近日，青?！幽稀?00千伏特高壓直流工程（以下簡稱“青豫直流”）正式啟動(dòng)送電，工程建設(shè)取得重大進(jìn)展。工程全面投產(chǎn)后每年可向河南輸送清潔電量400億千瓦時(shí)，在支撐青海能源支柱產(chǎn)業(yè)發(fā)展的同時(shí)，有效解決華中地區(qū)電力供需矛盾，改善大氣環(huán)境質(zhì)量。
青豫直流創(chuàng)下多項(xiàng)世界第一，其中包括首次研發(fā)應(yīng)用升級(jí)版的特高壓輸電技術(shù)。何為升級(jí)版特高壓輸電技術(shù)？在保障青豫直流運(yùn)行中，升級(jí)版特高壓輸電技術(shù)又將發(fā)揮什么作用？
十余項(xiàng)工程成功實(shí)踐，特高壓直流形成系列技術(shù)方案和成果
2010年7月8日，向家壩—上?！?00千伏特高壓直流輸電示范工程投入運(yùn)行。該工程由我國自主研發(fā)、自主設(shè)計(jì)、自主建設(shè)，是當(dāng)時(shí)世界上電壓等級(jí)最高、輸送容量最大、送電距離最遠(yuǎn)、技術(shù)水平最先進(jìn)的直流輸電工程，代表了當(dāng)時(shí)世界高壓直流輸電技術(shù)的最高水平。之后，錦屏—蘇南、哈密南—鄭州、溪洛渡左岸—浙江金華±800千伏特高壓直流輸電工程陸續(xù)投運(yùn)，特高壓直流輸電容量由640萬千瓦逐步提升至720萬千瓦、800萬千瓦，直流主設(shè)備國產(chǎn)化率達(dá)到80%以上，實(shí)現(xiàn)了輸電容量和核心設(shè)備國產(chǎn)化率雙提升。
2017年，錫盟—泰州、扎魯特—青州±800千伏特高壓直流輸電工程建成投運(yùn)。兩項(xiàng)工程的額定直流電流和額定容量均為6250安、1000萬千瓦，受端分層接入特高壓交流電網(wǎng)，國家電網(wǎng)進(jìn)入大容量特高壓直流輸電階段。上述工程在國家大氣污染防治、打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)中發(fā)揮了重要作用。
2019年9月26日，準(zhǔn)東—皖南±1100千伏特高壓直流輸電工程投運(yùn)。該工程是目前世界上電壓等級(jí)最高的直流輸電工程，實(shí)現(xiàn)了直流電壓、輸送容量、交流網(wǎng)側(cè)電壓的全面提升，經(jīng)濟(jì)輸電距離提升至3000～5000千米。
經(jīng)過10余項(xiàng)特高壓直流輸電工程的成功實(shí)踐，±800千伏特高壓直流輸電技術(shù)實(shí)現(xiàn)了輸電容量、接入系統(tǒng)電壓等級(jí)和接入系統(tǒng)方式等方面的突破，形成了一系列技術(shù)方案和成果：固化了±800千伏特高壓直流主接線方式，推出了過電壓與絕緣配合標(biāo)準(zhǔn)，制訂了標(biāo)準(zhǔn)化控制保護(hù)方案，等等。特高壓直流輸電技術(shù)經(jīng)過探索示范、優(yōu)化提升，最終形成技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，為工程落地提供了有力支撐。
統(tǒng)籌確定成套設(shè)計(jì)方案，提升青豫直流安全裕度及可靠性水平
青豫直流是為了支撐青海新能源大規(guī)模開發(fā)而規(guī)劃建設(shè)的特高壓輸電通道，也是世界上第一條專為清潔能源外送而建設(shè)的輸電大通道，對推動(dòng)國家能源轉(zhuǎn)型意義重大。這對工程安全、質(zhì)量等各方面提出了更高要求。
