“最低程度人工干預(yù)”“各種燃料來源發(fā)電”“用戶終端智能化自動(dòng)平衡自我檢測(cè)”……這些高大上的關(guān)鍵詞是美國Xcel電力公司能源公司白皮書中關(guān)于智能電網(wǎng)的描述。如何建設(shè)更加智能的電網(wǎng)如今已經(jīng)成為全球電網(wǎng)科研工作者的共同課題。
田杰的“升級(jí)”
2016年，田杰負(fù)責(zé)的項(xiàng)目“升級(jí)”了。田杰是南京南瑞繼保電氣有限公司研究院的副總工程師。今年，田杰接手了國家電網(wǎng)公司“十大重點(diǎn)科技創(chuàng)新工程”之一的蘇州南部500千伏電網(wǎng)UPFC（統(tǒng)一潮流控制器）應(yīng)用研究項(xiàng)目。
這不是田杰第一次負(fù)責(zé)UPFC項(xiàng)目。2015年12月11日，江蘇南京220千伏西環(huán)網(wǎng)UPFC工程順利投運(yùn)。這是我國首個(gè)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的UPFC工程，也是國際上首個(gè)使用模塊化多電平換流（MMC）技術(shù)的UPFC工程，標(biāo)志著我國在柔性交流輸電技術(shù)上走在了世界最前列。田杰正是該項(xiàng)目的技術(shù)負(fù)責(zé)人。
“電網(wǎng)中電力潮流的控制有點(diǎn)像日常交通中對(duì)車流的控制。車流向什么地方行進(jìn)是呈現(xiàn)一種自然能分布的狀態(tài)，走向并不完全隨著各條道路擁堵的情況來分布，電力潮流也是如此。所以對(duì)于電網(wǎng)潮流的控制一直以來都是行業(yè)難題?！碧锝芨嬖V記者，“UPFC有些像是電網(wǎng)中的信號(hào)燈，同時(shí)又帶有閥門的作用，通過大功率電力電子技術(shù)的應(yīng)用，使電網(wǎng)潮流由自然分布轉(zhuǎn)變?yōu)橹悄芑`活控制，在保持現(xiàn)有網(wǎng)架結(jié)構(gòu)不變、不新建輸電通道的前提下，有效解決常規(guī)電網(wǎng)建設(shè)、改造和運(yùn)行中難以解決的潮流控制、供電能力提升等難題。UPFC非常適用于經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)城市電網(wǎng)供電能力的提升，以及現(xiàn)有電網(wǎng)的挖潛增效。”
這些非常實(shí)用的特性使UPFC研究在全球范圍內(nèi)一直備受關(guān)注，也被業(yè)界認(rèn)為是柔性交流輸電技術(shù)的集大成者，代表著未來電力電子技術(shù)的發(fā)展方向。
“目前世界上有3套已經(jīng)投運(yùn)的UPFC工程，兩套在美國，一套在韓國?！碧锝芨嬖V記者，這些工程的投運(yùn)后均取得了良好的效果，但是由于普遍采用GTO和變壓器多重化換流技術(shù)，存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、損耗大等問題，成本也相對(duì)較高。
南京主城西環(huán)網(wǎng)近、遠(yuǎn)期潮流分布不均、整體供電能力受限，而該區(qū)域位于繁華地帶，建設(shè)新的輸電通道極為困難且代價(jià)高昂。因此，國網(wǎng)江蘇省電力公司提出建設(shè)南京西環(huán)網(wǎng)UPFC工程，在不新建輸電線路的情況下，提高南京城市電網(wǎng)供電能力和安全穩(wěn)定水平。
2015年，國家電網(wǎng)公司將南京220千伏UPFC項(xiàng)目列入當(dāng)年重點(diǎn)科技示范工程，同年6月開工。南京西環(huán)網(wǎng)UPFC示范工程投資約2.2億元，歷時(shí)6個(gè)月，于2015年12月11日正式投運(yùn)。
