專訪 | 特變電工吳金龍：柔性直流支撐深遠海風電，前景廣闊

自2007年建成第一臺海上風電機組以來，我國海上風電實現(xiàn)了跨越式發(fā)展。我國深遠海海上風電儲量資源豐富，充分發(fā)掘深遠海風能資源，有助于加快沿海省份能源轉(zhuǎn)型，深遠海風電將成為未來新能源發(fā)展的重點。

隨著中國提出“2030年碳達峰、2060年碳中和”的戰(zhàn)略目標，海上風電的重要性愈加凸顯。

不過在海上風電發(fā)展的過程中，輸送消納的難題也開始凸顯。隨著中國海上風電開始向深遠海挺近，大規(guī)模并網(wǎng)的難題進一步提升。傳統(tǒng)交流傳輸方式受電纜充電功率限制，僅適用于近海小容量風電并網(wǎng)，而遠海大容量海上風電必須采用柔性直流并網(wǎng)技術。

目前國內(nèi)柔性直流輸電技術發(fā)展情況如何？成本構(gòu)成及降本路徑又有怎樣的進展？《能源》雜志為此專訪了特變電工新能源公司副總經(jīng)理（研究院）兼柔輸公司總經(jīng)理吳金龍，共同探討柔性直流輸電技術的發(fā)展。

《能源》：當海上風電走向深遠海，海纜系統(tǒng)成為漂浮式風電輸電的關鍵裝備，在柔性直流輸電技術領域有何布局？

吳金龍：在柔性直流輸電技術領域，主要在聯(lián)接變壓器、柔性直流換流閥兩個核心裝備方面進行布局。在柔性直流換流閥方面，公司目前具有IGBT換流閥、IGCT換流閥兩條技術路線；在系統(tǒng)拓撲方面，具有MMC直流換流閥、M3C低頻閥兩條技術路線；在應用場景研究方面，主要聚焦陸上能源大基地送出、海上風電送出以及電網(wǎng)柔性分區(qū)互聯(lián)三大場景，并適當拓展中壓直流并網(wǎng)應用場景。

《能源》：目前主流的海上風電匯集送出技術主要有工頻交流輸電和柔性直流輸電兩種，柔性低頻交流輸電可以發(fā)揮怎樣的作用？

吳金龍：柔性低頻交流輸電是工頻交流和直流輸電的有益補充，特別適合于中等距離的海上風電送出場景。柔性低頻輸電系統(tǒng)輸電頻率為20Hz左右，與工頻交流輸電相比，通過降低輸電頻率，可以減少輸電線路的充電功率消耗，從而提高輸電容量、距離和效率。與直流輸電相比，具有交流電網(wǎng)易于組網(wǎng)和保護的優(yōu)勢。與現(xiàn)有的工頻交流和直流輸電相比，柔性低頻輸電技術一般在70-300km海域內(nèi)海上風電匯集送出領域有著明顯的經(jīng)濟優(yōu)勢。

《能源》：目前柔性直流輸電技術發(fā)展到了什么階段，相比于交流輸電的優(yōu)勢是什么，對于項目業(yè)主來說，什么情況下會優(yōu)先考慮柔性直流輸電技術？

吳金龍：自2010年開始，在國內(nèi)已建成10余個柔性直流輸電項目，目前中國柔性直流輸電已經(jīng)進入特高壓時代，技術處于世界領先水平。與交流輸電相比，柔性直流輸電具有如下方面的優(yōu)勢：一是高壓直流輸電損耗小，特別適用于遠距離大規(guī)模輸電場景；二是控制能力強，可以實現(xiàn)有功無功的解耦控制，優(yōu)化電網(wǎng)潮流分布，增強電網(wǎng)運行經(jīng)濟性和安全性；三是實現(xiàn)新能源的友好接入，通過快速響應和精確控制技術，更好的應對風電、光伏等新能源的間歇性和波動性。

在國家“3060”雙碳戰(zhàn)略目標牽引下，新能源開發(fā)利用的節(jié)奏顯著加快，柔性直流技術是實現(xiàn)大規(guī)模新能源友好并網(wǎng)外送最佳解決方案，未來將在大規(guī)模新能源跨區(qū)外送、電網(wǎng)網(wǎng)架優(yōu)化、城市可靠供電、深遠海風電送出等場景都會有大量的應用需求。