作為首個(gè)完全輸送清潔能源發(fā)電的特高壓直流工程，青豫直流面臨新能源機(jī)組與特高壓直流協(xié)調(diào)控制、大電網(wǎng)安全穩(wěn)定等系統(tǒng)難題。同時(shí)，送端±800千伏海南換流站海拔接近2900米，是我國目前海拔最高的特高壓換流站。送端換流站與750千伏合樂變電站及調(diào)相機(jī)工程、受端換流站與1000千伏駐馬店變電站合建，必須統(tǒng)籌確定適合的技術(shù)方案。
升級(jí)版的特高壓直流工程要依靠升級(jí)版特高壓直流輸電技術(shù)來保障。在國家電網(wǎng)有限公司確定工程定位后，承擔(dān)工程成套設(shè)計(jì)任務(wù)的國網(wǎng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院有限公司把升級(jí)版特高壓輸電技術(shù)的研發(fā)重點(diǎn)從“做大”升級(jí)到“做優(yōu)”，以本質(zhì)安全為目標(biāo)，圍繞工程運(yùn)行可靠性和全壽命周期利用效率，開展核心技術(shù)研發(fā)和方案設(shè)計(jì)，以成套方案為引領(lǐng)，全面提升工程安全裕度、標(biāo)準(zhǔn)化及可靠性水平。
升級(jí)版特高壓直流輸電技術(shù)研發(fā)與青豫直流成套設(shè)計(jì)同步進(jìn)行。國網(wǎng)經(jīng)研院第一時(shí)間成立攻關(guān)團(tuán)隊(duì)，提煉在運(yùn)工程成果、挖掘提升空間、確定攻關(guān)方向。過電壓與絕緣配合、海拔修正、閥廳空氣凈距、無功配置、控制策略……各專業(yè)協(xié)同推進(jìn)，解決一項(xiàng)項(xiàng)技術(shù)問題。在提出直流新技術(shù)、成套新方案及新型控制策略后，國網(wǎng)經(jīng)研院依托國家能源特高壓直流輸電工程成套設(shè)計(jì)研發(fā)（實(shí)驗(yàn)）中心，開展控制保護(hù)聯(lián)調(diào)試驗(yàn)，全面校核驗(yàn)證方案。經(jīng)過數(shù)次推理、演算、仿真及工程1351項(xiàng)聯(lián)調(diào)試驗(yàn)的完整驗(yàn)證，攻關(guān)團(tuán)隊(duì)如期提出了升級(jí)版特高壓直流輸電技術(shù)方案，并將其有機(jī)融入工程成套設(shè)計(jì)與核心設(shè)備研制中。
特高壓直流輸電技術(shù)升級(jí)，支撐新能源電力大規(guī)模送出
升級(jí)版特高壓直流輸電技術(shù)研發(fā)以青豫直流為依托，其核心是提高工程的安全性、以技術(shù)進(jìn)步促進(jìn)關(guān)鍵設(shè)備升級(jí)換代，以及在安全裕度、性能指標(biāo)提高的同時(shí)有效保障工程的經(jīng)濟(jì)性。升級(jí)版特高壓直流輸電技術(shù)在哪些方面進(jìn)行了“升級(jí)”？
直流系統(tǒng)過負(fù)荷能力大幅提升。以往特高壓直流輸電工程的長期、2小時(shí)和3秒過負(fù)荷能力通常為額定功率、1.05倍額定功率和1.2倍額定功率。升級(jí)版特高壓直流輸電技術(shù)大幅提升直流過負(fù)荷能力，青豫直流長期、2小時(shí)和3秒過負(fù)荷能力分別提升至1.1倍額定功率、1.2倍額定功率和1.3倍額定功率。在系統(tǒng)故障或需要緊急頻率控制時(shí)，青豫直流依靠強(qiáng)大的過負(fù)荷能力，可高效發(fā)揮對送受端電網(wǎng)的緊急支援作用。
