚,但它们却像草原上的“野马”,性格不定,难以征服。
  怎么征服风景动力这匹“野马”,让风景绿能大显神通,从动力舞台的配角变为主角,成为确保国家经济社会健康展开的强壮支撑,这是安身新展开阶段,遵循新展开理念,构建新展开格式面临的一个严重战略问题。
  有这样一个团队,短短几年时刻,他们打破一个个国际级难题,发明一项项国际第一。在他们的尽力下,特高压直流输电成为国家战略级技能,和高铁、斗极相同,成为享誉国际的“我国手刺”。
  他们,是国家电网经研院直流技能攻关团队,他们被称作征服风景野马的“追风人”。
  直流技能攻关团队在国家动力特高压直流输电工程成套规划研制(实验)中心-图片供给:国网经研院
  攻下一个个国际难题,完全摆脱“洋拐棍”
  绿色、低碳是我国动力的展开方向,而服务新动力大规模开发利用,正是柔性直流输电技能的优势所在。
  国网经研院作为国家电网的技能支撑单位,多年前就意识到柔性直流输电对新动力汇集送出的重要性。为了“征服”风能、太阳能,2012年他们便展开了很多基础性研讨。
  当时我国在柔性直流输电技能方面没有任何经历,国外相关核心技能又严加封闭。“在接到项目使命时,攻关团队每个人心中都忐忑不安,完全没有成功的把握,有的同志提出以商场换技能的方法找外方搞技能引进,但几次接触下来,技能转让条件严苛,咱们根本无法接受。”国网经研院直流技能中心主任乐波坦言。
  这支攻关团队太年轻了,刚组成时平均年龄还不到30岁。带着一股开拓立异、永不服输的拼劲,他们开端了披荆斩棘的闯关之旅。
  柔性直流体系规划的第一步是确认主接线,这是体系规划的“纲”和“领”:便是确认体系选用哪些首要设备,这些设备怎么安置、怎么配合,好像家里装修要先画好电路图,确认开关、插座、照明等的方位,才干确保一切电器的用电安全和正常作业。
  舟山工程是国家电网第一个商业化的柔性直流工程,也是国际首个五端柔性直流工程,主接线要比国外的两头工程复杂得多。整个工程要用的设备有上百种,每种设备又有多种型式,排列组合起来就有上千种,许多设备连见都没见过,更别说娴熟运用和安置。
  接到使命后,团队迅速分工,有的总结以前惯例工程的规划经历,有的研讨新设备的功用和特点,有的展开理论剖析,有的搭建仿真模型。期间,他们提出了几十种计划,但通过反复仿真剖析,都满意不了五端直流安全安稳运转的要求。
  只好悉数推倒,从头再来。
  又通过数月的“闭关修炼”,国际首个五端柔性直流工程主接线总算完结,完全打破了未来或许的外方知识产权限制,完全做到了自主化规划。
  舟山工程后,他们又“攻下”了供电可靠性要求更高的厦门工程。“现在,外方为了进步工程可靠性,反而模仿起‘我国计划’,咱们的身份也完结了从‘学生’到‘老师’的华丽转变。”乐波骄傲地说。
  在没有任何材料可供学习的情况下,攻关团队拿下了一个又一个国际难题,完结多项技能“零”的打破,形成一套完整的柔性直流输电成套规划体系,完全摆脱了“洋拐棍”,完结了柔性直流输电技能范畴的“弯道超车”和“我国引领”。
  不设威望自在发挥鼓舞原创,发明12项国际第一
  2020年6月29日,张北柔性直流电网工程竣工投产,来自草原的绿色动能点亮了京城的万家灯火。张北工程不只能够满意冬奥会的100%清洁供电需求,还将每年向北京运送225亿度清洁电力,相当于北京年用电量的十分之一。
  “柔性直流电网技能能够操控电能灵敏转向,习惯新动力的动摇,是目前国际上最先进的输电技能。”乐波说,张北工程选用了我国原创、国际领先的柔性直流电网新技能,把过去不可控的风能变为可控优质电能。“工程发明了12项国际第一,提出了破解新动力大规模开发利用国际级难题的我国计划。”
  12项沉甸甸的国际第一,凝聚着科研人员打败重重困难、打败层层应战所付出的艰辛和尽力。
  直流技能攻关团队在张北工程现场-图片供给:国网经研院
  灵敏可靠消纳新动力,首要碰到的难题是要研制确保电网安全的新设备、新技能。“直流电网规划的难点在于要应对不经常产生的严峻毛病,处理这个问题,就有必要找到能确保电网安全的‘速效救心丸’。”团队技能骨干李探博士说。
  李探一毕业,就和团队一头扎入柔性直流电网的材料堆,从查公式、编程序开端,一晃便是5年时刻。研制之初,因为相关技能在国际范围内都处于完全空白状况,没有任何经历可供学习,团队只能从零开端。但是正是这张“白纸”,给年轻的科研人员们供给了从理论到实践的广阔舞台。
