弘揚科學家精神｜敢為人先勇闖直流輸電技術“無人區”

1月30日，中國電科院高壓直流輸電技術與裝備創新團隊在實驗室內開展±800千伏可控換相換流閥特殊功能測試，推動特高壓可控換相換流閥工程應用進程。

中國電科院高壓直流輸電技術與裝備創新團隊組建于2008年，是一支深耕高壓直流輸電關鍵技術研發、高端裝備研制與工程化應用的專業團隊。多年來，為實現清潔能源安全、高效、遠距離輸送，團隊立足課題攻關最前沿，在國家電網公司首席專家、中國電科院副院長賀之淵的帶領下，面向國家重大戰略需求，搶占科技競爭和未來發展制高點，大力弘揚科學家精神，刻苦鉆研以柔性直流輸電為代表的新一代直流輸電技術，勇闖科研“無人區”，完成了一場從追趕到并跑再到領跑的跨越。

團隊累計獲得國家技術發明二等獎3項、中國專利金獎1項、省部級科技獎勵14項，入選科技部“國家重點領域創新團隊”，獲評中央企業優秀科技創新團隊、全國專業技術人才先進集體、中央企業先進集體等榮譽稱號。

瞄準制高點勇闖“無人區”

上世紀末，全球能源轉型加速，柔性直流技術以其卓越的經濟性與靈活性，引起歐美各國的高度重視。對于中國而言，這是一條必須搶占的賽道。

▲團隊開展柔性直流技術基礎理論攻關

面對國內迫切需要、國外技術引進難的雙重壓力，團隊深刻認識到：唯有自主創新，才能突破重圍。從一窮二白起步，沒有資料，團隊就從基礎原理和零星文獻開始重新推導；沒有方案，就自己搭建仿真平臺，在無數可能性中尋優；沒有部件，便攜手國內廠家，從零開始設計……實驗室的燈常常徹夜通明，陪伴他們度過一個又一個不眠夜。

歷經10余次設計迭代、百余次專家評審，2010年，團隊相繼攻克了數千功率模塊的能量精確重構、海量復雜狀態的瞬態精準控制等一系列世界級難題，開辟出全新的模塊化多電平技術路線，并在國內首次建立了完備的柔性直流輸電技術研究理論體系，成功研制出國內首臺柔性直流換流閥樣機。

2011年7月，由團隊自主建設的亞洲首條柔性直流輸電工程——上海南匯風電場柔性直流輸電工程投運，實現了我國在該領域基礎理論、關鍵技術、工程示范等方面“從0到1”的全鏈條突破，標志著國家電網公司成為全球第三家完全掌握該核心技術的企業。此后，模塊化多電平換流器拓撲也逐漸成為國內外柔性直流輸電工程的主流技術路線。

▲柔性直流換流閥、直流斷路器在張北柔性直流電網示范工程中應用

團隊并未止步，而是向更高電壓、更大容量的巔峰持續攀登。廈門柔性直流輸電科技示范工程與渝鄂直流背靠背聯網工程在電壓等級和輸送容量上接連刷新世界紀錄，實現了我國柔性直流輸電技術的新跨越。2020年，團隊成功攻克“直流斷路器”等組網核心技術，建成世界首個柔性直流電網工程——張北柔性直流電網示范工程，該工程不僅創下12項“世界第一”，更為新能源大規模并網消納提供了可靠的“中國方案”，實現從“柔性輸電”到“柔性組網”的歷史性飛躍。

堅定“走出去”樹立中國標桿

當柔性直流技術在國內得到成熟應用，團隊將目光投向了更廣闊的世界。“讓中國高端輸電技術‘走出去’，為全球能源轉型貢獻中國智慧，成為我們團隊新的目標。”團隊負責人賀之淵說。

▲團隊對BorWin6工程使用的緊湊型柔性直流換流閥進行型式試驗前檢查

國際高端市場競爭激烈，“中國技術”面臨“沒經驗”“不信任”的質疑與觀望。團隊毫不氣餒，深入研究國際標準與客戶需求，持續打磨方案，用實力與誠意逐步贏得海外業主信任。

2022年，團隊與電氣跨國巨頭ABB、西門子和GE同臺競技，以“技術第一、商務最優”成功中標德國BorWin6海上風電柔性直流輸電工程，打破了跨國集團對全球市場的長期壟斷，實現了我國高端輸電技術首次進入歐洲市場，標志著我國柔性直流技術及裝備具備了國際領先的核心競爭力。

