2015年12月17日，世界上電壓等級最高、輸送容量最大的雙極柔性直流輸電工程——廈門±320千伏/100萬千瓦柔性直流輸電科技示范工程正式投運。創(chuàng)造這項新的柔性直流輸電世界紀(jì)錄的，是一支剛毅之師，他們用近10年的堅韌和汗水鑄造了“柔性之劍”——柔性直流換流閥。作為柔性直流工程的最核心技術(shù)，廈門柔直工程換流閥及閥控系統(tǒng)，完全依靠自主研發(fā)、自主生產(chǎn)，是它催生了新的世界紀(jì)錄，實現(xiàn)我國在該領(lǐng)域的技術(shù)引領(lǐng)。
一追溯我國柔性直流輸電技術(shù)成長史：新道路誰是開路人
我國柔性直流輸電技術(shù)發(fā)展要從2006年談起。
2006年5月，國家電網(wǎng)公司瞄準(zhǔn)這一電力領(lǐng)域最前沿、最迫切、最有挑戰(zhàn)性和最具應(yīng)用前景的高端技術(shù)，組織國內(nèi)權(quán)威專家在北京召開《柔性直流輸電系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究框架》研討會。會上，公司做出戰(zhàn)略性決策和部署，系統(tǒng)地提出柔性直流輸電技術(shù)研究總體規(guī)劃。該《框架》分為前期研究、基礎(chǔ)理論研究、關(guān)鍵技術(shù)研究及樣機研制、試驗規(guī)范及試驗?zāi)芰ㄔO(shè)研究、示范工程前期研究五個部分。與會專家一致建議國內(nèi)將基于VSC技術(shù)的直流輸電統(tǒng)一命名為“柔性直流輸電（HVDCFlexible）”。自此，公司柔性直流輸電重大科技專項全面啟動，我國柔性直流輸電技術(shù)發(fā)展的序幕正式拉開。在《框架》的指引下，由國網(wǎng)智能電網(wǎng)研究院副院長湯廣福牽頭，組建了柔性直流輸電技術(shù)與裝備研發(fā)團隊。
任何一件事在剛開始的時候，都會有許多可知與不可知的問題和困難。起步晚、研究難度大，跨國公司對柔性直流輸電技術(shù)嚴(yán)格保密，不發(fā)表一份圖紙、一張照片，不在刊物上發(fā)表學(xué)術(shù)文章，也不允許參觀。對于這樣的前沿科學(xué)，其攻關(guān)難度可想而知，唯有堅持自主創(chuàng)新這條路可走。
2006年6月，公司組織系統(tǒng)內(nèi)相關(guān)單位及國內(nèi)知名高校，開展柔性直流輸電基礎(chǔ)理論和前期研究。在湯廣福的帶領(lǐng)下，團隊本著將“地基”打深、打?qū)嵉睦砟睿ㄟ^機理分析、公式推導(dǎo)、模型搭建與仿真驗證等方式反復(fù)求證，于2007年年底開創(chuàng)我國柔性直流輸電基本技術(shù)體系。這是國內(nèi)首次針對柔性直流輸電技術(shù)理論開展系統(tǒng)化、全面化研究。
2007年年底，時任國網(wǎng)上海市電力公司總工程師的滕樂天果斷決策，在上海南匯風(fēng)電場開展柔性直流輸電技術(shù)工程示范。在堅實的理論基礎(chǔ)上，研發(fā)團隊著眼于工程應(yīng)用，開始了適用于高壓大容量柔性直流輸電技術(shù)路線的探索與嘗試。當(dāng)時，只有實際工程應(yīng)用的ABB公司采用的兩電平/三電平技術(shù)路線，存在運行損耗高、容量擴展困難等問題，成為制約柔性直流輸電技術(shù)發(fā)展及應(yīng)用的“短板”。而德國學(xué)者提出的模塊化多電平換流器拓?fù)湓谠砩夏芸朔鲜鋈毕荩?dāng)時尚處于概念提出階段，技術(shù)應(yīng)用在世界范圍內(nèi)一片空白，發(fā)展中國自己的柔性直流輸電技術(shù)，難度可想而知。
為此，國網(wǎng)智研院直流所所長賀之淵勇挑重?fù)?dān)，帶領(lǐng)年輕團隊向柔性直流輸電技術(shù)高峰挺進。他時常鼓勵大家：“磨刀不誤砍柴工，唯有選擇最佳的技術(shù)路線，才能贏得長足發(fā)展。”團隊從模塊化多電平換流器工作原理分析入手，延伸到技術(shù)難點、元器件采購、技術(shù)經(jīng)濟性等方面，論證工程應(yīng)用的可行性。
2009年4月，團隊大膽提出采用模塊化多電平換流器拓?fù)涞脑O(shè)想，并邀請國內(nèi)相關(guān)專家，組織召開基于MMC的柔性直流輸電技術(shù)討論會。與會專家經(jīng)過反復(fù)討論，對模塊化多電平柔性直流輸電技術(shù)路線給予肯定。此時，西門子和ABB等跨國公司也幾乎同時啟動了高壓大容量柔性直流輸電技術(shù)的探索。從此，我國成功進入世界電力裝備高端領(lǐng)域的賽場，并與世界領(lǐng)先跨國公司站在同一起跑線上。
