長期以來，特高壓直流輸電和柔性直流輸電的核心技術(shù)及其相應(yīng)的試驗方法，都掌握在極少數(shù)跨國公司手中，核心裝備國產(chǎn)化水平較低。這對我國電網(wǎng)建設(shè)的經(jīng)濟(jì)性、安全性和可持續(xù)發(fā)展都產(chǎn)生了極大阻礙。

日前，南方電網(wǎng)公司成功研制出世界首個特高壓柔性直流換流閥。這一特高壓柔性直流換流閥的成功研制，意味著南方電網(wǎng)在國際上首次將柔性直流技術(shù)推廣到±800千伏特高壓等級，送電容量提升至500萬千瓦，為柔性直流技術(shù)在±800千伏烏東德送電廣東直流工程以及后續(xù)特高壓直流輸電工程的實施提供堅實保障。

該項目實現(xiàn)了開關(guān)器件、電容部件集成的功率模塊單元，并以“搭積木”的方式構(gòu)建成800千伏大型閥塔，高15米、長9米、寬7米，重量約70噸，相當(dāng)于一架C919大型客機(jī)的重量。

換流閥是柔性直流輸電的心臟，是直流電和交流電相互轉(zhuǎn)換的橋梁，在柔性直流主設(shè)備中技術(shù)含量最高、挑戰(zhàn)最大。

過去，我國在高壓/特高壓直流裝備核心技術(shù)研發(fā)方面尚存在較大差距。換流閥方面一直沒有充分掌握核心技術(shù)，未能擺脫對跨國公司的依賴。到2008年底，世界上只有ABB和西門子2家公司具有直流換流閥的全部型式試驗?zāi)芰?，阿爾斯通公司只具有部分型式試驗?zāi)芰?。關(guān)于換流閥試驗方法及其成套試驗裝置的核心技術(shù)，各公司均對外嚴(yán)格保密。

如今，南方電網(wǎng)在換流閥等核心技術(shù)上不斷取得的成果，將為烏東德直流工程帶去72個這樣的大型閥塔。烏東德直流工程是特高壓多端直流示范工程，工程送電距離約1500公里，擬建設(shè)一回±800千伏、800萬千瓦特高壓直流輸電工程，輸送容量按云南送端800萬千瓦、廣東受端500萬千瓦、廣西受端300萬千瓦考慮，計劃2019年底部分投產(chǎn)、具備送電能力，2020年6月底前具備雙極送電能力。

圖為±320千伏/100萬千瓦廈門柔性直流輸電換流閥塔，刷新多項世界柔性直流輸電的歷史記錄。特高壓換流閥作為特高壓直流輸電的核心裝備，是交直流電能轉(zhuǎn)換的核心單元。

什么是柔性直流技術(shù)，為什么要在特高壓輸電中采用柔性直流技術(shù)呢?

特高壓直流輸電具有輸送距離遠(yuǎn)、輸送容量大、損耗低、占地省的特點，特別是對于遠(yuǎn)距離大容量的電力輸送，具有顯著的技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢。

2009年12月，世界首個±800 kV特高壓直流輸電工程云南—廣東特高壓直流輸電工程在南方電網(wǎng)投產(chǎn)，輸送容量500萬kW，送電距離約1373km，充分發(fā)揮了特高壓直流遠(yuǎn)距離大容量輸電優(yōu)勢。

雖然特高壓直流輸電有利于提高“西電東送”輸電效率，降低輸電損耗，節(jié)約輸電走廊資源，但也給電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行帶來風(fēng)險和難題。

2010年“8.19”事故時，南方電網(wǎng)經(jīng)受了第一次特高壓直流輸電大功率閉鎖的考驗。因云廣特高壓直流線路遭受雷擊，直流行波保護(hù)動作、直流測量系統(tǒng)受干擾出現(xiàn)異常等造成雙極相繼閉鎖，損失直流功率3750 MW。