南京西環(huán)網(wǎng)UPFC示范工程的成功投運(yùn)，實(shí)現(xiàn)了南京城市西部核心區(qū)電力傳輸?shù)木珳?zhǔn)控制，最大可提升該區(qū)域供電能力500～600兆瓦，并在2016年迎峰度夏期間多次將西環(huán)網(wǎng)關(guān)鍵斷面潮流控制在穩(wěn)定限額以下。與此同時(shí)，由于該項(xiàng)目投運(yùn)后減少了投資巨大的電纜輸電通道建設(shè)，節(jié)約投資超過10億元。
南京西環(huán)網(wǎng)UPFC示范工程的良好效應(yīng)，加上江蘇電網(wǎng)目前所面臨的潮流復(fù)雜多變、分布不均等問題，國家電網(wǎng)公司決定開展500千伏UPFC的應(yīng)用研究。
“江蘇電網(wǎng)目前已經(jīng)建成‘六縱五橫’500千伏骨干輸電網(wǎng)架，是消納區(qū)外來電、接納省內(nèi)大型電源接入送出、向重要城市及重要負(fù)荷中心供電的主力軍?！眹译娋W(wǎng)公司科技部科研處修建表示，“我們?nèi)媸崂砹私K電網(wǎng)樞紐點(diǎn)附近、重要斷面和重要負(fù)荷中心應(yīng)用UPFC的需求及效果，發(fā)現(xiàn)蘇州南部電網(wǎng)（木瀆變電站）是最優(yōu)選擇?！?/p>
而對(duì)于田杰來說，蘇州南部500千伏UPFC項(xiàng)目難在電壓等級(jí)和容量的提升。“南京項(xiàng)目積攢了很多經(jīng)驗(yàn)，不過蘇州項(xiàng)目的電壓等級(jí)和容量提升是很大挑戰(zhàn)。目前世界上還沒有500千伏UPFC項(xiàng)目?！碧锝芨嬖V記者，電壓等級(jí)的提升給設(shè)備制造、系統(tǒng)可靠性、控制保護(hù)等方面帶來的挑戰(zhàn)都是前所未有的。
示范區(qū)的示范工程
在一千多公里之外的張北，有一個(gè)團(tuán)隊(duì)正在進(jìn)行著一項(xiàng)看起來與田杰負(fù)責(zé)項(xiàng)目非常相近的，著力提升電網(wǎng)靈活性的柔性輸電技術(shù)研究項(xiàng)目。和UPFC項(xiàng)目不同的是，張北項(xiàng)目是柔性直流輸電技術(shù)的研究，側(cè)重于電網(wǎng)對(duì)于新能源的接納。
在張家口可再生能源示范區(qū)內(nèi)的張北±500千伏柔性直流電網(wǎng)示范工程項(xiàng)目（以下簡(jiǎn)稱張北柔直示范工程）是國家電網(wǎng)公司推動(dòng)可再生能源友好并網(wǎng)送出與靈活消納，探索可再生能源開發(fā)和利用的典型模式所開展的三個(gè)示范工程之一。
“張北柔直示范工程是匯集和輸送大規(guī)模風(fēng)電、光伏等多種形態(tài)能源的四端柔性直流電網(wǎng)。”國家電網(wǎng)公司科技部科研處副處長(zhǎng)李震宇告訴記者，該工程建成后將成為世界上第一個(gè)采用架空輸電線路、電壓等級(jí)最高、容量最大的柔性直流電網(wǎng)，計(jì)劃于2018年建成。
為保證工程可靠性，在項(xiàng)目可研評(píng)審階段，國家電網(wǎng)公司邀請(qǐng)包括周孝信、鄭健超、楊奇遜、黃其勵(lì)、郭劍波等院士在內(nèi)的33位國內(nèi)外知名專家，對(duì)該項(xiàng)目的整體技術(shù)方案進(jìn)行把關(guān)，并組織中國電科院(300215,股吧)等單位開展孤島方案下新能源并網(wǎng)、柔直與新能源聯(lián)合運(yùn)行等研究工作。
“張北柔直工程最終將建成一個(gè)多能源互補(bǔ)交直流協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，為解決電網(wǎng)薄弱導(dǎo)致的大規(guī)?？稍偕茉磪R集與送出困難問題提供典型示范?！崩钫鹩罡嬖V記者，項(xiàng)目建成后將滿足張家口地區(qū)新能源送出和北京市接納新能源電量的需要，探索我國北方地區(qū)新能源開發(fā)和利用模式，積累相關(guān)技術(shù)和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，對(duì)推動(dòng)能源生產(chǎn)和消費(fèi)革命起到科技引領(lǐng)示范作用。