會后，研發(fā)團隊開始第一代樣機的研制，以驗證MMC拓?fù)溆糜谌嵝灾绷鬏旊姷目尚行浴?010年4月，11電平MMC—HVDC低壓實驗平臺順利實現(xiàn)STATCOM、交流聯(lián)網(wǎng)及向無源負(fù)荷供電等功能，穩(wěn)態(tài)運行性能及動態(tài)響應(yīng)特性良好，驗證了MMC技術(shù)路線的可行性。研發(fā)團隊隨即乘勝追擊，先后攻克系統(tǒng)接入分析、主電路拓?fù)渑c參數(shù)優(yōu)化、控制保護策略設(shè)計、IGBT閥與閥控設(shè)備研制等十大關(guān)鍵技術(shù)難題。
2010年7月，首個MMC換流閥子模塊樣機開始試組裝。子模塊控制器的線路空間設(shè)計十分狹小，100多根線哪怕接錯或虛接一根，都會導(dǎo)致試驗失敗，甚至子模塊爆炸。設(shè)計負(fù)責(zé)人呂錚自告奮勇，開始第一個子模塊控制器的接線，他有條不紊地將每根線接了一遍又一遍，直至找到最合理、最優(yōu)化、最可靠的接線方式。就這樣，首個國內(nèi)柔直換流閥子模塊誕生。10月，具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的±30千伏/20兆瓦柔性直流換流閥一次性通過所有型式試驗。
同年底，上海南匯風(fēng)電場柔性直流輸電工程建設(shè)正式啟動。2011年7月25日，工程正式投運，我國實現(xiàn)了柔性直流輸電技術(shù)從無到有的突破，標(biāo)志著公司成為繼ABB、西門子之后，世界上第三家完全掌握柔性直流輸電成套設(shè)備設(shè)計、試驗、調(diào)試和生產(chǎn)全系列核心技術(shù)的企業(yè)。
上海柔直工程在我國柔性直流輸電發(fā)展史上所起的作用不容小覷，它實現(xiàn)了我國柔性直流輸電技術(shù)從概念到應(yīng)用的跨越，為后續(xù)研究及工程建設(shè)積累了寶貴的實踐經(jīng)驗。
二探求“柔性之劍”開刃之路：新紀(jì)錄誰是創(chuàng)造者
廈門柔性直流輸電工程的電壓等級和輸送容量雙雙創(chuàng)下國際之最，該工程在世界上首次采用雙極拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，標(biāo)志著我國真正實現(xiàn)柔性直流輸電技術(shù)領(lǐng)域的國際引領(lǐng)。工程換流閥由國網(wǎng)智研院自主研發(fā)，經(jīng)南瑞集團普瑞工程公司成果轉(zhuǎn)化和生產(chǎn)，擁有完全自主知識產(chǎn)權(quán)。
設(shè)計之路披荊斬棘
國網(wǎng)智研院對±320千伏/100萬千瓦柔性直流換流閥的研制，始于2011年。當(dāng)年，上海柔直工程順利投運，實現(xiàn)我國在柔性直流輸電領(lǐng)域零的突破。隨后，面向世界柔性直流技術(shù)巔峰的高壓大容量與多端柔性直流輸電技術(shù)的攻關(guān)啟動。
相較上海柔直工程，±320千伏/100萬千瓦不僅僅是數(shù)量上的提高，更是質(zhì)的改變。±320千伏/100萬千瓦柔性直流換流閥功率模塊串聯(lián)數(shù)和閥控規(guī)模大幅增加，暫穩(wěn)態(tài)電流應(yīng)力提高7倍左右，達到可關(guān)斷器件的承受極限，由此對換流閥冗余設(shè)計、絕緣配合、電磁兼容、過流過壓保護、電容均壓、閥控系統(tǒng)控制能力提出前所未有的挑戰(zhàn)。研發(fā)團隊不畏困難、勇往直前，最終，高電壓、大電流、強電磁場環(huán)境下?lián)Q流閥散熱、電壓尖峰抑制、電磁兼容問題以及閥控設(shè)備低開關(guān)頻率電容平衡等問題逐個突破。
