弘扬科学家精神｜敢为人先勇闯直流输电技术“无人区”

1月30日，中国电科院高压直流输电技术与装备创新团队在实验室内开展±800千伏可控换相换流阀特殊功能测试，推动特高压可控换相换流阀工程应用进程。

中国电科院高压直流输电技术与装备创新团队组建于2008年，是一支深耕高压直流输电关键技术研发、高端装备研制与工程化应用的专业团队。多年来，为实现清洁能源安全、高效、远距离输送，团队立足课题攻关最前沿，在国家电网公司首席专家、中国电科院副院长贺之渊的带领下，面向国家重大战略需求，抢占科技竞争和未来发展制高点，大力弘扬科学家精神，刻苦钻研以柔性直流输电为代表的新一代直流输电技术，勇闯科研“无人区”，完成了一场从追赶到并跑再到领跑的跨越。

团队累计获得国家技术发明二等奖3项、中国专利金奖1项、省部级科技奖励14项，入选科技部“国家重点领域创新团队”，获评中央企业优秀科技创新团队、全国专业技术人才先进集体、中央企业先进集体等荣誉称号。

瞄准制高点勇闯“无人区”

上世纪末，全球能源转型加速，柔性直流技术以其卓越的经济性与灵活性，引起欧美各国的高度重视。对于中国而言，这是一条必须抢占的赛道。

▲团队开展柔性直流技术基础理论攻关

面对国内迫切需要、国外技术引进难的双重压力，团队深刻认识到：唯有自主创新，才能突破重围。从一穷二白起步，没有资料，团队就从基础原理和零星文献开始重新推导；没有方案，就自己搭建仿真平台，在无数可能性中寻优；没有部件，便携手国内厂家，从零开始设计……实验室的灯常常彻夜通明，陪伴他们度过一个又一个不眠夜。

历经10余次设计迭代、百余次专家评审，2010年，团队相继攻克了数千功率模块的能量精确重构、海量复杂状态的瞬态精准控制等一系列世界级难题，开辟出全新的模块化多电平技术路线，并在国内首次建立了完备的柔性直流输电技术研究理论体系，成功研制出国内首台柔性直流换流阀样机。

2011年7月，由团队自主建设的亚洲首条柔性直流输电工程——上海南汇风电场柔性直流输电工程投运，实现了我国在该领域基础理论、关键技术、工程示范等方面“从0到1”的全链条突破，标志着国家电网公司成为全球第三家完全掌握该核心技术的企业。此后，模块化多电平换流器拓扑也逐渐成为国内外柔性直流输电工程的主流技术路线。

▲柔性直流换流阀、直流断路器在张北柔性直流电网示范工程中应用

团队并未止步，而是向更高电压、更大容量的巅峰持续攀登。厦门柔性直流输电科技示范工程与渝鄂直流背靠背联网工程在电压等级和输送容量上接连刷新世界纪录，实现了我国柔性直流输电技术的新跨越。2020年，团队成功攻克“直流断路器”等组网核心技术，建成世界首个柔性直流电网工程——张北柔性直流电网示范工程，该工程不仅创下12项“世界第一”，更为新能源大规模并网消纳提供了可靠的“中国方案”，实现从“柔性输电”到“柔性组网”的历史性飞跃。

坚定“走出去”树立中国标杆

当柔性直流技术在国内得到成熟应用，团队将目光投向了更广阔的世界。“让中国高端输电技术‘走出去’，为全球能源转型贡献中国智慧，成为我们团队新的目标。”团队负责人贺之渊说。

▲团队对BorWin6工程使用的紧凑型柔性直流换流阀进行型式试验前检查

国际高端市场竞争激烈，“中国技术”面临“没经验”“不信任”的质疑与观望。团队毫不气馁，深入研究国际标准与客户需求，持续打磨方案，用实力与诚意逐步赢得海外业主信任。

2022年，团队与电气跨国巨头ABB、西门子和GE同台竞技，以“技术第一、商务最优”成功中标德国BorWin6海上风电柔性直流输电工程，打破了跨国集团对全球市场的长期垄断，实现了我国高端输电技术首次进入欧洲市场，标志着我国柔性直流技术及装备具备了国际领先的核心竞争力。

