南方电网:十年自主创新 破解世界难题
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摘要:4月29日,广东省委、省政府在广州召开广东省科学技术奖励大会暨全省科技创新大会。中共中央政治局委员、广东省委书记胡春华,省长朱小丹等领导为获奖代表颁奖,南方电网公司总经理钟俊代表公司上台领奖。此次大会共评出广东省科学技术奖261项,其中特等奖2项,南方电..

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4月29日,广东省委、省政府在广州召开广东省科学技术奖励大会暨全省科技创新大会。中共中央政治局委员、广东省委书记胡春华,省长朱小丹等领导为获奖代表颁奖,南方电网公司总经理钟俊代表公司上台领奖。此次大会共评出广东省科学技术奖261项,其中特等奖2项,南方电网公司“交直流并联大电网关键技术研究及工程实践”项目摘得2013年度广东省科学技术奖特等奖。

   该项目是南方电网公司落实国家西电东送战略最核心的技术支撑。中国工程院院士、南方电网公司专家委员会主任委员李立浧认为,该项目开辟了交直流并联远距离、大容量送电的技术道路,确立了我国在世界大电网技术领域的领先地位,对世界能源开发利用格局将产生深远影响。据悉,该项技术已被巴西、印度等国内外电网企业广泛借鉴,应用前景广阔。

   目前,南方电网公司已在南方区域建成了“八交七直”、输电能力超过3000万千瓦的世界最大规模交直流并联电网,并一直保持安全稳定、经济高效运行。2003年至2013年,累计输送西部电能9614亿千瓦时,为国家节省输电走廊用地2.4万公顷,减少发电标煤2.8亿吨,减排二氧化碳7.45亿吨、二氧化硫537万吨,取得了巨大的经济和社会效益。 本报记者 黄勇华  

十载自主创新 破解世界难题

公司“交直流并联大电网关键技术研究及工程实践”斩获2013年度广东省科学技术奖特等奖

   ●“交直流并联大电网关键技术研究及工程实践”开辟了交直流并联远距离、大容量送电的技术道路

   ●依托项目成果,南方电网公司建设与运行了世界上规模最大、输电能力最强、运行效益最好的交直流并联大电网系统,确立了我国在世界大电网技术领域的领先地位

   2003 交直流并联电网稳控技术基本成型

   2004 开始建设交直流实时仿真平台

   2007 多直流广域阻尼控制系统投入运行

   2009 直流融冰技术投入应用

   2011交直流电网在线综合防御系统投入运行

   ▇国内外评价

   广东省科学技术奖专家鉴定委员会:

   项目成果处于国际领先水平

   由广东省科技厅组织,包括杨奇逊院士、程时杰院士等9名国内电力系统领域的院士和资深专家在内的鉴定委员会发布的鉴定结论为:技术原创性强,产生了巨大的经济效益和社会效益,形成的交直流并联大电网技术体系已成为能源资源大规模跨区域优化配置的重要手段,为我国和世界能源工业发展提供重要借鉴。项目成果处于国际领先水平。

   国际大电网会议(CIGRE)主席KlausFroehlich:

   特高压直流输电工程占领了世界制高点

   特高压直流输电工程,有效解决了能源基地与负荷中心之间远距离、大规模、大容量电力输送难题,占领了世界直流输电领域的制高点,对推动特高压直流输电技术在世界范围的运用和世界电力行业发展意义重大。

   2000年12月26日,天广直流输电工程极I投运,标志着我国第一个交直流并联运行电网正式形成。历经十余载发展,南方电网公司已在南方区域建成了“八交七直”、输电能力超过3000万千瓦、世界最大规模的交直流并联电网,成功实现了我国能源资源跨区域大规模优化配置。这一连接粤、桂、滇、黔、琼五省(区)电网、东西跨度约2000公里的大电网,从2003年至2013年,累计输送西部电能9614亿千瓦时。日前,由南方电网公司组织下属科研单位,联合高等院校、设备厂家共同攻关的“交直流并联大电网关键技术研究及工程实践”摘得2013年度广东省科学技术奖特等奖。

   西电东送历史发展的必然选择

   项目来源于需求。

   我国能源资源储存和使用呈逆向分布,南方区域(粤、桂、黔、滇、琼)中云南和贵州两省一次能源保有量占五省(区)的90.5%,而广东GDP占该区域约2/3。

   2000年,中央提出“十五”期间西电新增向广东送电1000万千瓦的重大决策,西电东送成为国家发展战略。

   “以前通过就近建设燃煤电厂解决东部用电,但由于环境污染压力大、东部土地资源稀缺等问题,决定了不能继续沿用既有模式,而必须将西部丰富的水力和煤炭资源就地发电并输送到东部。”南方电网公司系统运行部李鹏博士介绍说,西电东送不同以往电网“就近送电”的方式,它是远距离大容量送电。

   中国工程院院士、南方电网公司专家委员会主任委员李立浧认为,采用交直流并联输电技术,是满足大容量、远距离送电和电网运行灵活性需要,落实国家西电东送战略的最优选择。他表示,发展远距离大容量送电、将西部的一次能源转化为电能送往东部,是保障东部能源供应,同时促进西部经济发展的重要手段,而交直流并联输电既充分发挥了直流输电远距离、大容量、可控性强的特点,又能发挥交流输电的联网功能。

   自主创新攻克多项世界级难题

   保证电网安全稳定运行是公司的“生命线”。据公司科技部副主任郑耀东介绍,交直流并联运行的一个很大特性,就是交直流相互影响问题。譬如当设备发生故障造成直流闭锁时,直流功率可能会瞬间降为零,这部分电力将转移到交流通道上去,“这就好比原本是一条平缓的河流,突然遇到了洪水的冲击”。交直流相互影响问题是交直流并联电网技术研究的基础,也是交直流并联电网规划与安全运行必须解决的重大课题。