2013年1月，國網(wǎng)智研院率先研制成功世界首個具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的±320千伏/100萬千瓦柔性直流換流閥及閥控設(shè)備樣機，并通過IEC62501等4項國際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的全部型式試驗，及國際權(quán)威認(rèn)證機構(gòu)挪威船級社（DNV）KEMA實驗室的見證。DNV在其官方網(wǎng)站上說：“這個（柔性直流換流閥）打破電壓和容量水平世界紀(jì)錄，標(biāo)志著模塊化多電平柔性直流輸電技術(shù)取得了重大成功。換流閥型式試驗的順利通過，是超級電網(wǎng)發(fā)展歷程中一個重要里程碑。”DNV亞太首席運營官比約恩˙陶恩˙馬克森評價說：“國網(wǎng)智研院取得的這項國際領(lǐng)先的技術(shù)成果，對全球能源領(lǐng)域做出了重大貢獻。”該成果還通過國家能源局組織的新產(chǎn)品技術(shù)成果鑒定，鑒定委員會認(rèn)為，該換流閥及閥控設(shè)備性能優(yōu)異，具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)，產(chǎn)品核心技術(shù)和總體技術(shù)性能處于國際領(lǐng)先水平。
縱然取得國際領(lǐng)先，團隊并沒有停下前進的腳步，他們以工程應(yīng)用為目標(biāo)繼續(xù)前行。賀之淵勉勵大家：“我們的換流閥唯有實現(xiàn)工程應(yīng)用才能說是真正的國際領(lǐng)先，就像戰(zhàn)士的考驗是在戰(zhàn)場上完成一樣，沒有經(jīng)歷過槍林彈雨的士兵，不能稱為好士兵。”為盡快實現(xiàn)±320千伏/100萬千瓦柔性直流換流閥及閥控設(shè)備的工程應(yīng)用，團隊全面開展工程化研究，并與普瑞工程公司簽署成果轉(zhuǎn)化合同。
2014年8月，普瑞工程公司中標(biāo)廈門柔直工程全部換流閥供貨合同。國網(wǎng)智研院直流所隨即啟動換流閥及閥控設(shè)備的設(shè)計工作。10月，完成換流閥設(shè)計定型。2015年1月，工程換流閥及閥控設(shè)備順利通過全部型式試驗。型式試驗中，換流閥亮點頻現(xiàn)，斬獲最快旁路開關(guān)、最先進智能驅(qū)動、最高效串并聯(lián)混合式散熱系統(tǒng)、高達35千安短路耐受能力等多項技術(shù)創(chuàng)新。隨后，換流閥開始批量生產(chǎn)。
調(diào)試之路所向披靡
2015年7月4日，首批4輛運載換流閥的貨車駛進廈門柔直工程兩座換流站，標(biāo)志著工程現(xiàn)場安裝工作正式啟動。國網(wǎng)智研院直流所作為換流閥安裝總指導(dǎo)，調(diào)派大批技術(shù)骨干前往現(xiàn)場。7月的廈門悶熱潮濕，閥廳的空調(diào)系統(tǒng)尚未啟動，溫度超過35攝氏度，濕度達80%以上。經(jīng)過4個多月艱苦奮戰(zhàn)，換流閥及閥控設(shè)備安裝完成。
2015年10月30日，工程啟動系統(tǒng)帶電聯(lián)調(diào)，國網(wǎng)智研院直流所負(fù)責(zé)換流閥及閥控設(shè)備的調(diào)試。與常規(guī)直流換流閥的均壓均流主要靠一次阻容回路實現(xiàn)不同，柔性直流換流閥需靠控制器主動控制實現(xiàn)均壓均流。子模塊控制器必須在能夠抵抗高壓大電流環(huán)境里電磁熱干擾的前提下，實現(xiàn)高速運算。為此，團隊設(shè)計了很多試驗，以驗證子模塊整體運行穩(wěn)定性。
據(jù)換流閥及閥控設(shè)備現(xiàn)場調(diào)試負(fù)責(zé)人趙巖介紹，在調(diào)試的關(guān)鍵階段，工程現(xiàn)場及國網(wǎng)智研院仿真中心、電力電子實驗室全體人員每天休息不足4小時，白天現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)問題，晚上分析問題，連夜在北京進行驗證，第二天現(xiàn)場修改，繼續(xù)調(diào)試。
研發(fā)團隊對科研理想的執(zhí)著追求，對現(xiàn)場調(diào)試的精益求精，對柔性直流的專業(yè)與專注，撐起了自主知識產(chǎn)權(quán)產(chǎn)品的可靠性。廈門柔直工程調(diào)試階段，換流閥經(jīng)受種種試驗考驗，整體運行平穩(wěn)、狀態(tài)良好。
三描繪未來宏偉藍圖：砥礪奮進鏗鏘前行