設(shè)備安全裕度和標(biāo)準(zhǔn)化水平顯著提高。青豫直流的直流系統(tǒng)主要電氣點(diǎn)的電壓耐受水平均采用合理最大值并保留一定裕度。送端換流站位于高海拔地區(qū)，設(shè)備外絕緣按3000米海拔高度統(tǒng)一修正，絕緣水平更高。送受端換流站均按照重污區(qū)標(biāo)準(zhǔn)一次配置外絕緣到位。按照網(wǎng)側(cè)電壓、短路阻抗和運(yùn)輸方式不同，攻關(guān)團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了3種不同參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化換流變壓器，保障了同一型號(hào)、同一技術(shù)路線換流變壓器具有互換性。送受端換流變壓器容量按送端統(tǒng)一設(shè)計(jì)，受端換流變壓器的容量裕度得到提高。換流變壓器網(wǎng)側(cè)套管、閥側(cè)套管、穿墻套管的通流能力與在運(yùn)1000萬千瓦容量的特高壓直流工程保持一致，換流閥持續(xù)通流能力和短路電流耐受能力均得到提高。交流濾波器小組斷路器統(tǒng)一接受了5輪C2級(jí)（容性電流開合過程中非常低的重?fù)舸└怕剩┰囼?yàn)考核，遠(yuǎn)高于國際通行的一輪C2級(jí)試驗(yàn)考核標(biāo)準(zhǔn)。
運(yùn)行控制策略更加靈活。青豫直流以輸送新能源電力為主。受光伏發(fā)電、風(fēng)電的隨機(jī)性、波動(dòng)性影響，工程直流系統(tǒng)輸電功率調(diào)節(jié)頻繁。如果采用傳統(tǒng)的控制策略，換流變壓器分接開關(guān)、交流濾波器等設(shè)備頻繁動(dòng)作，會(huì)造成設(shè)備損耗增加、壽命降低。升級(jí)版特高壓直流輸電技術(shù)包含換流變分接開關(guān)新型控制策略，依托換流閥的靈活調(diào)節(jié)，可降低分接開關(guān)動(dòng)作次數(shù)。根據(jù)計(jì)算，工程從最小功率升至額定功率，送端分接開關(guān)動(dòng)作次數(shù)可由13次降至3次，設(shè)備使用壽命顯著提高。
直流系統(tǒng)運(yùn)行性能更優(yōu)。針對青豫直流，升級(jí)版技術(shù)提出了優(yōu)化直流系統(tǒng)運(yùn)行性能、降低故障擾動(dòng)下?lián)Q流站暫態(tài)過電壓等多項(xiàng)技術(shù)儲(chǔ)備措施，如電流控制器智能調(diào)節(jié)技術(shù)、可控避雷器過電壓抑制方案等。這些技術(shù)措施通過改善直流系統(tǒng)運(yùn)行性能，為新能源電力輸送能力提升提供了換流站解決方案，進(jìn)一步提升了大規(guī)模新能源特高壓直流送出系統(tǒng)的友好性。
6月，青豫直流雙極低端直流系統(tǒng)啟動(dòng)調(diào)試，歷時(shí)19天。直流系統(tǒng)經(jīng)受住了低端全電壓、全電流及過負(fù)荷的運(yùn)行考核，全部設(shè)備功能性能得到系統(tǒng)驗(yàn)證。7月22日，該工程雙極低端直流系統(tǒng)順利通過168小時(shí)試運(yùn)行后正式投入運(yùn)行。
升級(jí)版特高壓直流輸電技術(shù)的成功研發(fā)和應(yīng)用有效提升了工程安全性，促進(jìn)了我國電力裝備制造水平提升，進(jìn)一步鞏固了我國在特高壓輸電領(lǐng)域的技術(shù)優(yōu)勢，可為后續(xù)建設(shè)的特高壓直流輸電工程提供樣板和借鑒。
（作者單位：國網(wǎng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院有限公司）