《能源》：柔性直流輸電項目的成本構(gòu)成是什么樣的，經(jīng)濟性如何，降本途徑有哪些？

吳金龍：柔性直流輸電系統(tǒng)的成本構(gòu)成主要包括：設計費用、設備費用、施工安裝調(diào)試費用、工程管理費用、土地及環(huán)境費用，由于換流閥采用全控型電力電子器件，整體成本較高，但是隨著輸電距離的增加和輸電容量的增大，其經(jīng)濟性將逐步凸顯。目前降本的主要途徑在于：柔直換流閥的輕量化和緊湊化設計，更高電壓等級和電流等級的新型功率器件應用，IGBT、直流電容等關鍵部件的國產(chǎn)化等。

《能源》：柔性直流輸電系統(tǒng)的發(fā)展趨勢是什么，有哪些急需解決的技術難題？

吳金龍：目前，柔性直流輸電系統(tǒng)發(fā)展趨勢主要有：一是更高電壓等級更大輸電容量，未來特高壓柔性直流輸電單端容量將突破8GW甚至10GW，從而顯著降低輸電系統(tǒng)單位造價和輸電成本；二是具有更強電網(wǎng)運行適應能力的構(gòu)網(wǎng)控制技術，通過構(gòu)網(wǎng)控制控制技術，提高電網(wǎng)穩(wěn)定運行能力和新能源消納能力；三是數(shù)字化和智能化技術的在柔性輸電系統(tǒng)中的運用，從而顯著提高柔性直流輸電系統(tǒng)的可用率和運維水平。亟待解決的技術難題包括：高壓大功率IGBT器件的研制、構(gòu)網(wǎng)控制技術的工程應用轉(zhuǎn)化、預測性智能運維技術應用等。

《能源》：目前特變在柔性低頻輸電技術的研發(fā)和創(chuàng)新方面有哪些進展？能解決哪些工程痛點？

吳金龍：特變電工新能源公司一直深耕柔性輸電技術，在柔性低頻輸電領域是具有低頻換流器相關工程業(yè)績的廠家。公司聯(lián)合國內(nèi)一流大學共同研制的M3C變頻器已在中國電科院張北新能源基地開展示范應用。針對海上風電送出的高壓柔性低頻交流輸電T-HVAC-300換流閥（220kV/304MW）及閥控產(chǎn)品已研制成功，完成第三方機構(gòu)的型式試驗，并通過專家組見證，該產(chǎn)品具有完全自主知識產(chǎn)權。在柔性低頻交流輸電換流閥閥組件及閥控可靠性設計、控制保護核心算法、低頻設備試驗方法、換流閥降損、智能運維等方面，公司開展了深入研究，其中換流閥多物理場緊湊化設計技術、多層級橋臂均壓技術、橋臂容錯控制技術和雙側(cè)寬頻振蕩抑制技術處于行業(yè)領先水平；這些技術成果的應用，將極大提升低頻輸電系統(tǒng)的運行經(jīng)濟性、運行可靠性和運行穩(wěn)定性，從而更加友好的實現(xiàn)大規(guī)模海上風電的低頻接入。

《能源》：除了海上風電，柔性輸電技術在哪些領域可以應用？其優(yōu)勢和特點有哪些？

吳金龍：除了海上風電以外，柔性直流輸電的應用前景非常廣闊：一是應用于陸上大型能源基地外送，可以實現(xiàn)風電、光伏的純孤島穩(wěn)定送出，實現(xiàn)西電東送的能源轉(zhuǎn)移，滿足國民經(jīng)濟發(fā)展需要；二是應用于交流電網(wǎng)的柔性分區(qū)互聯(lián)，通過柔性直流背靠背系統(tǒng)，將交流電網(wǎng)進行可控性柔性隔離，降低電網(wǎng)短路電流、阻斷交流電網(wǎng)故障傳播范圍，增強供電穩(wěn)定性；三是城市高可靠性供電，對于輸電走廊進展地區(qū)，通過直流輸電節(jié)約輸電走廊，填補大城市經(jīng)濟快速發(fā)展的電能缺口；四是向中低壓配網(wǎng)延伸，未來隨著分布式新能源接入容量提升和電動汽車等沖擊性負荷的增加，中壓直流配電等需求將凸顯，從而增強配電網(wǎng)的運行經(jīng)濟性、可靠性和安全性。