十年磨一劍。自2006年，國網(wǎng)智研院柔性直流研發(fā)團隊開展柔性直流基礎(chǔ)理論研究算起，已過去10個年頭。10年來，團隊系統(tǒng)研究了基礎(chǔ)理論與前期技術(shù)，全面掌握了核心技術(shù)，從樣機研制到小容量示范工程實施，再到世界最大容量換流閥設(shè)備研發(fā)及工程應(yīng)用。
潛心鉆研青春無悔，厚積薄發(fā)花開有時。10年的付出換來多項可圈可點的成果：編著我國在柔性直流輸電技術(shù)領(lǐng)域的首部學(xué)術(shù)專著——《基于電壓源換流器的高壓直流輸電技術(shù)》，推動成立我國主導(dǎo)的首個國際大電網(wǎng)組織（CIGRE）工作組，項目組成員參與起草柔性直流輸電領(lǐng)域目前所有國際電工委員會（IEC）標(biāo)準(zhǔn)，制訂形成國際標(biāo)準(zhǔn)和導(dǎo)則8項，CIGRE370導(dǎo)則將上海柔直工程列為柔性直流輸電技術(shù)在風(fēng)電場并網(wǎng)應(yīng)用的國際標(biāo)準(zhǔn)案例，獲得上海市科技進步一等獎、中國電力科技進步一等獎、中國專利金獎、國家創(chuàng)新團隊、海外工程承包資質(zhì)等。在中國柔性直流輸電領(lǐng)域，這個團隊扮演了探索者和引領(lǐng)者的角色，開創(chuàng)了我國柔性直流輸電的新紀(jì)元。
“雄鷹進入天空才能自由翱翔，小魚進入江河方可自在游動。電力科研的海洋，就是我們科研工作者盡情遨游的夢想初衷。”國網(wǎng)智院院長滕樂天時常勉勵大家，“堅持發(fā)展是硬道理，我們要以‘永遠在路上’的精神，把直流業(yè)務(wù)做精、做優(yōu)、做強、做大。”目前，團隊正進一步開展±500千伏、±800千伏柔性直流換流閥研制及工程關(guān)鍵技術(shù)研究，同時積極試水海外市場，實現(xiàn)走出國門、走向世界的目標(biāo)。
未來，團隊將繼續(xù)以“堅持創(chuàng)造、不斷引領(lǐng)”為宗旨，以改變未來大電網(wǎng)發(fā)展格局為己任，以直流電網(wǎng)以及全球能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)為契機，探索世界直流輸電技術(shù)的發(fā)展方向。
何為柔性直流？柔在何處？
柔性直流是繼交流、常規(guī)直流之后，以電壓源換流器為核心的新一代直流輸電技術(shù)，是目前世界上可控性最高、適應(yīng)性最好的輸電技術(shù)，被譽為“電力電子技術(shù)皇冠上的寶石”與“21世紀(jì)最為振奮人心的輸電技術(shù)革命”。
柔性直流輸電技術(shù)不存在換相失敗問題，可實現(xiàn)有功、無功功率的獨立控制，易于構(gòu)建多端直流網(wǎng)絡(luò)，可改善可再生能源接入性能，提高低電壓穿越能力和系統(tǒng)穩(wěn)定性。該技術(shù)為多端直流聯(lián)網(wǎng)、大型城市中心負(fù)荷供電提供了一個嶄新的解決方案，可向孤島、邊遠地區(qū)等比較薄弱的電網(wǎng)安全、經(jīng)濟、高效地輸電，是遠海風(fēng)電并網(wǎng)的最佳技術(shù)手段，是構(gòu)建智能電網(wǎng)和全球能源互聯(lián)網(wǎng)最具特色的技術(shù)之一，將給輸電方式和電網(wǎng)架構(gòu)帶來重要的變革。近幾年來在歐美呈井噴式發(fā)展態(tài)勢。
大事記
2006年公司組織，國網(wǎng)智研院柔性直流團隊牽頭，制定《柔性直流輸電系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究框架》，標(biāo)志公司柔性直流輸電技術(shù)研究正式啟動。
2007年國網(wǎng)智研院推動成立我國主導(dǎo)的首個國際大電網(wǎng)組織（CIGRE）工作組——CIGREB4.48，湯廣福博士擔(dān)任工作組召集人。
2009年4月，國網(wǎng)智研院確定基于模塊化多電平電壓源換流器拓?fù)涞娜嵝灾绷鬏旊娂夹g(shù)路線。
2011年7月25日，亞洲首項柔性直流輸電示范工程——上海南匯風(fēng)電場柔性直流輸電工程投入正式運行，公司成為繼ABB、西門子之后，世界第三家具備柔直成套設(shè)備研發(fā)和工程實施能力的企業(yè)。
2013年1月17日，國網(wǎng)智研院在世界上率先研制成功±320千伏/100萬千瓦柔性直流換流閥及閥控設(shè)備，并在DNVKEMA實驗室見證下通過所有型式試驗，該實驗室認(rèn)為此項成果具有打破世界紀(jì)錄的電壓和容量水平。
