厲害了“追風(fēng)人”

本文格式為Word版，下載可任意編輯——厲害了，“追風(fēng)人”,蔡侗辰

你能想象遠(yuǎn)在青海的陽(yáng)光能為中原“充電〞嗎？

我國(guó)風(fēng)能、太陽(yáng)能資源豐富，但它們卻像草原上的“野馬〞，性情不定，難以馴服。

有這樣一個(gè)團(tuán)隊(duì)，短短幾年時(shí)間，他們突破了一個(gè)個(gè)世界級(jí)難題，創(chuàng)造了一項(xiàng)項(xiàng)世界第一。在他們的努力下，特高壓直流輸電成為國(guó)家戰(zhàn)略級(jí)技術(shù)，和高鐵、北斗一樣，成為享譽(yù)世界的“中國(guó)名片〞。他們是國(guó)家電網(wǎng)經(jīng)研院直流技術(shù)攻關(guān)團(tuán)隊(duì)，他們被稱作馴服風(fēng)光野馬的“追風(fēng)人〞。完全擺脫“洋拐棍〞

為了馴服風(fēng)能、太陽(yáng)能，2022年他們便開展了大量基礎(chǔ)性研究。當(dāng)時(shí)我國(guó)在柔性直流輸電技術(shù)方面沒有任何經(jīng)驗(yàn)，國(guó)外相關(guān)核心技術(shù)又嚴(yán)加封鎖?！霸诮拥焦こ倘蝿?wù)時(shí)，攻關(guān)團(tuán)隊(duì)每個(gè)人心中都惴惴擔(dān)心，完全沒有成功的把握，有的同志提出以市場(chǎng)換技術(shù)的方式找外方搞技術(shù)引進(jìn)，但幾次接觸下來，技術(shù)轉(zhuǎn)讓條件苛刻，我們根本無法接受。〞國(guó)網(wǎng)經(jīng)研院直流技術(shù)中心主任樂波坦言。

這支攻關(guān)團(tuán)隊(duì)太年輕了，剛組建時(shí)平均年齡還不到30歲。帶著一股開拓創(chuàng)新、永不服輸?shù)钠磩?，他們開始了披荊斬棘的闖關(guān)之旅。

舟山工程是國(guó)家電網(wǎng)第一個(gè)商業(yè)化的柔性直流工程，也是世界首個(gè)五端柔性直流工程，主接線要比國(guó)外的兩端工程繁雜得多。整個(gè)工程要用的設(shè)備有上百種，每種設(shè)備又有多種型式，排列組合起來就有上千種，大量設(shè)備連見都沒見過，更別說熟練使用和布置。

接到任務(wù)后，團(tuán)隊(duì)迅速分工，有的總結(jié)以前常規(guī)工程的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，有的研究新設(shè)備的功能和特點(diǎn)，有的開展理論分析，有的搭建仿真模型。其間，他們提出了幾十種方案，但經(jīng)過反復(fù)仿真分析，都滿足不了五端直流安全穩(wěn)定運(yùn)行的要求。

只好全部推倒，從頭再來。

又經(jīng)過數(shù)月的“閉關(guān)修煉〞，世界首個(gè)五端柔性直流工程主接線終究完成，完全打破了未來可能的外方知識(shí)產(chǎn)權(quán)限制，完全做到了自主化設(shè)計(jì)。

舟山工程后，他們又“攻下〞了供電可靠性要求更高的廈門工程?！艾F(xiàn)在，外方為了提高工程可靠性，反而模仿起‘中國(guó)方案，我們的身份也實(shí)現(xiàn)了從‘學(xué)生到‘老師的綺麗轉(zhuǎn)變。〞樂波高傲地說。

在沒有任何資料可供借鑒的狀況下，攻關(guān)團(tuán)隊(duì)拿下了一個(gè)又一個(gè)世界難題，實(shí)現(xiàn)多項(xiàng)技術(shù)零的突破，形成一套完整的柔性直流輸電成套設(shè)計(jì)體系，完全擺脫了“洋拐棍〞，實(shí)現(xiàn)了柔性直流輸電技術(shù)領(lǐng)域的“彎道超車〞和“中國(guó)引領(lǐng)〞。創(chuàng)造12項(xiàng)世界第一