  不设威望、自在发挥、鼓舞原创是团队组成时就确认的作业准则。从“半桥式换流阀+直流断路器”到“全桥式换流阀”,他们斗胆假设、当心求证,从“沟通耗能设备”到“直流耗能设备”,他们严谨详尽、一丝不苟,经历了数月“白加黑”、“5+2”的激战和面红耳赤的争论,总算完结了“首台套”直流断路器和沟通耗能设备的严重技能打破。
  张北工程大容量柔性直流换流阀-图片供给:国网经研院
  张北工程国际首台套直流断路器-图片供给:国网经研院
  张北工程的联调实验需求依赖于“新动力”和“柔性直流电网”的真实模型,这两个高度复杂的体系,单独拿出来进行建模现已困难重重,进行联合测试更是从未有过先例。
  四百多面操控屏柜,通过上万根线缆连接起来,将新动力和四座换流站组合在一起,树立起反映电网真实特性的超大规模仿真体系。仅启动一次,就要花费数小时。
  “这仅仅迈出了渠道构建的第一步。”实验室负责人厉璇介绍,“在资源条件有限的情况下,还要精确刻画复杂体系的快速变化特性,这是更加关键的一步。”
  几十个新动力场站,四端柔性直流电网,包含了数十万元件,上万根光纤,对体系的实时运算才能提出了严峻应战。为了完结实时运算,如此巨大的体系在每个毫秒都要进行几十亿次仿真核算,这俨然是一个超级核算体系,超算才能对体系配置提出了不或许到达的要求。
  为了完结实时运算方针,有必要另辟蹊径。“将体系和元件进行有用简化后,咱们所提出的多项等值技能将仿真速度提升了近60%,完全到达工程精度。”厉璇说。在对模型进行逐步等值的进程中,科研人员们经历了种种坎坷和失利,一个错误的脉冲信号,一个程序的细微缝隙,或一个设置不合理的参数,都容易导致体系报错或失稳奔溃。
  一遍又一遍的查看设备,一次又一次的核对接线是团队每天的日常作业,一条通道调试不通就从头再来。
  在团队齐心协力下,总算树立起国际首个大规模新动力柔直并网硬件在环实时仿真实验体系。
  跨过千里,电力天路从规划变成实际
  青海是我国清洁动力最丰厚的省份之一,新动力发电量现已超过青海省全省用电负荷,亟需将很多充裕的清洁电力送到上千公里之外的中东部负荷中心,变资源优势为经济优势。
  特高压直流技能成熟、成本较低,在大容量远距离电能运送方面具有独特优势。因而,青海的新动力有必要通过特高压直流技能进行远距离大规模消纳。但是,传统特高压直流犹如高速列车,运载量大、一站直达,而“始发站”的太阳能、风能等清洁动力就像自在出行的游客,何时出行、多少人出行均具有随机性。因而,对传统特高压技能晋级改造才干更好完结对新动力的高效送出。
  “能否将汇集新动力的体系电压操控安稳是工程规划的关键点。”项目负责人卢亚军向记者介绍。多年来,国网经研院直流技能攻关团队提出的“晋级版”特高压技能,涵盖了多项安稳体系电压的“独门绝技”,这些办法在专门运送新动力的青海—河南(青豫)±800千伏特高压直流工程中得到成功应用,完结了效果转化,极大提升了特高压直流对新动力送出的习惯性。
  换流站连接着纵横千里的直流输电线路,似乎人体的心脏,是直流输电工程最重要的动力转换枢纽,沟通和直流的变换就在这儿完结。青海换流站海拔达2900米,是国际上海拔最高的特高压换流站,空气稀薄,设备也会“缺氧”,耐受高电压的才能大幅下降。
  青海河南特高压直流工程换流站阀厅-图片供给:国网经研院
  “咱们对直流体系的过电压水平进行了上百次迭代仿真校核,优化了高海拔下均压电极规划,有用缩短了设备间的空气间隙,确保设备运转万无一失,根本上消除了设备的‘高原反响’,确保了高原换流站的运转性能与平原保持一致。”卢亚军说。
  考验接踵而来。
  因为风景动力不安稳,功率动摇大,电网对变压器的电压调理才能要求较以往工程更高。分接开关是变压器执行电压调理功用的最核心配备,其规划一直是限制国产化的“卡脖子”技能难题。怎么进步分接开关的运转可靠性,是摆在团队面前有必要处理的一道难题。
  科研团队深入研讨了各种技能办法或许性,提出了几十种技能计划,推导了上百页剖析算稿,通过反复研讨证明仿真,确认了通过有用降低分接开关动作次数进步体系可靠性的技能计划,最终完结了分接开关动作次数削减90%,明显进步了设备运用寿命,确保了工程的顺畅投运和安全运转。同时,研讨效果也在一切已投运的特高压工程中推广应用。
