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，它與正在建設的大灣區(qū)直流背靠背東莞工程（以下簡稱“東莞工程”）同為廣東目標網(wǎng)架建設的重要組成部分。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、多直流落點風險、大面積停電三大問題，顯著提升廣東電網(wǎng)電力供應和配置能力。預計2022年將支撐西電東送電量不低于1883億千瓦時，廣東省東西部電力交換能力由410萬千瓦提升至1000萬千瓦。
“這是世界上第一個把柔性直流用到解決系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行方面的項目。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)有限責任公司專家委員會名譽主任委員李立浧表示。這也標志著，南方電網(wǎng)公司在柔直技術領域繼實現(xiàn)并掌握其在主電網(wǎng)應用、特高壓多端柔性直流技術后，再次在控制系統(tǒng)方面實現(xiàn)長足進步。“廣東電網(wǎng)將成為一個異同步電網(wǎng)，這是世界上第一次用這個名字，對世界電網(wǎng)的發(fā)展都很有意義。”李立浧說。
“廣州工程首次實現(xiàn)了絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）國產(chǎn)化比例達50%。我們還通過建設三維數(shù)字化應用及智能巡檢系統(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，是廣東目標網(wǎng)架建設的重要組成部分。這一系列工程建設正是南方電網(wǎng)保障粵港澳大灣區(qū)能源安全的重要行動。
隨著廣東產(chǎn)業(yè)結構優(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期電力需求將保持中速發(fā)展。據(jù)預測，2025年廣東全社會用電量將達9000億千瓦時，最大負荷達1.65億千瓦。到2035年，廣東全社會用電量將達10100億千瓦時，最大負荷將達1.93億千瓦。
面對如此巨大的用電需求，廣東省在增加電源裝機規(guī)模方面加緊提速。預計2025年省內(nèi)電源裝機規(guī)模約1.95億千瓦，其中風電和光伏2800萬千瓦。2035年廣東省內(nèi)電源裝機規(guī)模將達到2.46億千瓦，清潔能源裝機占比達到74%。龐大的清潔能源發(fā)展目標，尤其是大規(guī)模間歇性的海上風電發(fā)展，必然需要更堅強的電網(wǎng)來保障送電。
與此同時，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，占供電負荷的三分之一。高負荷密度、多直流饋入等特征，使得珠三角電網(wǎng)自然形成了高強度聯(lián)結的網(wǎng)架結構。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、復雜的網(wǎng)架結構也是導致短路電流超標、交直流交互影響大、事故大范圍擴散、運行特性復雜、“第三道防線”設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)驗教訓更讓人們對這樣規(guī)模龐大、聯(lián)系緊密、結構復雜的電網(wǎng)安全性表示出擔憂。
為了避免這種情況，南方電網(wǎng)公司加快廣東目標網(wǎng)架整體建設，通過對電網(wǎng)合理分層分區(qū)，全面構建容量充足、結構清晰、運行高效、事故可控的主網(wǎng)架結構。
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)外圍構建500千伏外環(huán)線路，中心處通過柔直背靠背工程實現(xiàn)東西柔性互聯(lián)；內(nèi)部大致以珠江口為界，東西兩側利用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、珠西南兩個供電分區(qū)和粵西電源送出分區(qū)。各分區(qū)通過2~3個通道與外環(huán)相連。
網(wǎng)架實現(xiàn)了合理的分層分區(qū)，區(qū)域間進行負荷交換，化解電網(wǎng)短路電流超標、多直流落點風險、大面積停電三大問題，顯著提升廣東電網(wǎng)電力供應和配置能力。“分層分區(qū)可以避免‘把雞蛋放進同一個籃子’，當某一區(qū)域電網(wǎng)故障時，不會波及另外區(qū)域，避免大規(guī)模事故發(fā)生。”廣東電網(wǎng)公司基建部項目管理科高級經(jīng)理凌怡珍說。
廣州工程投產(chǎn)后，按照計劃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，珠三角負荷中心通過兩個直流背靠背工程實現(xiàn)合理分區(qū)。
實現(xiàn)一系列技術突破
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把柔性直流用到解決系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行方面的項目。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、昆柳龍直流工程實現(xiàn)了柔直技術在主電網(wǎng)應用、掌握了特高壓多端柔性直流技術，現(xiàn)在，正在建設的大灣區(qū)直流背靠背工程在控制系統(tǒng)方面又進了一步。
通過控制系統(tǒng)的進步，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)這個名字，廣東電網(wǎng)變成一個異同步電網(wǎng)格局很有意義，對世界電網(wǎng)的發(fā)展都很有意義。”
異同步電網(wǎng)聽起來像一個悖論，即使一個詞語也很難同時兼具異步、同步，何況一張電網(wǎng)。廣東電網(wǎng)公司基建部項目管理科經(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。出現(xiàn)故障時則自動識別故障，實現(xiàn)電網(wǎng)異步，起到‘防火墻’作用。常態(tài)運行時，可以模擬成交流線路，保留原有交流通道的緊急支援能力，實現(xiàn)兩側交流電網(wǎng)的功率自動互濟，無須調(diào)度人員下發(fā)功率指令，電網(wǎng)潮流自動可控。這背后正是控制保護策略起作用。”廣州工程還擁有世界上控制鏈路延時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行風險，廣州工程把鏈路延時控制在200微秒以內(nèi)，水平世界領先，結合控制策略優(yōu)化，能夠有效消除工程面臨的諧振風險。
裝備方面，廣州工程首次實現(xiàn)工程應用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、電動汽車與新能源裝備等領域應用極廣。
除此之外，南方電網(wǎng)公司的技術攻關團隊在直流電容器、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，實現(xiàn)了柔性直流換流閥核心組件包括IGBT、電容器、IGBT驅(qū)動板、二次板卡芯片的完全自主可控，并在大灣區(qū)直流背靠背工程實現(xiàn)首次試用。該產(chǎn)品的成功研制及創(chuàng)新應用，解決了柔性直流換流閥關鍵元器件、零部件依賴進口的“卡脖子”難題，實現(xiàn)“0到1”的突破，推動柔性直流技術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。