大灣區(qū)直流背靠背廣州工程（以下簡稱“廣州工程”）正式投運(yùn)，它與正在建設(shè)的大灣區(qū)直流背靠背東莞工程（以下簡稱“東莞工程”）同為廣東目標(biāo)網(wǎng)架建設(shè)的重要組成部分。此系列工程建成后，將從根本上化解廣東電網(wǎng)短路電流超標(biāo)、多直流落點(diǎn)風(fēng)險(xiǎn)、大面積停電三大問題，顯著提升廣東電網(wǎng)電力供應(yīng)和配置能力。預(yù)計(jì)2022年將支撐西電東送電量不低于1883億千瓦時(shí)，廣東省東西部電力交換能力由410萬千瓦提升至1000萬千瓦。
“這是世界上第一個(gè)把柔性直流用到解決系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行方面的項(xiàng)目。廣州、東莞工程建成以后，可以系統(tǒng)性地解決短路電流超標(biāo)的問題，給電網(wǎng)的安全穩(wěn)定提供支持。”中國工程院院士、中國南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司專家委員會(huì)名譽(yù)主任委員李立浧表示。這也標(biāo)志著，南方電網(wǎng)公司在柔直技術(shù)領(lǐng)域繼實(shí)現(xiàn)并掌握其在主電網(wǎng)應(yīng)用、特高壓多端柔性直流技術(shù)后，再次在控制系統(tǒng)方面實(shí)現(xiàn)長足進(jìn)步。“廣東電網(wǎng)將成為一個(gè)異同步電網(wǎng)，這是世界上第一次用這個(gè)名字，對(duì)世界電網(wǎng)的發(fā)展都很有意義。”李立浧說。
“廣州工程首次實(shí)現(xiàn)了絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）國產(chǎn)化比例達(dá)50%。我們還通過建設(shè)三維數(shù)字化應(yīng)用及智能巡檢系統(tǒng)，讓工程變得更智能。”南方電網(wǎng)廣東電網(wǎng)公司基建部副總經(jīng)理謝榕昌表示。
化解三大電網(wǎng)難題
廣東省電力供應(yīng)能力提升兩倍以上
廣州工程與東莞工程統(tǒng)稱為大灣區(qū)直流背靠背工程，是廣東目標(biāo)網(wǎng)架建設(shè)的重要組成部分。這一系列工程建設(shè)正是南方電網(wǎng)保障粵港澳大灣區(qū)能源安全的重要行動(dòng)。
隨著廣東產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整和居民生活水平不斷提高，廣東未來較長一段時(shí)期電力需求將保持中速發(fā)展。據(jù)預(yù)測，2025年廣東全社會(huì)用電量將達(dá)9000億千瓦時(shí)，最大負(fù)荷達(dá)1.65億千瓦。到2035年，廣東全社會(huì)用電量將達(dá)10100億千瓦時(shí)，最大負(fù)荷將達(dá)1.93億千瓦。
面對(duì)如此巨大的用電需求，廣東省在增加電源裝機(jī)規(guī)模方面加緊提速。預(yù)計(jì)2025年省內(nèi)電源裝機(jī)規(guī)模約1.95億千瓦，其中風(fēng)電和光伏2800萬千瓦。2035年廣東省內(nèi)電源裝機(jī)規(guī)模將達(dá)到2.46億千瓦，清潔能源裝機(jī)占比達(dá)到74%。龐大的清潔能源發(fā)展目標(biāo)，尤其是大規(guī)模間歇性的海上風(fēng)電發(fā)展，必然需要更堅(jiān)強(qiáng)的電網(wǎng)來保障送電。
與此同時(shí)，電網(wǎng)自身也有改造需求。近幾年的數(shù)據(jù)顯示，珠三角地區(qū)負(fù)荷占廣東省70%以上。廣東電網(wǎng)通過“八交十一直”輸電通道受入西電，占供電負(fù)荷的三分之一。高負(fù)荷密度、多直流饋入等特征，使得珠三角電網(wǎng)自然形成了高強(qiáng)度聯(lián)結(jié)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。這是系統(tǒng)具備一定充裕度、滿足穩(wěn)定約束、安全
但是過于緊密、復(fù)雜的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)也是導(dǎo)致短路電流超標(biāo)、交直流交互影響大、事故大范圍擴(kuò)散、運(yùn)行特性復(fù)雜、“第三道防線”設(shè)置困難等問題的核心原因。國內(nèi)外多次大面積停電事故的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)更讓人們對(duì)這樣規(guī)模龐大、聯(lián)系緊密、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的電網(wǎng)安全性表示出擔(dān)憂。
為了避免這種情況，南方電網(wǎng)公司加快廣東目標(biāo)網(wǎng)架整體建設(shè)，通過對(duì)電網(wǎng)合理分層分區(qū)，全面構(gòu)建容量充足、結(jié)構(gòu)清晰、運(yùn)行高效、事故可控的主網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。
根據(jù)“基于500千伏灣區(qū)外環(huán)的柔性直流互聯(lián)方案”，南方電網(wǎng)公司將廣東電網(wǎng)大致分為東西片區(qū)。在粵港澳大灣區(qū)外圍構(gòu)建500千伏外環(huán)線路，中心處通過柔直背靠背工程實(shí)現(xiàn)東西柔性互聯(lián)；內(nèi)部大致以珠江口為界，東西兩側(cè)利用500千伏柔性直流線路背靠背互聯(lián)。