  2020年12月30日,青豫工程正式投入商业运转,来自青藏高原的可再生动力跨过千里,点亮华夏。
  “电力天路在咱们手里从规划变成实际,成为了造福人民的美好之路、光明之路和清洁之路。”乐波骄傲地说。
  从陆优势电到远海风电直流送出树立我国规范
  2020年8月6日,我国首个远海风电经直流送出项目——江苏如东海优势电柔性直流输电工程的成套规划顺畅通过业主组织的专家评定。
  如东工程是柔性直流输电技能在我国远海风电送出范畴的首次应用,也是目前国际范围内在建的电压等级最高、容量最大的海优势电柔直送出工程,是我国甚至国际海优势电展开的重要里程碑。
  “远海风电开发送出,咱们没有任何经历可供学习,技能也被严格封闭,但咱们要敢为人先!”乐波说,“凭借丰厚的柔性直流工程经历,咱们必定能独立啃下这块‘硬骨头’,核心技能把握在自己手里才干确保动力安全。不只要把握核心技能,还要树立我国规范,带动国产化配备走出去。”
  如东工程建造周期短,业首要求团队有必要在缺乏半年的时刻内完结悉数规划作业。工期紧、使命重是摆在规划团队面前的严峻实际。
  海上换流站是建造在远离陆地、大海深处的风能汇集与转换渠道,建造费用高,紧凑化、轻型化规划要求与大规模风电集中送出互相矛盾。“规划计划需求在确保风电安全可靠送出的前提下尽量削减海上换流站的设备重量和数量。”项目负责人赵峥介绍。通过多轮技能计划比选,攻关团队决定先对主接线“动手术”,砍掉一般换流站“标配”的限流设备等大型设备,让同类设备“身兼多职”,尽量紧缩海上设备数量。
  如东柔直工程海上换流渠道建造现场-图片供给:三峡集团
  与张北工程类似,如东工程也需求运用耗能设备。为使海上渠道有用“瘦身”,团队挖掘设备潜力,提出选用“直流”耗能设备这一新型设备,把原本设备在海上换流站的耗能设备移植到陆上换流站,使得海上渠道面积大大缩小。设备首次运用,没有任何规划、设备出产和运转经历,难度极大,只能将难点化整为零,各个击破。“面临新的技能计划,咱们要心怀敬畏,任何一个小的忽略都或许导致亿万投资打了水漂。”乐波说,“任何一处改动,咱们都要反复核算、迭代仿真,绝不含糊。”通过一年的集中攻关,团队提出了三种典型的规划计划,其间,‘集中式耗能’计划成功应用于如东工程,完结了效果转化。”
  因为出海成本高、时刻长,为运转维护带来了诸多不便,高可靠性成为工程规划有必要考虑的因素。“咱们为海上换流站的关键设备配置了必定数量的‘替身’和‘备份’,能够主动切换,设备运转压力小了不少。”赵峥说,“例如变压器就选用两台并联运转的规划计划,当一台变压器毛病时,另一台变压器能够暂时运送海优势电场宣布的一切电能,然后避免能量丢失。”
  依据规划计划选择设备似乎是瓜熟蒂落的事,但是对于海优势电工程来说,并没有那么简单。设备不只要习惯恶劣的海洋环境,还要满意紧凑轻型化、运维远程无人化、高可靠性等特殊要求,但紧凑化安置不利于设备现场实验的展开和后期运维检修。团队到厂家展开屡次沟通调研,并亲身出海赴离岸50多公里的沟通升压站实地调研,获得了很多第一手材料,并进行了有针对性的研讨比选作业,最终提出了满意海上换流站建造、实验和运维要求的悉数设备计划。“咱们一直在做基础研讨和技能计划晋级,怎么优化设备结构型式和安置计划,参数能否满意体系要求,能否在有限的空间内展开现场实验,这些都是咱们要特殊考虑的。”赵峥说,“每一步都需求‘当心’,才干让业主‘安心’”。
  海优势电场和升压站渠道-图片供给:国网经研院
  直流技能攻关团队在海上升压站渠道-图片供给:国网经研院
  大国工匠,精益求精。
  在国内尚无任何工程应用经历可学习的条件下,国网经研院直流技能攻关团队从一幅幅拓扑接线、一页页公式推导开端,一步一个脚印展开技能攻关和研制,积累了一屋子的中心进程材料。每一份报告都见证了技能立异难度之大和应战之巨,每一项效果都凝聚着团队成员的智慧与汗水。凭着这股立异精神和敢为人先的勇气,团队独立霸占了海优势电柔性直流送出多项严重技能难题,形成了完整的柔性直流输电成套规划技能体系,完全打破了国外技能封闭。
  “从柔性直流到晋级版特高压直流,从陆优势电接入到远海风电直流送出,这些立异技能有力提升了我国在该范畴的引领地位,为服务国家新动力开发战略供给了有力支撑。”国网经研院董事长潘尔生说。观看视频》》