2015年12月17日，世界上電壓等級最高、輸送容量最大的雙極柔性直流輸電工程——廈門±320千伏/100萬千瓦柔性直流輸電科技示范工程正式投運。
一追溯我國柔性直流輸電技術(shù)成長史：新道路誰是開路人
我國柔性直流輸電技術(shù)發(fā)展要從2006年談起。
2006年5月，國家電網(wǎng)公司瞄準(zhǔn)這一電力領(lǐng)域最前沿、最迫切、最有挑戰(zhàn)性和最具應(yīng)用前景的高端技術(shù)，組織國內(nèi)權(quán)威專家在北京召開《柔性直流輸電系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究框架》研討會。會上，公司做出戰(zhàn)略性決策和部署，系統(tǒng)地提出柔性直流輸電技術(shù)研究總體規(guī)劃。該《框架》分為前期研究、基礎(chǔ)理論研究、關(guān)鍵技術(shù)研究及樣機研制、試驗規(guī)范及試驗?zāi)芰ㄔO(shè)研究、示范工程前期研究五個部分。與會專家一致建議國內(nèi)將基于VSC技術(shù)的直流輸電統(tǒng)一命名為“柔性直流輸電（HVDCFlexible）”。自此，公司柔性直流輸電重大科技專項全面啟動，我國柔性直流輸電技術(shù)發(fā)展的序幕正式拉開。在《框架》的指引下，由國網(wǎng)智能電網(wǎng)研究院副院長湯廣福牽頭，組建了柔性直流輸電技術(shù)與裝備研發(fā)團隊。
任何一件事在剛開始的時候，都會有許多可知與不可知的問題和困難。起步晚、研究難度大，跨國公司對柔性直流輸電技術(shù)嚴(yán)格保密，不發(fā)表一份圖紙、一張照片，不在刊物上發(fā)表學(xué)術(shù)文章，也不允許參觀。對于這樣的前沿科學(xué)，其攻關(guān)難度可想而知，唯有堅持自主創(chuàng)新這條路可走。
2006年6月，公司組織系統(tǒng)內(nèi)相關(guān)單位及國內(nèi)知名高校，開展柔性直流輸電基礎(chǔ)理論和前期研究。在湯廣福的帶領(lǐng)下，團隊本著將“地基”打深、打?qū)嵉睦砟睿ㄟ^機理分析、公式推導(dǎo)、模型搭建與仿真驗證等方式反復(fù)求證，于2007年年底開創(chuàng)我國柔性直流輸電基本技術(shù)體系。這是國內(nèi)首次針對柔性直流輸電技術(shù)理論開展系統(tǒng)化、全面化研究。
2007年年底，時任國網(wǎng)上海市電力公司總工程師的滕樂天果斷決策，在上海南匯風(fēng)電場開展柔性直流輸電技術(shù)工程示范。在堅實的理論基礎(chǔ)上，研發(fā)團隊著眼于工程應(yīng)用，開始了適用于高壓大容量柔性直流輸電技術(shù)路線的探索與嘗試。當(dāng)時，只有實際工程應(yīng)用的ABB公司采用的兩電平/三電平技術(shù)路線，存在運行損耗高、容量擴展困難等問題，成為制約柔性直流輸電技術(shù)發(fā)展及應(yīng)用的“短板”。而德國學(xué)者提出的模塊化多電平換流器拓?fù)湓谠砩夏芸朔鲜鋈毕荩?dāng)時尚處于概念提出階段，技術(shù)應(yīng)用在世界范圍內(nèi)一片空白，發(fā)展中國自己的柔性直流輸電技術(shù)，難度可想而知。
為此，國網(wǎng)智研院直流所所長賀之淵勇挑重?fù)?dān)，帶領(lǐng)年輕團隊向柔性直流輸電技術(shù)高峰挺進。他時常鼓勵大家：“磨刀不誤砍柴工，唯有選擇最佳的技術(shù)路線，才能贏得長足發(fā)展。”團隊從模塊化多電平換流器工作原理分析入手，延伸到技術(shù)難點、元器件采購、技術(shù)經(jīng)濟性等方面，論證工程應(yīng)用的可行性。
2009年4月，團隊大膽提出采用模塊化多電平換流器拓?fù)涞脑O(shè)想，并邀請國內(nèi)相關(guān)專家，組織召開基于MMC的柔性直流輸電技術(shù)討論會。與會專家經(jīng)過反復(fù)討論，對模塊化多電平柔性直流輸電技術(shù)路線給予肯定。此時，西門子和ABB等跨國公司也幾乎同時啟動了高壓大容量柔性直流輸電技術(shù)的探索。從此，我國成功進入世界電力裝備高端領(lǐng)域的賽場，并與世界領(lǐng)先跨國公司站在同一起跑線上。