《能源》：企業(yè)對柔性輸電技術的研發(fā)有哪些起因？在技術不斷創(chuàng)新的過程中，有哪些特殊的時刻或者說關鍵點可以分享？

吳金龍：特變電工新能源公司對柔性輸電技術的研發(fā)起因：一是對技術趨勢與市場需求的深刻洞察，隨著全球能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型和電網(wǎng)系統(tǒng)的復雜化，柔性直流輸電技術因其獨特的優(yōu)勢和廣泛的應用前景，成為了電力行業(yè)的研究熱點；作為電力設備制造和解決方案提供商，公司敏銳地捕捉到了這一技術趨勢，并看到了其巨大的市場潛力。二是新能源賽道需要柔性直流輸電技術加持，隨著可再生能源的大規(guī)模開發(fā)和利用，如何有效地將間歇性、不穩(wěn)定的可再生能源接入電網(wǎng)并穩(wěn)定地輸送電力成為了一個亟待解決的問題；柔性直流輸電技術以其獨特的控制能力和靈活性，成為了解決這一問題的有效手段，未來應用前景廣闊。三是產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展與戰(zhàn)略布局需要：特變電工新能源一直在持續(xù)完善自身的產(chǎn)業(yè)鏈戰(zhàn)略布局，柔性直流輸電技術的發(fā)展將推動相關產(chǎn)業(yè)鏈的進一步完善和提質(zhì)增效，為公司提供嶄新的發(fā)展機遇。通過不斷地研發(fā)和創(chuàng)新，公司期望在柔性直流輸電技術領域取得更多的突破和成果，為全球電力能源行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展做出貢獻。

特變電工新能源公司積極履行企業(yè)職責，成立了柔性直流輸電技術攻關團隊，歷時8年刻苦鉆研，成功研制出了行業(yè)首個特高壓柔性直流輸電換流閥，標志著公司在行業(yè)內(nèi)首次將柔性直流技術從現(xiàn)有的最高等級±500千伏提高到±800千伏特高壓等級，送電容量從現(xiàn)有的最高300萬千瓦等級提升至500萬千瓦，開啟了特高壓柔性直流輸電的新時代。2020年12月27日，公司研制的±800kV特高壓柔性直流換流閥成功運用于“烏東德電站送電廣東廣西特高壓多端直流示范工程”并連續(xù)安全穩(wěn)運行至今，對長江經(jīng)濟帶建設和區(qū)域經(jīng)濟協(xié)調(diào)發(fā)展，對西部地區(qū)特別是廣大人民群眾分享經(jīng)濟發(fā)展成果，對提升我國電力裝備技術水平，帶動我國特高壓柔性直流及多端混合直流關鍵設備的科技研發(fā)，具有里程碑意義！

創(chuàng)新永不止步，為新時代注入更多的新質(zhì)生產(chǎn)力：2023年3月4日，由特變電工新能源公司研制的“6.5kV國產(chǎn)化分體式驅(qū)動IGCT半橋換流閥組件”產(chǎn)品，成功通過中國機械聯(lián)合會組織的專家技術鑒定，標志著特變電工已經(jīng)具備“國產(chǎn)化IGCT柔性直流輸電換流閥”工程應用能力。2024年2月3日，由特變電工新能源公司研制的“柔性低頻交流輸電T-HVAC-300換流閥”產(chǎn)品，成功通過以陳維江院士為組長的專家組見證，標志著公司已經(jīng)具備“柔性低頻交流輸電換流閥”工程應用能力。

未來，特變電工新能源公司將進一步堅定柔性直流輸電發(fā)展戰(zhàn)略，加大技術創(chuàng)新投入，為我國新能源事業(yè)和雙碳戰(zhàn)略目標的加速實現(xiàn)貢獻力量。