其中，廣州工程聯(lián)接珠西北區(qū)、珠東北區(qū)域電網(wǎng)；東莞工程聯(lián)接珠西南與珠東南區(qū)域電網(wǎng)。
以粵港澳大灣區(qū)外環(huán)為支撐，廣東電網(wǎng)將形成東西區(qū)電網(wǎng)。其中東區(qū)電網(wǎng)為珠東北、珠東南兩個(gè)供電分區(qū)和粵東電源送出分區(qū)，西區(qū)電網(wǎng)為珠西北、珠西南兩個(gè)供電分區(qū)和粵西電源送出分區(qū)。各分區(qū)通過2~3個(gè)通道與外環(huán)相連。
網(wǎng)架實(shí)現(xiàn)了合理的分層分區(qū)，區(qū)域間進(jìn)行負(fù)荷交換，化解電網(wǎng)短路電流超標(biāo)、多直流落點(diǎn)風(fēng)險(xiǎn)、大面積停電三大問題，顯著提升廣東電網(wǎng)電力供應(yīng)和配置能力。“分層分區(qū)可以避免‘把雞蛋放進(jìn)同一個(gè)籃子’，當(dāng)某一區(qū)域電網(wǎng)故障時(shí)，不會(huì)波及另外區(qū)域，避免大規(guī)模事故發(fā)生。”廣東電網(wǎng)公司基建部項(xiàng)目管理科高級(jí)經(jīng)理凌怡珍說。
廣州工程投產(chǎn)后，按照計(jì)劃5月30日連接珠西南、珠東南的大灣區(qū)直流背靠背東莞工程也將投產(chǎn)，屆時(shí)，珠三角負(fù)荷中心通過兩個(gè)直流背靠背工程實(shí)現(xiàn)合理分區(qū)。
實(shí)現(xiàn)一系列技術(shù)突破
提高電工裝備制造業(yè)核心競爭力
“大灣區(qū)直流背靠背工程是世界上第一個(gè)把柔性直流用到解決系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行方面的項(xiàng)目。廣州、東莞工程建成以后，可以系統(tǒng)性地解決短路電流超標(biāo)的問題，給電網(wǎng)的安全穩(wěn)定提供支持。”李立浧表示。
自2013年在廣東電網(wǎng)做南澳柔性直流開始，南方電網(wǎng)公司通過魯西直流背靠背工程、昆柳龍直流工程實(shí)現(xiàn)了柔直技術(shù)在主電網(wǎng)應(yīng)用、掌握了特高壓多端柔性直流技術(shù)，現(xiàn)在，正在建設(shè)的大灣區(qū)直流背靠背工程在控制系統(tǒng)方面又進(jìn)了一步。
通過控制系統(tǒng)的進(jìn)步，廣東電網(wǎng)形成了異同步電網(wǎng)格局。李立浧提出，不同于以前的純交流電網(wǎng)，也不同于以往通過直流背靠背將兩個(gè)電網(wǎng)隔開的異步電網(wǎng)，“我們是世界上第一次用異同步電網(wǎng)這個(gè)名字，廣東電網(wǎng)變成一個(gè)異同步電網(wǎng)格局很有意義，對(duì)世界電網(wǎng)的發(fā)展都很有意義。”
異同步電網(wǎng)聽起來像一個(gè)悖論，即使一個(gè)詞語也很難同時(shí)兼具異步、同步，何況一張電網(wǎng)。廣東電網(wǎng)公司基建部項(xiàng)目管理科經(jīng)理王流火解釋道：“異同步指的是電網(wǎng)在不同運(yùn)行狀態(tài)下呈現(xiàn)的形態(tài)。簡單來說，直流異同步控制功能兼顧了交直流輸電的優(yōu)點(diǎn)。出現(xiàn)故障時(shí)則自動(dòng)識(shí)別故障，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)異步，起到‘防火墻’作用。常態(tài)運(yùn)行時(shí)，可以模擬成交流線路，保留原有交流通道的緊急支援能力，實(shí)現(xiàn)兩側(cè)交流電網(wǎng)的功率自動(dòng)互濟(jì)，無須調(diào)度人員下發(fā)功率指令，電網(wǎng)潮流自動(dòng)可控。這背后正是控制保護(hù)策略起作用。”廣州工程還擁有世界上控制鏈路延時(shí)最短的柔性直流換流站。與交流電網(wǎng)發(fā)生高頻諧振是柔性直流的重要運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，廣州工程把鏈路延時(shí)控制在200微秒以內(nèi)，水平世界領(lǐng)先，結(jié)合控制策略優(yōu)化，能夠有效消除工程面臨的諧振風(fēng)險(xiǎn)。
裝備方面，廣州工程首次實(shí)現(xiàn)工程應(yīng)用IGBT器件國產(chǎn)化比例大幅提升至50%。IGBT是能源變換與傳輸?shù)暮诵钠骷?，被譽(yù)為電力電子裝置的“CPU”。作為國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，IGBT在軌道交通、智能電網(wǎng)、航空航天、電動(dòng)汽車與新能源裝備等領(lǐng)域應(yīng)用極廣。
除此之外，南方電網(wǎng)公司的技術(shù)攻關(guān)團(tuán)隊(duì)在直流電容器、二次板卡芯片等其他核心部件上狠下功夫，在國內(nèi)首次研制出了全國產(chǎn)柔性直流換流閥閥段，實(shí)現(xiàn)了柔性直流換流閥核心組件包括IGBT、電容器、IGBT驅(qū)動(dòng)板、二次板卡芯片的完全自主可控，并在大灣區(qū)直流背靠背工程實(shí)現(xiàn)首次試用。該產(chǎn)品的成功研制及創(chuàng)新應(yīng)用，解決了柔性直流換流閥關(guān)鍵元器件、零部件依賴進(jìn)口的“卡脖子”難題，實(shí)現(xiàn)“0到1”的突破，推動(dòng)柔性直流技術(shù)自主可控的跨越式發(fā)展，提高了我國電工裝備制造業(yè)的核心競爭力。