會后，研發(fā)團隊開始第一代樣機的研制，以驗證MMC拓?fù)溆糜谌嵝灾绷鬏旊姷目尚行浴?010年4月，11電平MMC—HVDC低壓實驗平臺順利實現(xiàn)STATCOM、交流聯(lián)網(wǎng)及向無源負(fù)荷供電等功能，穩(wěn)態(tài)運行性能及動態(tài)響應(yīng)特性良好，驗證了MMC技術(shù)路線的可行性。研發(fā)團隊隨即乘勝追擊，先后攻克系統(tǒng)接入分析、主電路拓?fù)渑c參數(shù)優(yōu)化、控制保護策略設(shè)計、IGBT閥與閥控設(shè)備研制等十大關(guān)鍵技術(shù)難題。
2010年7月，首個MMC換流閥子模塊樣機開始試組裝。子模塊控制器的線路空間設(shè)計十分狹小，100多根線哪怕接錯或虛接一根，都會導(dǎo)致試驗失敗，甚至子模塊爆炸。設(shè)計負(fù)責(zé)人呂錚自告奮勇，開始第一個子模塊控制器的接線，他有條不紊地將每根線接了一遍又一遍，直至找到最合理、最優(yōu)化、最可靠的接線方式。就這樣，首個國內(nèi)柔直換流閥子模塊誕生。10月，具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的±30千伏/20兆瓦柔性直流換流閥一次性通過所有型式試驗。
同年底，上海南匯風(fēng)電場柔性直流輸電工程建設(shè)正式啟動。2011年7月25日，工程正式投運，我國實現(xiàn)了柔性直流輸電技術(shù)從無到有的突破，標(biāo)志著公司成為繼ABB、西門子之后，世界上第三家完全掌握柔性直流輸電成套設(shè)備設(shè)計、試驗、調(diào)試和生產(chǎn)全系列核心技術(shù)的企業(yè)。
上海柔直工程在我國柔性直流輸電發(fā)展史上所起的作用不容小覷，它實現(xiàn)了我國柔性直流輸電技術(shù)從概念到應(yīng)用的跨越，為后續(xù)研究及工程建設(shè)積累了寶貴的實踐經(jīng)驗。
二探求“柔性之劍”開刃之路：新紀(jì)錄誰是創(chuàng)造者
廈門柔性直流輸電工程的電壓等級和輸送容量雙雙創(chuàng)下國際之最，該工程在世界上首次采用雙極拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，標(biāo)志著我國真正實現(xiàn)柔性直流輸電技術(shù)領(lǐng)域的國際引領(lǐng)。工程換流閥由國網(wǎng)智研院自主研發(fā)，經(jīng)南瑞集團普瑞工程公司成果轉(zhuǎn)化和生產(chǎn)，擁有完全自主知識產(chǎn)權(quán)。
設(shè)計之路披荊斬棘
國網(wǎng)智研院對±320千伏/100萬千瓦柔性直流換流閥的研制，始于2011年。當(dāng)年，上海柔直工程順利投運，實現(xiàn)我國在柔性直流輸電領(lǐng)域零的突破。隨后，面向世界柔性直流技術(shù)巔峰的高壓大容量與多端柔性直流輸電技術(shù)的攻關(guān)啟動。
相較上海柔直工程，±320千伏/100萬千瓦不僅僅是數(shù)量上的提高，更是質(zhì)的改變。±320千伏/100萬千瓦柔性直流換流閥功率模塊串聯(lián)數(shù)和閥控規(guī)模大幅增加，暫穩(wěn)態(tài)電流應(yīng)力提高7倍左右，達到可關(guān)斷器件的承受極限，由此對換流閥冗余設(shè)計、絕緣配合、電磁兼容、過流過壓保護、電容均壓、閥控系統(tǒng)控制能力提出前所未有的挑戰(zhàn)。研發(fā)團隊不畏困難、勇往直前，最終，高電壓、大電流、強電磁場環(huán)境下?lián)Q流閥散熱、電壓尖峰抑制、電磁兼容問題以及閥控設(shè)備低開關(guān)頻率電容平衡等問題逐個突破。
2013年1月，國網(wǎng)智研院率先研制成功世界首個具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的±320千伏/100萬千瓦柔性直流換流閥及閥控設(shè)備樣機，并通過IEC62501等4項國際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的全部型式試驗，及國際權(quán)威認(rèn)證機構(gòu)挪威船級社（DNV）KEMA實驗室的見證。DNV在其官方網(wǎng)站上說：“這個（柔性直流換流閥）打破電壓和容量水平世界紀(jì)錄，標(biāo)志著模塊化多電平柔性直流輸電技術(shù)取得了重大成功。