還記得
“張北的風，點亮北京的燈”
的故事嗎？
此刻，
在張北一望無際的大草原上，
許多巨大的風力發(fā)電機葉片
正緩緩轉動。
綠色電能
通過一張看不見的網
被源源不斷送往北京，
點亮了首都的璀璨燈光。
這張網，
就是擁有12項世界第一的
±500千伏張北柔性直流電網
試驗示范工程
（簡稱“張北柔直工程”）。
這項工程到底有多牛？
柔性直流輸電技術
是一項很先進的輸電技術。
從“點對點”的
柔性直流輸電技術，
到柔性直流電網，
中間走過了幾十年，
中國完成了從跟跑到領跑。
2020年，
我國率先攻克了
三大技術難題，
建成了具有里程碑意義的
世界首個柔性直流電網工程
——張北柔直工程。
柔性直流電網是
中國原創(chuàng)、國際領先的
重大技術創(chuàng)新，
是破解新能源開發(fā)利用
世界難題的“中國方案”，
是國家電網公司構建新型電力系統(tǒng)、
踐行“雙碳”目標的重要行動。
▲張北柔直工程線路。
張北柔直工程打造了
世界首個四端環(huán)形柔性直流電網，
新建中都、康巴諾爾、阜康、延慶
4座±500千伏換流站，
總換流容量900萬千瓦。
▲張北柔直工程±500千伏中都換流站。
這項工程助力冬奧北京會
實現了奧運史上
首次全時段100%“綠電”供應，
為解決新能源匯集與送出問題
樹立了典范。
▲2022年冬奧北京會主會場被“綠電”點亮。
在全球裝機規(guī)模最大的
抽水蓄能電站——
豐寧抽水蓄能電站
“削峰填谷”的配合下，
張北柔直工程平穩(wěn)地
將“綠電”送到北京。
▲豐寧電站上水庫。
然而，歷史上，
柔性直流技術的發(fā)展，
并非一帆風順。
以柔克剛，
是中國的傳統(tǒng)智慧。
中國電力人用這樣的智慧
解決了
100多年前愛迪生一直想解決的
大功率直流斷開這個難題。
人們對于輸電技術的
認識和研究始于直流。
1882年，歷史上首次
遠距離直流輸電實驗獲得成功。
然而，
早期的直流輸電存在
變壓器變換困難、
功率難以提升、
發(fā)電機不易換向、
可用功率低等缺點。
后來，
交流輸電技術日益成熟
并得到廣泛應用。
我國第一個特高壓試驗示范工程
也是交流工程。
▲1000千伏晉東南—南陽—荊門特高壓交流試驗示范工程線路。
歷史，總是螺旋式前進的。
隨著技術的發(fā)展，
直流輸電又重回舞臺的中央。
20世紀50年代，
高壓大容量的可控汞弧整流器
研制成功，
為高壓直流輸電的發(fā)展
創(chuàng)造了條件。
但是，2010年以前，
柔性直流輸電技術一直掌握在
國際電力企業(yè)巨頭手中。
這些國際企業(yè)
寧可不參與中國的
柔性直流輸電工程，
也不愿意向中國
輸出該技術和產品。
中國柔性直流輸電工程
的技術研究與應用起步較晚，
但中國電力人憋著一口氣，
他們日夜兼程，奮起直追！
2011年7月，
亞洲首個具有自主知識產權的
柔性直流工程——
上海南匯風電場
柔性直流輸電工程投運。
▲上海南匯風電場柔性直流輸電工程。
2014年7月，
世界首個五端柔直工程——
浙江舟山±200千伏
五端柔性直流
科技示范工程正式投運，
標志著我國
在柔性直流輸電技術領域
走在了世界前列。
▲浙江舟山±200千伏五端柔性直流科技示范工程。
2015年12月，
福建廈門±320千伏
柔性直流輸電
科技示范工程正式投運，
刷新了電壓等級和
輸送容量的世界紀錄。
這一工程標志著
我國全面掌握了
高壓大容量柔性直流輸電
關鍵技術和工程成套能力，
柔性直流輸電技術
達到國際引領水平。
▲廈門±320千伏柔性直流輸電科技示范工程。
2020年6月29日，
張北柔直工程竣工投產。
▲張北風電場。
中國電力人首次突破了
柔性直流電網構建與
穩(wěn)定控制的核心技術，
提出了柔直組網、
多點匯集、
多能互補的
直流電網拓撲和系統(tǒng)方案，
建立了
柔直電網穩(wěn)定控制體系，
攻克了柔直電網功率盈余與
孤島接入新能源的穩(wěn)定控制等
技術難題，
成功實現了
世界首個直流電網的穩(wěn)定運行。
張北柔直工程創(chuàng)造了這份
12項世界第一的榜單。
榜單上的每一項，
都是電力史上的一顆明珠，
其背后，
都飽含了中國電力人的
智慧和汗水，
都有著不平凡的故事。
柔性直流輸電技術的發(fā)展過程，
也是中國制造崛起的過程。
▲張北柔直工程變壓器安裝現場。
張北柔直工程
應用了我國自主研發(fā)的