2022年6月29日，張北柔性直流電網(wǎng)工程竣工投產(chǎn)，來自草原的綠色動(dòng)能點(diǎn)亮了京城的萬家燈火。張北工程不僅能夠滿足冬奧會(huì)的100%清潔供電需求，還將每年向北京輸送225億度清潔電力，相當(dāng)于北京年用電量的十分之一。

“柔性直流電網(wǎng)技術(shù)可以操縱電能靈活轉(zhuǎn)向，適應(yīng)新能源的波動(dòng)，是目前世界上最先進(jìn)的輸電技術(shù)。〞樂波說，張北工程采用了我國(guó)原創(chuàng)、世界領(lǐng)先的柔性直流電網(wǎng)新技術(shù)，把過去不可控的風(fēng)能變?yōu)榭煽貎?yōu)質(zhì)電能?！肮こ虅?chuàng)造了12項(xiàng)世界第一，提出了破解新能源大規(guī)模開發(fā)利用世界級(jí)難題的中國(guó)方案。〞

12項(xiàng)沉甸甸的世界第一，凝結(jié)著科研人員戰(zhàn)勝重重困難、戰(zhàn)勝層層挑戰(zhàn)所付出的艱辛和努力。

靈活可靠消納新能源，首先碰見的難題是要研制確保電網(wǎng)安全的新設(shè)備、新技術(shù)。“直流電網(wǎng)設(shè)計(jì)的難點(diǎn)在于要應(yīng)對(duì)不經(jīng)常發(fā)生的嚴(yán)重故障，解決這個(gè)問題，就必需找到能確保電網(wǎng)安全的‘速效救心丸。〞團(tuán)隊(duì)技術(shù)骨干李探博士說。

李探一畢業(yè)，就和團(tuán)隊(duì)一頭扎入柔性直流電網(wǎng)的資料堆，從查公式、編程序開始，一晃就是5年時(shí)間。研發(fā)之初，由于相關(guān)技術(shù)在世界范圍內(nèi)都處于完全空白狀態(tài)，沒有任何經(jīng)驗(yàn)可供借鑒，團(tuán)隊(duì)只能從零開始。然而正是這張“白紙〞，給年輕的科研人員提供了從理論到實(shí)踐的廣闊舞臺(tái)。

不設(shè)權(quán)威、自由發(fā)揮、勉勵(lì)原創(chuàng)是團(tuán)隊(duì)組建時(shí)就確定的工作原則。從“半橋式換流閥+直流斷路器〞到“全橋式換流閥〞，他們大膽假設(shè)、提防求證，從“交流耗能裝置〞到“直流耗能裝置〞，他們嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致、一絲不茍，經(jīng)歷了數(shù)月“白加黑〞“5+2〞的鏖戰(zhàn)和面紅耳赤的整治，終究實(shí)現(xiàn)了“首臺(tái)套〞直流斷路器和交流耗能裝置的重大技術(shù)突破。

張北工程的聯(lián)調(diào)試驗(yàn)需要依靠于“新能源〞和“柔性直流電網(wǎng)〞的真實(shí)模型，這兩個(gè)高度繁雜的系統(tǒng)，單獨(dú)拿出來進(jìn)行建模已經(jīng)困難重重，進(jìn)行聯(lián)合測(cè)試更是從未有過先例。

400多面操縱屏柜，通過上萬根線纜連接起來，將新能源和4座換流站組合在一起，建立起反映電網(wǎng)真實(shí)特性的超大規(guī)模仿真系統(tǒng)。僅啟動(dòng)一次，就要花費(fèi)數(shù)小時(shí)。

“這只是邁出了平臺(tái)構(gòu)建的第一步。〞試驗(yàn)室負(fù)責(zé)人厲璇介紹，“在資源條件有限的狀況下，還要確切刻畫繁雜系統(tǒng)的快速變化特性，這是更加關(guān)鍵的一步。〞幾十個(gè)新能源場(chǎng)站，四端柔性直流電網(wǎng)，包含了數(shù)十萬元件、上萬根光纖，對(duì)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)運(yùn)算能力提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。為了實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)運(yùn)算，如此巨大的系統(tǒng)在每個(gè)毫秒都要進(jìn)行幾十億次仿真計(jì)算，這儼然是一個(gè)超級(jí)計(jì)算系統(tǒng)，超算能力對(duì)系統(tǒng)配置提出了不可能達(dá)到的要求。