換流閥型式試驗的順利通過，是超級電網(wǎng)發(fā)展歷程中一個重要里程碑。”DNV亞太首席運營官比約恩˙陶恩˙馬克森評價說：“國網(wǎng)智研院取得的這項國際領(lǐng)先的技術(shù)成果，對全球能源領(lǐng)域做出了重大貢獻。”該成果還通過國家能源局組織的新產(chǎn)品技術(shù)成果鑒定，鑒定委員會認(rèn)為，該換流閥及閥控設(shè)備性能優(yōu)異，具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)，產(chǎn)品核心技術(shù)和總體技術(shù)性能處于國際領(lǐng)先水平。
縱然取得國際領(lǐng)先，團隊并沒有停下前進的腳步，他們以工程應(yīng)用為目標(biāo)繼續(xù)前行。賀之淵勉勵大家：“我們的換流閥唯有實現(xiàn)工程應(yīng)用才能說是真正的國際領(lǐng)先，就像戰(zhàn)士的考驗是在戰(zhàn)場上完成一樣，沒有經(jīng)歷過槍林彈雨的士兵，不能稱為好士兵。”為盡快實現(xiàn)±320千伏/100萬千瓦柔性直流換流閥及閥控設(shè)備的工程應(yīng)用，團隊全面開展工程化研究，并與普瑞工程公司簽署成果轉(zhuǎn)化合同。
2014年8月，普瑞工程公司中標(biāo)廈門柔直工程全部換流閥供貨合同。國網(wǎng)智研院直流所隨即啟動換流閥及閥控設(shè)備的設(shè)計工作。10月，完成換流閥設(shè)計定型。2015年1月，工程換流閥及閥控設(shè)備順利通過全部型式試驗。型式試驗中，換流閥亮點頻現(xiàn)，斬獲最快旁路開關(guān)、最先進智能驅(qū)動、最高效串并聯(lián)混合式散熱系統(tǒng)、高達35千安短路耐受能力等多項技術(shù)創(chuàng)新。隨后，換流閥開始批量生產(chǎn)。
調(diào)試之路所向披靡
2015年7月4日，首批4輛運載換流閥的貨車駛進廈門柔直工程兩座換流站，標(biāo)志著工程現(xiàn)場安裝工作正式啟動。國網(wǎng)智研院直流所作為換流閥安裝總指導(dǎo)，調(diào)派大批技術(shù)骨干前往現(xiàn)場。7月的廈門悶熱潮濕，閥廳的空調(diào)系統(tǒng)尚未啟動，溫度超過35攝氏度，濕度達80%以上。經(jīng)過4個多月艱苦奮戰(zhàn)，換流閥及閥控設(shè)備安裝完成。
2015年10月30日，工程啟動系統(tǒng)帶電聯(lián)調(diào)，國網(wǎng)智研院直流所負(fù)責(zé)換流閥及閥控設(shè)備的調(diào)試。與常規(guī)直流換流閥的均壓均流主要靠一次阻容回路實現(xiàn)不同，柔性直流換流閥需靠控制器主動控制實現(xiàn)均壓均流。子模塊控制器必須在能夠抵抗高壓大電流環(huán)境里電磁熱干擾的前提下，實現(xiàn)高速運算。為此，團隊設(shè)計了很多試驗，以驗證子模塊整體運行穩(wěn)定性。
據(jù)換流閥及閥控設(shè)備現(xiàn)場調(diào)試負(fù)責(zé)人趙巖介紹，在調(diào)試的關(guān)鍵階段，工程現(xiàn)場及國網(wǎng)智研院仿真中心、電力電子實驗室全體人員每天休息不足4小時，白天現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)問題，晚上分析問題，連夜在北京進行驗證，第二天現(xiàn)場修改，繼續(xù)調(diào)試。
研發(fā)團隊對科研理想的執(zhí)著追求，對現(xiàn)場調(diào)試的精益求精，對柔性直流的專業(yè)與專注，撐起了自主知識產(chǎn)權(quán)產(chǎn)品的可靠性。廈門柔直工程調(diào)試階段，換流閥經(jīng)受種種試驗考驗，整體運行平穩(wěn)、狀態(tài)良好。
三描繪未來宏偉藍圖：砥礪奮進鏗鏘前行
十年磨一劍。自2006年，國網(wǎng)智研院柔性直流研發(fā)團隊開展柔性直流基礎(chǔ)理論研究算起，已過去10個年頭。10年來，團隊系統(tǒng)研究了基礎(chǔ)理論與前期技術(shù)，全面掌握了核心技術(shù)，從樣機研制到小容量示范工程實施，再到世界最大容量換流閥設(shè)備研發(fā)及工程應(yīng)用。