BorWin6工程是欧洲北海最后一条独立的柔性直流工程，作为该区域海上风电柔性直流联网工程的“收官之作”和“集大成者”，该工程在系统可用率、平台紧凑化设计以及新型构网型控制策略等方面均提出了较以往更为严格的技术要求，集中体现了当前柔性直流输电领域的最高技术水准。

团队扎实推进各项里程碑式的工作，自主研发的装备取得重大突破。针对海上运输应用场景，团队打造了兼具轻量化与高可靠性的紧凑型柔性直流换流阀，多项技术指标达到国际领先水平；面对“构网控制”的新需求、新难题，团队提出了基于直流电压虚拟同步的“无电流内环”构网型控制策略，研制出国际首个用于海上风电送出的构网型柔性直流控保装备；面对跨国公司严密的知识产权壁垒，团队另辟蹊径，创新技术路线，成功自主研发混合式直流耗能装置，实现核心技术的自主突破。

2024年10月29日至11月6日，团队研发的紧凑型柔性直流换流阀、混合式直流耗能装置，在德国业主公司专家团队的现场见证下，以高于IEC标准的技术指标顺利完成全部型式试验。同期，构网型柔性直流控保装备通过上千项严苛的厂内试验，性能得到全面验证，标志着该技术实现了从理论到应用的关键跨越。目前，该工程所有核心设备均已通过德方验收，并已进入现场安装调试阶段，为计划于2027年投运的BorWin6工程提供了关键技术支撑。

潜心探索攻克世界级难题

如果说柔性直流技术是为电网注入“柔性”智慧，那么团队攻克的另一项技术——可控换相换流阀技术（CLCC），则是针对传统直流输电“心脏缺陷”进行的一场根治手术。

在传统直流输电系统中，作为“心脏”的换流阀依赖电网电压完成换相。这一技术特性可能引发一定的风险：电网一旦受到扰动引发换相失败，将导致功率传输中断。“破解换相失败难题，保障电网安全稳定运行，我们责无旁贷。”团队成员、中国电科院直流所所长高冲说道。

2017年，为攻克这一世界级难题，团队对当时学术界提出的上百种方案进行全面梳理，发现它们在“彻底解决问题”与“工程可行性”之间，都存在难以调和的根本矛盾。经过深入论证，团队最终做出了一个关键决断：放弃在原有技术框架内进行修补，转而从电路理论的源头出发，探索一条颠覆性的创新之路。

历经长达数年的潜心探索与反复推演，团队于2019年在换相电压构建机理方面取得关键突破。他们创新性地将全控型器件和半控型器件相结合，提出可控换相换流技术（CLCC），从根本上让直流输电系统对换相失败产生“免疫”。

理论突破后，更艰难的是实现工程应用。2022年2月，可控换相换流阀成功中标我国首条±500千伏直流输电工程——葛洲坝—南桥直流输电改造工程。为保障可控换相换流阀的首次可靠工程应用，团队开启吃住在实验室的“极限模式”，两个月内完成三次重大设计迭代并通过严苛评审，争分夺秒完成全部样机摸底试验。2022年10月，团队成功研制出±500千伏/1200安培葛南直流输电改造工程可控换相换流阀产品，并一次性顺利通过全部48项电气型式试验、226项控制验证试验。

2023年6月，由我国提出并自主研发的全球首套可控换相换流阀在葛南直流输电改造工程中实现示范应用。同年7月，“可控换相换流阀关键技术及产品研制”通过了由10位院士领衔的专家组鉴定，被一致认定为“可根本解决常规直流系统换相失败问题”。

▲团队分析可控换相换流阀在葛南直流输电改造工程分系统联调试验中的波形

如今，中国电科院高压直流输电技术与装备创新团队已成长为我国直流输电领域的中坚力量。团队中，年轻科研人员干劲十足大胆创新，专家前辈言传身教带头攻关，以实际行动弘扬科学家精神，用智慧与汗水，为加快构建新型电力系统、推动能源强国建设贡献智慧和力量。

内容来源：国家电网有限公司官方网站