世界上最高電壓等級、
最大開斷能力的直流斷路器，
世界上最高電壓等級、
最大換流容量的柔性直流換流閥，
世界上最大功率的
全控可關斷器件等。
這項“中國方案”的
核心技術和關鍵設備均為
國際首創(chuàng)。
▲±500千伏延慶換流站閥廳內的閥塔。
2006年，
國家電網公司啟動
柔性直流輸電技術專項研究。
當時，外國專家曾說：
“這項技術，
中國人10年絕對干不出來。”
沒有一份圖紙、一張照片，
也沒有任何學術文章可供參考，
10年，我們不但做出來了，
還達到了世界領先水平！
作為直流電和交流電
相互轉換的橋梁，
柔性直流換流閥
被稱為柔直工程的“心臟”，
是柔性直流項目中
技術含量最高、挑戰(zhàn)最大的
主設備之一。
▲張北柔直工程換流閥安裝現場。
畫了數百張圖紙，
提交了幾十份報告，
開展數百次試驗
研制換流閥樣機，
經過多次迭代升級……
國家電網的研發(fā)人員
一路摸爬滾打，
成功研制出
±500千伏/3000兆瓦級
柔性直流換流閥。
它的可靠性水平
超越國外同類產品，
總體技術性能達到
國際先進水平，
部分技術指標國際領先。
▲±500千伏延慶換流站全站24座閥塔有3168個子模塊、26000多個水管接頭、1500多個主通流回路接觸面和7606根光纖。
絕緣柵雙極型晶體管（IGBT），
是變流器的控制核心，
被稱電力系統(tǒng)的“CPU”。
過去，
大功率IGBT器件被進口產品壟斷。
在張北柔直工程中，
我國自主研制的
世界上最大功率
全控可關斷器件——
4.5kV/3kA壓接式IGBT器件，
實現大批量工程應用。
自主化芯片研制、
封裝工藝和批量化生產應用
等方面的技術難題被攻克，
國產大功率IGBT器件
達到國際先進水平，
解決了柔性直流
“卡脖子”難題，
極大提升了
器件通流能力及可靠性。
▲負壓耦合式直流斷路器。
我國自主研制的世界首批500千伏
混合式、負壓耦合式和機械式
三種拓撲結構的直流斷路器，
首次攻克了“大電流直流開斷”
這一世界性難題，
解決了全控型電力電子器件
5倍電流關斷、
毫秒級高速機械開關設計、
550千伏高電位可靠供能裝置等
系列技術問題，
具備3毫秒內開斷高達25千安的
直流短路電流能力，
突破了直流組網的瓶頸，
實現了我國直流輸電
從“線”到“網”的質變。
▲研發(fā)人員開展技術攻關。
一項項技術創(chuàng)新的背后，
又是多少個不眠之夜！
▲張北柔直工程送出線路作業(yè)現場。
除了技術裝備，
圍繞張北柔直工程，
中國電力在基礎理論研究、
試驗能力建設、
工程系統(tǒng)集成等方面，
都取得了一大批
國際領先的創(chuàng)新成果，
電力技術的整體水平得到提升。
▲國家電網仿真中心超算中心。
國家電網仿真中心
對張北柔直工程
進行了5800個工況、
8萬余次仿真計算，
開展了工程并網特性、
運行方式安排、控制保護策略、
故障應對措施等全方位的
仿真分析和試驗驗證，
保障了工程順利投產。
未來，我國
世界最高水平的柔性直流電網
試驗和仿真條件，
將持續(xù)助力
柔性直流輸電技術創(chuàng)新發(fā)展。
▲國家風光儲輸示范工程二期擴建工程現場。
張北柔直工程將一種全新的
新能源傳輸與消納方式
從構想變?yōu)楝F實。
當我們回顧這項工程的時候，
看到的全是這些動詞——
和這樣的形容詞——
內心充滿了自豪感。
中國柔直技術
后發(fā)而先至，
其中飽含著中國智慧，
更體現了中國人的
志氣、骨氣、底氣！
▲2021年9月28日，±500千伏中都換流站首次年度檢修現場。
如今，張北柔直工程
每年為我們帶來
141億千瓦時的清潔電力，
相當于
北京市用電量的十分之一。
它不但把
國家風光儲輸示范工程的
清潔電送出，
而且惠及了張家口
1110座光伏扶貧電站
和10萬戶農村人口。
上下游產業(yè)鏈活力大增，
創(chuàng)造1萬多直接就業(yè)崗位，
實現了
穩(wěn)經濟、惠民生、促發(fā)展。
剛柔并濟，后發(fā)先至，
中國智慧，世界方案。
砥礪前行，未來可期！
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策劃｜賀煥峰 張云
撰稿&責編｜師維藝
美編｜李洋 張競如
感謝｜國網經研院、國網冀北電力
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