潛心鉆研青春無悔，厚積薄發(fā)花開有時。10年的付出換來多項可圈可點的成果：編著我國在柔性直流輸電技術(shù)領(lǐng)域的首部學(xué)術(shù)專著——《基于電壓源換流器的高壓直流輸電技術(shù)》，推動成立我國主導(dǎo)的首個國際大電網(wǎng)組織（CIGRE）工作組，項目組成員參與起草柔性直流輸電領(lǐng)域目前所有國際電工委員會（IEC）標(biāo)準(zhǔn)，制訂形成國際標(biāo)準(zhǔn)和導(dǎo)則8項，CIGRE370導(dǎo)則將上海柔直工程列為柔性直流輸電技術(shù)在風(fēng)電場并網(wǎng)應(yīng)用的國際標(biāo)準(zhǔn)案例，獲得上海市科技進步一等獎、中國電力科技進步一等獎、中國專利金獎、國家創(chuàng)新團隊、海外工程承包資質(zhì)等。在中國柔性直流輸電領(lǐng)域，這個團隊扮演了探索者和引領(lǐng)者的角色，開創(chuàng)了我國柔性直流輸電的新紀(jì)元。
“雄鷹進入天空才能自由翱翔，小魚進入江河方可自在游動。電力科研的海洋，就是我們科研工作者盡情遨游的夢想初衷。”國網(wǎng)智院院長滕樂天時常勉勵大家，“堅持發(fā)展是硬道理，我們要以‘永遠在路上’的精神，把直流業(yè)務(wù)做精、做優(yōu)、做強、做大。”目前，團隊正進一步開展±500千伏、±800千伏柔性直流換流閥研制及工程關(guān)鍵技術(shù)研究，同時積極試水海外市場，實現(xiàn)走出國門、走向世界的目標(biāo)。
未來，團隊將繼續(xù)以“堅持創(chuàng)造、不斷引領(lǐng)”為宗旨，以改變未來大電網(wǎng)發(fā)展格局為己任，以直流電網(wǎng)以及全球能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)為契機，探索世界直流輸電技術(shù)的發(fā)展方向。
何為柔性直流？柔在何處？
柔性直流是繼交流、常規(guī)直流之后，以電壓源換流器為核心的新一代直流輸電技術(shù)，是目前世界上可控性最高、適應(yīng)性最好的輸電技術(shù)，被譽為“電力電子技術(shù)皇冠上的寶石”與“21世紀(jì)最為振奮人心的輸電技術(shù)革命”。
柔性直流輸電技術(shù)不存在換相失敗問題，可實現(xiàn)有功、無功功率的獨立控制，易于構(gòu)建多端直流網(wǎng)絡(luò)，可改善可再生能源接入性能，提高低電壓穿越能力和系統(tǒng)穩(wěn)定性。該技術(shù)為多端直流聯(lián)網(wǎng)、大型城市中心負(fù)荷供電提供了一個嶄新的解決方案，可向孤島、邊遠地區(qū)等比較薄弱的電網(wǎng)安全、經(jīng)濟、高效地輸電，是遠海風(fēng)電并網(wǎng)的最佳技術(shù)手段，是構(gòu)建智能電網(wǎng)和全球能源互聯(lián)網(wǎng)最具特色的技術(shù)之一，將給輸電方式和電網(wǎng)架構(gòu)帶來重要的變革。近幾年來在歐美呈井噴式發(fā)展態(tài)勢。
大事記
2006年公司組織，國網(wǎng)智研院柔性直流團隊牽頭，制定《柔性直流輸電系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究框架》，標(biāo)志公司柔性直流輸電技術(shù)研究正式啟動。
2007年國網(wǎng)智研院推動成立我國主導(dǎo)的首個國際大電網(wǎng)組織（CIGRE）工作組——CIGREB4.48，湯廣福博士擔(dān)任工作組召集人。
2009年4月，國網(wǎng)智研院確定基于模塊化多電平電壓源換流器拓?fù)涞娜嵝灾绷鬏旊娂夹g(shù)路線。
2011年7月25日，亞洲首項柔性直流輸電示范工程——上海南匯風(fēng)電場柔性直流輸電工程投入正式運行，公司成為繼ABB、西門子之后，世界第三家具備柔直成套設(shè)備研發(fā)和工程實施能力的企業(yè)。
2013年1月17日，國網(wǎng)智研院在世界上率先研制成功±320千伏/100萬千瓦柔性直流換流閥及閥控設(shè)備，并在DNVKEMA實驗室見證下通過所有型式試驗，該實驗室認(rèn)為此項成果具有打破世界紀(jì)錄的電壓和容量水平。
2015年12月17日，世界上電壓等級最高、輸送容量最大的雙極柔性直流輸電工程——廈門±320千伏/100萬千瓦柔性直流輸電科技示范工程正式投運。
