應(yīng)用于柔性直流輸電線路的高壓大容量換流閥
2006年~2008年，主要是打深、打?qū)?ldquo;地基”階段，科研團隊在國內(nèi)首次建立了柔直研究的基礎(chǔ)理論體系。2008年~2010年，科研人員著眼于適應(yīng)高壓大容量的新技術(shù)路線，全面掌握了最先進的MMC—HVDC(模塊化多電平柔性直流)系統(tǒng)的機理、設(shè)計和控制方法，并通過樣機研制，驗證了理論的正確性與技術(shù)路線的可行性。
湯廣福回憶說，樣機研制階段不但工作繁重，還充滿難以想象的危險。樣機研制的關(guān)鍵——IGBT是一種高頻率器件，在實際科研中，IGBT發(fā)生爆炸的情形很普遍。IGBT爆炸時，如果碎片射到人體，與中槍無異。
2008年冬天的一個周末，在IGBT驅(qū)動短路測試中，突然“轟”的一聲巨響，IGBT發(fā)生爆炸。科研人員就在被測設(shè)備周圍，所幸沒有人員受傷?？焖偬幚砗螅瑏聿患昂笈碌目蒲腥藛T迅速更換了零部件，繼續(xù)工作。經(jīng)歷爆炸的極度危險，通過幾十次、幾百次試驗的不斷優(yōu)化、檢驗，IGBT數(shù)字驅(qū)動器百煉成金，研制取得成功。
在全面突破關(guān)鍵技術(shù)瓶頸并成功研制出樣機的基礎(chǔ)上，他們經(jīng)過6版設(shè)計，3代樣機研制，40余次專家技術(shù)評審會，最終成功研制出柔直換流閥、MMC閥基控制器等成套設(shè)備，并在上海南匯風電場柔性直流輸電示范工程中得到成功應(yīng)用。
“我們深知其中的艱難。但是，過去6年一步一個腳印，一步一個跨越，讓我們始終充滿信心。”研發(fā)團隊成員賀之淵說。
目前，普瑞工程公司在該領(lǐng)域已申報國內(nèi)專利100余項、國際專利6項，發(fā)表論文50多篇，編撰專著2部。他們還主導編著CIGRE報告一部，參與了IEC所有與柔直相關(guān)的國際標準制定，主導我國唯一的柔直國家標準制定。
破冰起航：上海工程實現(xiàn)亞洲柔直夢
2011年年初，在上海南匯臨海處的一個小飯館，一群穿著工服的年輕人過了午夜才吃上晚飯。因為非常累，吃得又晚，這些20多歲的小伙子個個飯量驚人。飯店服務(wù)員忍不住問：“你們是哪個工地的，工作咋這么累？”原來，服務(wù)員把他們當成是在附近工地干活的務(wù)工人員了。他們捧腹大笑，回答道：“我們是‘柔電工’。”
幾個月后，一條有關(guān)亞洲首條柔直示范工程投運的消息，如一記響雷，在國內(nèi)外直流領(lǐng)域炸響。普瑞工程公司成為ABB（1999）、西門子（2010）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)。
近些年，風電產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，但低電壓穿越問題一直沒有得到圓滿解決。依托示范工程，科研人員將風電場故障穿越能力提高50%，顯示出柔直技術(shù)在新能源并網(wǎng)方面的獨特優(yōu)勢。
柔直成套設(shè)備研制不僅實現(xiàn)了完全自主知識產(chǎn)權(quán)，還帶動了相關(guān)產(chǎn)業(yè)的優(yōu)化升級。以新型高強度絕緣槽梁為例，科研人員與廠家聯(lián)合攻關(guān)，使槽梁兼?zhèn)淞肆己玫碾姎庑阅芎土W性能，2米多長的絕緣梁在承受1噸的壓力時，最大變形量不到2毫米，阻燃和電氣性能突出。試驗完成后，廠家負責人開玩笑地說：“普瑞工程的人都是瘋子。但是我們要感謝這幫瘋子，他們不僅提升了我們的設(shè)計和生產(chǎn)能力，還給我們帶來了廣闊的市場。”
7月25日，在上海工程投運暨專家鑒定會上，專家認為：該項目具有獨立自主知識產(chǎn)權(quán)，經(jīng)受了實際運行的考驗，運行穩(wěn)定可靠，整體達到國際先進水平，其中模塊化多電平換流器動態(tài)模擬仿真、高電壓寬范圍直流取能、全數(shù)字化分段式IGBT驅(qū)動等技術(shù)達到國際領(lǐng)先水平，建議盡快開展更高電壓、更大容量工程的技術(shù)研究和推廣應(yīng)用。