采用柔性直流技術(shù)，可以進(jìn)一步增強(qiáng)對電網(wǎng)風(fēng)險可控性。傳統(tǒng)高壓直流輸電依賴于交流電網(wǎng)實現(xiàn)換相，穩(wěn)定運行需要交流系統(tǒng)有足夠的短路容量，近區(qū)交流系統(tǒng)故障會發(fā)生換相失敗，故障后恢復(fù)需要電網(wǎng)有足夠的動態(tài)無功支持，這些矛盾因素，是多直流集中饋入受端電網(wǎng)電壓穩(wěn)定問題的主要原因之一。

如果將電流比作河流，柔性直流輸電技術(shù)就像在川流不息的江河上建造一個水庫，既能接收上游河道的來水，又可以很從容地控制下游水的流量。

傳統(tǒng)輸電會因跳閘故障導(dǎo)致電力不能輸出，而柔性直流輸電在啟動時不需本地電源支撐，遇電網(wǎng)故障時，具有良好的快速恢復(fù)控制能力;當(dāng)全網(wǎng)失電時，還可以作為系統(tǒng)恢復(fù)電源。因此，它技術(shù)的設(shè)計容量可以從幾千千瓦到幾十萬千瓦，可以向無源網(wǎng)絡(luò)供電，尤其適用于偏遠(yuǎn)城鎮(zhèn)、村莊、孤島或海上鉆井平臺等地域。

未來電網(wǎng)中，柔性直流技術(shù)應(yīng)用于遠(yuǎn)距離輸電或電網(wǎng)背靠背聯(lián)網(wǎng)，對于交流故障時低電壓過渡能力大大增強(qiáng)，可以給近區(qū)電網(wǎng)提供動態(tài)無功支持，可降低未來復(fù)雜大電網(wǎng)的運行風(fēng)險。南方電網(wǎng)已經(jīng)在云南電網(wǎng)與南網(wǎng)主網(wǎng)異步聯(lián)網(wǎng)項目中采用了±350 kV、1000 MW的柔性直流背靠背換流站。此外，大容量直流輸電系統(tǒng)中采用逆變側(cè)為柔性直流技術(shù)，還可以降低工程造價。

柔性直流輸電還是目前國際上公認(rèn)的最具技術(shù)優(yōu)勢的風(fēng)電接入方式，適用于任何形式的風(fēng)電場并網(wǎng)。尤其是對于百兆瓦以上的遠(yuǎn)距離海上風(fēng)電場來說，采用柔性直流輸電方式進(jìn)行風(fēng)電并網(wǎng)，通常是唯一的技術(shù)手段。電源不穩(wěn)定，向來是風(fēng)電技術(shù)的瓶頸所在，柔性直流輸電技術(shù)系統(tǒng)好比一扇閘門，不僅能將風(fēng)電平緩地接入電網(wǎng)，系統(tǒng)還具備“自我感應(yīng)”功能，引入電源時，“閘門”開啟的幅度可隨風(fēng)力強(qiáng)弱而相應(yīng)收放。

與傳統(tǒng)輸電方式相比，除了控制性能有極大的提高外，柔性直流輸電一般采用地下或海底電纜，對周圍環(huán)境影響甚微，占地面積僅為同等容量下傳統(tǒng)直流電站的20%。

世界上第一條柔性直流輸電工程由ABB公司于1997年投運，我國在柔性直流輸電技術(shù)研究方面的起步相對較晚，我國第一條擁有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的柔性直流輸電線路，是2011年7月正式投入運行的上海南匯風(fēng)電場柔性直流輸電工程，使國家電網(wǎng)公司也成為繼ABB、西門子之后全球第三個掌握該項技術(shù)的公司，這也是亞洲首個20 MVA/+30 kV柔性直流輸電示范工程。

如今，在特高壓柔直的許多關(guān)鍵技術(shù)上，中國已經(jīng)完成了從落后到超越。