BorWin6工程是歐洲北海最后一條獨立的柔性直流工程，作為該區域海上風電柔性直流聯網工程的“收官之作”和“集大成者”，該工程在系統可用率、平臺緊湊化設計以及新型構網型控制策略等方面均提出了較以往更為嚴格的技術要求，集中體現了當前柔性直流輸電領域的最高技術水準。

團隊扎實推進各項里程碑式的工作，自主研發的裝備取得重大突破。針對海上運輸應用場景，團隊打造了兼具輕量化與高可靠性的緊湊型柔性直流換流閥，多項技術指標達到國際領先水平；面對“構網控制”的新需求、新難題，團隊提出了基于直流電壓虛擬同步的“無電流內環”構網型控制策略，研制出國際首個用于海上風電送出的構網型柔性直流控保裝備；面對跨國公司嚴密的知識產權壁壘，團隊另辟蹊徑，創新技術路線，成功自主研發混合式直流耗能裝置，實現核心技術的自主突破。

2024年10月29日至11月6日，團隊研發的緊湊型柔性直流換流閥、混合式直流耗能裝置，在德國業主公司專家團隊的現場見證下，以高于IEC標準的技術指標順利完成全部型式試驗。同期，構網型柔性直流控保裝備通過上千項嚴苛的廠內試驗，性能得到全面驗證，標志著該技術實現了從理論到應用的關鍵跨越。目前，該工程所有核心設備均已通過德方驗收，并已進入現場安裝調試階段，為計劃于2027年投運的BorWin6工程提供了關鍵技術支撐。

潛心探索攻克世界級難題

如果說柔性直流技術是為電網注入“柔性”智慧，那么團隊攻克的另一項技術——可控換相換流閥技術（CLCC），則是針對傳統直流輸電“心臟缺陷”進行的一場根治手術。

在傳統直流輸電系統中，作為“心臟”的換流閥依賴電網電壓完成換相。這一技術特性可能引發一定的風險：電網一旦受到擾動引發換相失敗，將導致功率傳輸中斷。“破解換相失敗難題，保障電網安全穩定運行，我們責無旁貸。”團隊成員、中國電科院直流所所長高沖說道。

2017年，為攻克這一世界級難題，團隊對當時學術界提出的上百種方案進行全面梳理，發現它們在“徹底解決問題”與“工程可行性”之間，都存在難以調和的根本矛盾。經過深入論證，團隊最終做出了一個關鍵決斷：放棄在原有技術框架內進行修補，轉而從電路理論的源頭出發，探索一條顛覆性的創新之路。

歷經長達數年的潛心探索與反復推演，團隊于2019年在換相電壓構建機理方面取得關鍵突破。他們創新性地將全控型器件和半控型器件相結合，提出可控換相換流技術（CLCC），從根本上讓直流輸電系統對換相失敗產生“免疫”。

理論突破后，更艱難的是實現工程應用。2022年2月，可控換相換流閥成功中標我國首條±500千伏直流輸電工程——葛洲壩—南橋直流輸電改造工程。為保障可控換相換流閥的首次可靠工程應用，團隊開啟吃住在實驗室的“極限模式”，兩個月內完成三次重大設計迭代并通過嚴苛評審，爭分奪秒完成全部樣機摸底試驗。2022年10月，團隊成功研制出±500千伏/1200安培葛南直流輸電改造工程可控換相換流閥產品，并一次性順利通過全部48項電氣型式試驗、226項控制驗證試驗。

2023年6月，由我國提出并自主研發的全球首套可控換相換流閥在葛南直流輸電改造工程中實現示范應用。同年7月，“可控換相換流閥關鍵技術及產品研制”通過了由10位院士領銜的專家組鑒定，被一致認定為“可根本解決常規直流系統換相失敗問題”。

▲團隊分析可控換相換流閥在葛南直流輸電改造工程分系統聯調試驗中的波形

如今，中國電科院高壓直流輸電技術與裝備創新團隊已成長為我國直流輸電領域的中堅力量。團隊中，年輕科研人員干勁十足大膽創新，專家前輩言傳身教帶頭攻關，以實際行動弘揚科學家精神，用智慧與汗水，為加快構建新型電力系統、推動能源強國建設貢獻智慧和力量。

內容來源：國家電網有限公司官方網站