示范工程中所取得的技術(shù)成果得到了國際專家的認可，CIGRE B4-39報告專題介紹了示范工程，相關(guān)技術(shù)成果被大量引用至CIGRE 48工作組報告。湯廣福不無自豪地說：“在這個領(lǐng)域，我們真正讓中國聲音變得響亮！”
質(zhì)的蛻變：向高壓大容量挺進
遼寧大連作為我國東部沿海重要的國際化城市，對帶動區(qū)域經(jīng)濟、政治、文化發(fā)展具有重要意義。而大連地域狹長，三面臨海，暴風雪等極端天氣頻發(fā)，現(xiàn)有供電線路密集，地區(qū)負荷增長顯著，急需在海上建立第二輸電通道，提高電網(wǎng)供電能力及可靠性。國家電網(wǎng)公司最終確定了320千伏/100萬千瓦柔直技術(shù)作為最優(yōu)解決方案。
作為世界已知容量最大的柔直工程，大連跨海柔性直流輸電重大科技示范工程將額定電流、電壓推向了頂峰，已達到可關(guān)斷器件的承受極限。對于科研人員而言，唯有將各個環(huán)節(jié)、各個器件進行精細化設(shè)計，達到完美境界，才能真正成就巔峰之作。
為此，普瑞工程公司依托國家電網(wǎng)公司的相關(guān)重點科技項目，在系統(tǒng)分析與設(shè)計、換流閥研制、控制系統(tǒng)研制、實時仿真測試系統(tǒng)、閥型式試驗方法與技術(shù)5個方面實現(xiàn)全面突破。他們已掌握高壓大容量柔直換流閥系列關(guān)鍵技術(shù)，完成樣機研制并通過型式試驗。閥控系統(tǒng)能在100微秒內(nèi)實現(xiàn)對2600個節(jié)點的快速控制保護，全面提升對換流閥運行性能的保護。此外，普瑞工程公司還配合浙江省電力公司，完成舟山海島互聯(lián)柔性直流輸電重大科技示范工程的可行性研究和初步設(shè)計。
湯廣福說：“我們的產(chǎn)品已全面超越國外同類產(chǎn)品，極具市場競爭力。我們迫切希望能加快技術(shù)的推廣應(yīng)用，在工程中展現(xiàn)‘中國創(chuàng)造’與‘中國引領(lǐng)’的巨大魅力！”
敢為人先：測試平臺的“中國基因”
今年8月，在CIGRE 2012年會上，普瑞工程公司技術(shù)專家介紹了搭建全規(guī)模數(shù)?；旌蟿幽；旌蠝y試平臺的情況，這在國際上屬首次提出，引起了不小反響。這意味著，在實驗室就能全面校驗柔性直流成套設(shè)備，將工程現(xiàn)場提前搬進實驗室。這對柔性直流輸電技術(shù)的推廣應(yīng)用起到難以估量的作用。
賀之淵說：“一個多月后，世界首個萬節(jié)點數(shù)?；旌蟿幽y試平臺也即將建成，我國在此領(lǐng)域的技術(shù)成果將再一次讓世界矚目！”
數(shù)?；旌蟿幽y試平臺，從思路提出、設(shè)計規(guī)劃到具體實施，每一步都是“中國創(chuàng)造”，每一項都是“世界首例”。目前，動模測試平臺已突破包括一體化MMC換流閥動模低壓模型設(shè)計技術(shù)，換流閥模型電場、磁場綜合應(yīng)力分析與電磁兼容研究在內(nèi)的8項關(guān)鍵技術(shù)突破，即將完成調(diào)試，全面建成。
僅僅一年半的時間，動模測試平臺就實現(xiàn)了從小容量等效試驗到高壓大容量全效試驗的飛躍，這里邊每一個想法，每一項技術(shù)，每一個細節(jié)，都充滿著“中國基因”。這是一種充滿創(chuàng)新的律動，蘊含著萬千希望。
這一股“柔性的力量”，正推動世界能源利用進入新的維度，開創(chuàng)世界能源供給的新紀元。普瑞工程公司正全力以赴，積極參與這場振奮人心的技術(shù)革命。
柔性直流輸電是以電壓源換流器為核心的新一代直流輸電技術(shù)，廣泛適用于風力發(fā)電等間歇式能源并網(wǎng)、重要負荷供電、孤島供電、電網(wǎng)黑啟動、多端直流聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域，是構(gòu)建智能電網(wǎng)的特色技術(shù)之一。開展柔性直流輸電技術(shù)，是國網(wǎng)智能電網(wǎng)研究院打造全直流產(chǎn)業(yè)鏈的一項關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
