張北柔直工程：

12項世界第一破解綠電大規模消納難題

在新能源領域，河北有一項超級工程，創12項世界第一，讓全球為之矚目。它就是張北柔性直流電網工程。

2850兆瓦、2870兆瓦……10月31日，張北柔直工程中都換流站主控室大屏幕上，全站向北京輸送綠電的功率數，以千分之一秒為單位持續刷新。

“張北的風點亮北京的燈”，這項工程助力北京冬奧會實現了奧運史上首次全時段100%綠電供應。

截至10月31日，張北柔直工程已安全運行1585天，累計向京津冀地區輸送綠電超355.95億千瓦時。

在中都換流站站長王大中眼裡，數據背后是冀北電力人的創新與創造。

2018年初，張北柔直工程開工建設。工程新建中都、康巴諾爾、阜康和延慶4座換流站及±500千伏直流輸電線路。

這是世界首個四端柔性直流電網工程，技術、設備代表了最高水平。

為何要組建柔性直流電網？

風起風止，日升日落，新能源的隨機性、波動性特征使得其大規模並網消納成為世界級難題。

王大中打了個比方：“如果說交流輸電是公路，常規直流輸電就像鐵路，那柔性直流輸電則是高鐵。后者具有快速響應、高可控性和強大適應性的特點，是有效駕馭新能源最關鍵的技術之一。”

籌備階段，國網冀北電力有限公司超高壓分公司面向各基層單位招募骨干人員。

有著二十多年變電運維經驗的王大中毅然報名，來到張北壩上，加入了工程建設大軍。

“張北一場風，從春刮到冬”，這是張北地區發展風電的資源優勢，但也給工程建設帶來極大的考驗。

工程剛開始的時候，白天零下二十多攝氏度，晚上零下三四十攝氏度。地面凍土深度達2.6米，工程樁根本就打不下去，必須人工鑿孔，固定住樁頭。

就在這樣的環境下，建設者們克服困難，耗時4個月完成了3520根樁的施工。

更大的挑戰來自核心技術研發。

工程安裝的很多設備是世界首台首套，這意味著沒有現成的經驗可循。

作為直流電和交流電相互轉換的橋梁，柔性直流換流閥被稱為張北柔直工程的“心臟”，是工程中技術含量最高、挑戰最大的主設備之一。

畫了數百張圖紙，提交了幾十份報告，開展數百次試驗研制換流閥樣機，經過多次迭代升級……研發人員一路摸索前行，成功研制出±500千伏/3000兆瓦級柔性直流換流閥。

記者看到，在中都換流站換流閥廳，高大的換流閥閥塔靜靜矗立。

一座閥塔由132個子模塊組成，全站共有24座這樣的閥塔。每個子模塊均可實現獨立控制。即使損壞數個子模塊，“心臟”依然能健康穩定運行。

“若要實現成網運行，必須考慮發生故障時的處理方式。”在國網冀北電力有限公司高級專家金海望看來，艱巨的挑戰還來自故障電流的應急處置。

當電網系統發生故障時，會瞬時產生很大的故障電流，必須在短時間內將故障電流切斷。

向世界級難題發起攻堅，研發人員自主研制了世界上首批最高電壓等級的直流斷路器。

這種高壓直流斷路器，能夠在3毫秒內快速分斷超大的直流故障電流，並且還具有重新合閘的功能，保障電力輸送不中斷。

超級工程，要求每一個細節甚至小到螺絲的緊固都要精確無誤。

數百天裡，金海望帶領團隊成員，足跡遍布3座換流站的每個角落，完成了30萬個螺絲的緊固工作。

有這樣一個場景，深深地印在了他的腦海裡——壩上的冬天寒風凜冽，在一片漆黑的原野上，換流站燈火通明，如一顆璀璨的星星。

2020年6月29日，張北柔直工程順利投運。工程共創造了12項世界第一——

研制了世界上最高功率的絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）器件，填補了國內先進功率半導體器件的空白﹔

安裝了世界上最高電壓等級、最大輸送能力的直流電纜﹔

構建了世界上第一個實現風、光和儲能多能互補的直流電網﹔

…………

每一項突破，都飽含了中國電力人的智慧和汗水。

工程先后榮獲中國工業大獎、國家優質工程獎，建成了涵蓋柔直工程建設全過程的技術標准體系，帶動了我國電網技術和裝備制造產業升級。

張北柔直工程投運以來，核心技術突破的腳步從未停歇。

從應用數字孿生技術到建成數字換流站，從可視化設備到閥廳內無人機巡檢再到“空天地一體化”巡檢，一項項創新突破助力綠電進京。

近日，2024新型電力系統發展（崇禮）論壇在張家口崇禮舉行，業內大咖齊聚。

“新型電力系統建設沒有成熟先例，必須強化過程管理，匯聚各方合力，持續迭代升級。”論壇上，國網冀北電力有限公司董事長、黨委書記張瑋的發言備受關注。

下一步，冀北電力將依托張北柔直工程，開展張家口構網型多端柔直科技示范工程建設。通過攻關關鍵核心技術，打造世界首個單閥廳容量達到3吉瓦的緊湊型、構網型柔性直流輸電示范工程。（記者潘文靜）

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