為了實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)運(yùn)算目標(biāo)，必需另辟蹊徑?！皩⑾到y(tǒng)和元件進(jìn)行有效簡(jiǎn)化后，我們所提出的多項(xiàng)等值技術(shù)將仿真速度提升了近60%，完全達(dá)到工程精度。〞厲璇說。在對(duì)模型進(jìn)行逐步等值的過程中，科研人員們經(jīng)歷了種種坎坷和失敗，一個(gè)錯(cuò)誤的脈沖信號(hào)，一個(gè)程序的輕微漏洞，或一個(gè)設(shè)置不合理的參數(shù)，都簡(jiǎn)單導(dǎo)致系統(tǒng)報(bào)錯(cuò)或失穩(wěn)崩潰。

在團(tuán)隊(duì)齊心協(xié)力下，終究建立起世界首個(gè)大規(guī)模新能源柔直并網(wǎng)硬件在環(huán)實(shí)時(shí)仿真試驗(yàn)系統(tǒng)。電力天路從規(guī)劃變成現(xiàn)實(shí)

青海是我國(guó)清潔能源最豐富的省份之一，新能源發(fā)電量已經(jīng)超過青海省全省用電負(fù)荷，急需將大量富裕的清潔電力送到上千公里之外的中東部負(fù)荷中心，變資源優(yōu)勢(shì)為經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。

“能否將匯集新能源的系統(tǒng)電壓操縱穩(wěn)定是工程設(shè)計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn)。〞工程負(fù)責(zé)人盧亞軍向記者介紹。多年來，國(guó)網(wǎng)經(jīng)研院直流技術(shù)攻關(guān)團(tuán)隊(duì)提出的“升級(jí)版〞特高壓技術(shù)，涵蓋了多項(xiàng)穩(wěn)定系統(tǒng)電壓的“獨(dú)門絕技〞，這些措施在專門輸送新能源的青?！幽希ㄇ嘣ィ?00千伏特高壓直流工程中得到成功應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了成果轉(zhuǎn)化，極大提升了特高壓直流對(duì)新能源送出的適應(yīng)性。

“我們對(duì)直流系統(tǒng)的過電壓水平進(jìn)行了上百次迭代仿真校核，優(yōu)化了高海拔下均壓電極設(shè)計(jì)，有效縮短了設(shè)備間的空氣間隙，確保設(shè)備運(yùn)行萬無一失，根本上消除了設(shè)備的‘高原反應(yīng)，保證了高原換流站的運(yùn)行性能與平原保持一致。〞盧亞軍說。

考驗(yàn)接踵而來。

由于風(fēng)光能源不穩(wěn)定、功率波動(dòng)大，電網(wǎng)對(duì)變壓器的電壓調(diào)理能力要求較以往工程更高。分接開關(guān)是變壓器執(zhí)行電壓調(diào)理功能的最核心裝備，其設(shè)計(jì)一直是制約國(guó)產(chǎn)化的“卡脖子〞技術(shù)難題。如何提高分接開關(guān)的運(yùn)行可靠性，是擺在團(tuán)隊(duì)面前必需解決的一道難題。

科研團(tuán)隊(duì)深入研究了各種技術(shù)措施可能性，提出了幾十種技術(shù)方案，推導(dǎo)了上百頁(yè)分析算稿，經(jīng)過反復(fù)研究論證仿真，確定了通過有效降低分接開關(guān)動(dòng)作次數(shù)提高系統(tǒng)可靠性的技術(shù)方案，最終實(shí)現(xiàn)了分接開關(guān)動(dòng)作次數(shù)減少90%，顯著提高了設(shè)備使用壽命，保障了工程的順利投運(yùn)和安全運(yùn)行。同時(shí)，研究成果也在所有已投運(yùn)的特高壓工程中推廣應(yīng)用。

2022年12月30日，青豫工程正式投入商業(yè)運(yùn)行，來自青藏高原的可再生能源跨越千里，點(diǎn)亮中原。

“電力天路在我們手里從規(guī)劃變成現(xiàn)實(shí)，成為造福人民的幸福之路、光明之路和清潔之路。〞樂波驕傲地說。從陸上風(fēng)電到遠(yuǎn)海風(fēng)電