   “交直流系统相互影响、机电电磁暂态过程相互交织、多直流落点集中,这些都是世界级的难题。”李鹏解释说,在该项目实施前,国内外均无建设运行大规模交直流并联电网的经验。

   没有成熟技术借鉴,意味着只能在探索中前进。南网人化挑战为动力,投入大量的人力、物力,从2003年开始,组织下属科研单位,联合高等院校、设备厂家等组成产学研合作团队,开始进行一系列的技术攻关。

   从2003年的“两交两直”,发展为如今的“八交七直”,历经十余年发展,南方电网西电东送规模从小到大、交直流并联技术体系日趋完善。从交直流并联电网稳控技术基本成型,到2011年交直流电网在线综合防御系统投入运行,项目探索实践取得了多个技术突破:

   ——创立了交直流并联大电网关键技术体系,建立了世界上规模最大的交直流电网稳定控制系统;

   ——在世界上首次揭示了直流输电换相失败和闭锁的规律;

   ——在世界上首次研发了基于多控制中心模型自动拼接的大电网的安全稳定防御系统,投运了世界首套基于广域信息的多直流协调控制系统。

   此外,该项目还研发了交直流网损优化、跨流域水电群优化、煤耗在线监测等节能与经济运行技术,构建了世界上规模最大的交直流并联电网全景式实时数字仿真平台。

   科技体现核心竞争力

   郑耀东说,科技的目的不是为了获奖,而是要服务于公司主营业务。他认为,对南方电网公司来说,就是要以科技为支撑,为社会提供可靠的电能。

   2013年5月,国际大电网会议(CIGRE)指导委员会的专家学者在参观楚雄换流站时,CIGRE主席KlausFroehlich表示,南方电网公司的直流技术发展,处在行业领先水平,将带给同行很多有益的启发。

   目前,在世界5个具有多条交直流输电线路并联输电的电网中,国外的交直流并联电网均出现过不同程度的停电事故,而基于自主创新关键技术应用的南方电网,在交直流并联大电网快速发展中一直保持安全稳定、经济高效运行。

   “这绝不是偶然。”李立浧在接受记者采访时表示,历经十余年的深入研究和发展,南方电网公司建立了世界上最大的安全稳定自控系统,如今在世界大电网中广泛应用,交直流并联技术奠定了南方电网技术研究在世界上的领先地位,体现了国际领先水平。

   ▇对话

   “纲举目张”引领行业发展

   ——对话中国工程院院士、南方电网公司专家委员会主任委员李立浧

   问:交直流并联大电网关键技术对于南方电网来说意味着什么?

   答:交直流并联大电网关键技术是南方电网的核心,也可以说是南方电网的“纲”,抓住了这个纲,就能做到纲举目张,就等于牵住了南方电网安全的牛鼻子。

   中国的直流发展规模是世界上最大的,而南方电网的直流发展,主要体现在交直流并联运行上。与其他国家在交流非常完善的情况下发展直流不同,南方电网是在交流电网通道比较薄弱的时候快速建设直流大通道,形成“八交七直”的并联运行大电网,这个规模是世界上没有的。因此,我们遇到的技术难题也是世界上所没有的。比如直流多落点,在广东电网内就有8个,这是世界上罕见的规模。交直流相互影响,这是很多国家以前没有认真研究过的世界难题。研究直流多落点、多回直流协调控制、交直流并联大电网的安全稳定系统和网损优化,这些都是南方电网公司面临的世界级挑战。

   问:在防御大电网停电风险上,南方电网有何独到之处?

   答:2003年美国发生大停电后,南方电网公司启动了“大容量远距离输电安全送电稳定运行的问题研究”项目,该项目被列为国家安全专项课题。从这时开始,南方电网开始进行系统的研究直流技术安全运行问题。

   交直流并联运行,一个最大的安全问题,就是在遇到多重故障的情况下,怎么样去解决。从上世纪90年代开始,我们就开始注意研究交直流并联运行的问题,从最初提出的安全自动装置,发展到如今的安全稳定自动系统,已经成为电网运行的必须配置的内容,安全稳定自动系统成为了国家标准的专业名词。

   南方电网公司建立了世界上最大的安全稳定自动系统,从根本上解决了大面积停电的问题。在这个安全控制图中,可以看到有100多个点安装了完善的安自装置,每个点本身都有控制策略,整个系统也有控制策略。在研究直流多落点的相互影响上,我们做的不光是定性研究,而且做到了定量研究,比如交流单永故障引起直流换相失败后,在900毫秒切除故障,直流可以迅速恢复。在世界上以前还没有人做到这个研究水平。

   通过这些研究,南方电网公司创立了大规模交直流并联电网安全防御技术,建立了世界上规模最大的交直流电网安全稳定控制系统,研发了基于多控制中心模型自动拼接的交直流并联大电网安全稳定在线监测和综合防御系统。所以说从2000年有了交直流并联电网,到现在一直保持安全稳定运行,不是偶然的,是由于我们做了大量卓有成效的工作,有严密的制度和措施。

   问:这个项目是典型的“产学研用”模式,它对直流领域和产业发展有何影响?

   答:通过这项研究,极大促进了我国直流输电技术的发展,也为世界其他国家发展直流输电提供了有益的借鉴。

   同时,项目对国内输变电装备行业发展起到了巨大的推动作用。在南方电网建设的这些工程中,都特别注意国产化。从第一个工程开始,我们就强调国产化的规模,比如500千伏交流工程,国产化比例已经从最初的30%逐步上升到如今接近100%。“产学研用”模式的深入,也使国内相关企业在控制保护技术,特别是二次设备的技术研究上,已经处于了世界领先水平。

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