2022年8月6日，我國(guó)首個(gè)遠(yuǎn)海風(fēng)電經(jīng)直流送出工程——XX如東海上風(fēng)電柔性直流輸電工程的成套設(shè)計(jì)順利通過業(yè)主組織的專家評(píng)審。

“遠(yuǎn)海風(fēng)電開發(fā)送出，我們沒有任何經(jīng)驗(yàn)可供借鑒，技術(shù)也被嚴(yán)格封鎖，但我們要敢為人先！〞樂波說，“依據(jù)豐富的柔性直流工程經(jīng)驗(yàn)，我們一定能獨(dú)立啃下這塊‘硬骨頭，核心技術(shù)把握在自己手里才能保障能源安全。不僅要把握核心技術(shù)，還要建立中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)，帶動(dòng)國(guó)產(chǎn)化裝備走出去。〞

海上換流站是建設(shè)在遠(yuǎn)離陸地、大海深處的風(fēng)能匯集與轉(zhuǎn)換平臺(tái)，建設(shè)費(fèi)用高，緊湊化、輕型化設(shè)計(jì)要求與大規(guī)模風(fēng)電集中送出相互矛盾。“設(shè)計(jì)方案需要在保證風(fēng)電安全可靠送出的前提下盡量減少海上換流站的設(shè)備重量和數(shù)量。〞工程負(fù)責(zé)人趙崢介紹。經(jīng)過多輪技術(shù)方案比選，攻關(guān)團(tuán)隊(duì)決定先對(duì)主接線“動(dòng)手術(shù)〞，砍掉一般換流站“標(biāo)配〞的限流裝置等大型設(shè)備，讓同類設(shè)備“身兼多職〞，盡量壓縮海上設(shè)備數(shù)量。

在沒有任何資料可供借鑒的狀況下，攻關(guān)團(tuán)隊(duì)拿下了一個(gè)又一個(gè)世界難題，實(shí)現(xiàn)多項(xiàng)技術(shù)零的突破，形成一套完整的柔性直流輸電成套設(shè)計(jì)體系，完全擺脫了“洋拐棍〞，實(shí)現(xiàn)了柔性直流輸電技術(shù)領(lǐng)域的“彎道超車〞和“中國(guó)引領(lǐng)〞。

與張北工程類似，如東工程也需要使用耗能裝置。為使海上平臺(tái)有效“瘦身〞，團(tuán)隊(duì)挖掘設(shè)備潛力，提出采用“直流〞耗能裝置這一新型設(shè)備，把原本安裝在海上換流站的耗能裝置移植到陸上換流站，使得海上平臺(tái)面積大大縮小。設(shè)備首次使用，沒有任何設(shè)計(jì)、設(shè)備生產(chǎn)和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，難度極大，只能將難點(diǎn)化整為零，各個(gè)擊破?！懊鎸?duì)新的技術(shù)方案，我們要心懷敬畏，任何一個(gè)小的疏忽都可能導(dǎo)致億萬投資打了水漂。〞樂波說，“任何一處改動(dòng)，我們都要反復(fù)計(jì)算、迭代仿真，絕不含混。〞經(jīng)過一年的集中攻關(guān)，團(tuán)隊(duì)提出了3種典型的設(shè)計(jì)方案，其中，“集中式耗能〞方案成功應(yīng)用于如東工程，實(shí)現(xiàn)了成果轉(zhuǎn)化。

由于出海成本高、時(shí)間長(zhǎng)，為運(yùn)行維護(hù)帶來了諸多不便，高可靠性成為工程設(shè)計(jì)必需考慮的因素?！拔覀?yōu)楹Ｉ蠐Q流站的關(guān)鍵設(shè)備配置了一定數(shù)量的‘替身和‘備份，可以自動(dòng)切換，設(shè)備運(yùn)行壓力小了不少。〞趙崢說，“例如變壓器就采用兩臺(tái)并聯(lián)運(yùn)行的設(shè)計(jì)方案，當(dāng)一臺(tái)變壓器故障時(shí)，另一臺(tái)變壓器可以暫時(shí)輸送海上風(fēng)電場(chǎng)發(fā)出的所有電能，從而避免能量損失。〞

“我們一直在做基礎(chǔ)研究和技術(shù)方案升