3月29日，大灣區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直流背靠背東莞工程(以下簡稱為東莞工程)同為廣東目標網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安全穩定運行方面的項目。廣州、東莞工程建成以后，可以系統性地解決短路電流超標的問題，給電網的安全穩定提供支持。”中國工程院院士、南方電網公司專家委員會名譽主任委員李立浧表示。這也標志著，南方電網公司在柔直技術領域繼實現并掌握其在主電網應用、特高壓多端柔性直流技術后，再次在控制系統方面實現長足進步。“廣東電網將成為一個異同步電網，這是世界上第一次用這個名字，對世界電網的發展都很有意義。”李立浧說。
廣州工程位于廣州市增城區，毗鄰居民小區，工程建設中首次采用柔直變壓器水冷卻、戶內布置的設計方案，降低能耗的同時，也實現了全站噪聲小于48.5分貝。“一臺柔直變壓器相當于兩只霸王龍那么大，我們運行的有12臺，發出的聲音僅相當于人正常交談的音量，與空調開機時的聲音相當。”廣州工程項目經理朱博介紹。工程建筑主體外觀由廣州白云機場設計師陳雄設計，與周邊環境自然融為一體。
“大灣區直流背靠背工程有非常多的創新，它是世界上最先進的新一代柔性直流背靠背工程。實現了具備異同步聯絡、容量最大并在直流多饋入負荷中心分區互聯等多項世界領先技術。同時，廣州工程首次實現了絕緣柵雙極型晶體管(以下簡稱IGBT)國產化比例至50%。我們還通過建設三維數字化應用及智能巡檢系統，讓工程變得更智能。”南方電網廣東電網基建部副總經理謝榕昌表示。
目前東莞工程仍在建設中，預計5月底投產。除了與廣州工程享有同樣先進的柔直技術外，東莞工程還首次在沖積三角洲地區實現直流輸電與水運河道跨行業建設技術融合，是國內地基處理最復雜、樁基使用類型最多的柔性直流背靠背換流站。
保障大灣區能源安全，提升新能源消納能力，助力“雙碳”目標
廣州工程與東莞工程統稱為大灣區直流背靠背工程，是廣東目標網架建設的重要組成部分。這一系列工程建設正是南方電網保障粵港澳大灣區能源安全的重要行動。
隨著廣東產業結構優化調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展。南方電網公司預測，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，“十四五”期間年均增長分別為5.2%和4.6%。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模方面加緊提速。預計2025年省內電源裝機規模約1.95億千瓦，其中風電和光伏2800萬千瓦。2035年廣東省內電源裝機規模將達到2.46億千瓦，清潔能源裝機占比達到74%。龐大的清潔能源發展目標，尤其是大規模間歇性的海上風電發展，必然需要更堅強的電網來保障送電。
與此同時，電網自身也有改造需求。近幾年的數據顯示，珠三角地區負荷占廣東省70%以上。廣東電網通過“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，使得珠三角電網自然形成了高強度聯結的網架結構。這是系統具備一定充裕度、滿足穩定約束、安全接受外區電力的客觀要求。
但是過于緊密、復雜的網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。國內外多次大面積停電事故的經驗教訓更讓人們對這樣規模龐大、聯系緊密、結構復雜電網的安全性表示出擔憂。
為了避免這種情況，南方電網公司加快廣東目標網架整體建設，通過對電網合理分層分區，全面構建容量充足、結構清晰、運行高效、事故可控的主網架結構。
根據“基于500千伏灣區外環的柔性直流互聯方案”，南方電網公司將廣東電網大概分為東西片區。在粵港澳大灣區外圍構建500千伏外環線路，中心處通過柔直背靠背工程實現東西柔性互聯；灣區內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。其中，廣州工程，聯接珠西北區、珠東北區域電網；東莞工程，聯接珠西南與珠東南區域電網。
基于灣區外環為支撐，廣東電網將形成東西區電網。其中東區電網為珠東北、珠東南兩個供電分區和粵東電源送出分區，西區電網為珠西北、珠西南兩個供電分區和粵西電源送出分區。各分區通過2-3個通道與外環相連。
網架實現了合理的分層分區，區域間進行負荷交換，化解電網短路電流超標、多直流落點風險、大面積停電三大問題，顯著提升廣東電網電力供應和配置能力。“分層分區可以避免‘把雞蛋放進同一個籃子’，當某一區域電網故障時，不會波及另外區域，避免大規模事故發生。”廣東電網公司基建部項目管理科高級經理凌怡珍稱。
廣州工程投產后，按照計劃5月30日連接珠西南、珠東南的大灣區直流背靠背東莞工程也將投產，屆時，珠三角負荷中心通過兩個直流背靠背工程實現合理分區。
“到2023年底，廣東目標網架工程將基本建成，初步具備方案最初設想化解三大問題、合理分區等功能。”凌怡珍說。工程全部建成后，廣東省電力供應能力可升至3億千瓦，是原來的2倍以上。
首次將柔直技術用來解決系統安全穩定運行問題，實現國產IGBT應用率超50%，柔性直流技術繼昆柳龍直流工程后再突破
“廣東電網建設柔性直流背靠背工程，是世界上第一個把柔性直流用到解決系統安全穩定運行方面的項目。廣州、東莞工程建成以后，可以系統性地解決短路電流超標的問題，給電網的安全穩定提供支持。”李立浧表示。
自2013年在廣東電網做南澳柔性直流開始，南方電網公司通過魯西混合直流背靠背工程、昆柳龍多端柔性直流工程實現了柔直技術在主電網應用、掌握了特高壓多端柔性直流技術，現在，廣東電網建設的直流背靠背工程在控制系統方面比昆柳龍直流工程又進了一步。
通過控制系統的進步，廣東電網形成了異同步電網格局。李立浧提出，不同于以前的純交流電網，也不同于以往通過直流背靠背將兩個電網隔開的異步電網，“我們是世界上第一次用異同步電網這個名字，廣東電網變成一個異同步電網格局很有意義，對世界電網的發展都很有意義”。
異同步電網聽起來像一個悖論，即使一個詞匯也很難同時兼具異步、同步，何況一張電網。廣東電網有限責任公司基建部項目管理科經理王流火解釋道：“異同步指的是電網在不同運行狀態下呈現的形態。簡單說，直流異同步控制功能兼顧了交直流輸電的優點。出現故障時，它自動識別故障，實現電網異步，起到‘防火墻’作用。常態運行時，可以模擬成交流線路，保留原有交流通道的緊急支援能力，實現兩側交流電網的功率自動互濟，無需調度人員下發功率指令，電網潮流自動可控。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。與交流電網發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，是世界領先水平，結合控制策略優化，能夠有效消除工程面臨的諧振風險。
李立浧曾說：“技術引領要有一定的判斷能力，中國發展柔性直流技術大有可為。”南方電網公司通過系列工程推動柔性直流技術的深一步發展，是中國電力人對世界電力技術發展作出的貢獻。
裝備方面，廣州工程首次實現工程應用絕緣柵雙極型晶體管(以下簡稱IGBT)器件國產化比例大幅提升至50%。IGBT是能源變換與傳輸的核心器件，被譽為電力電子裝置的“CPU”。作為國家戰略性新興產業，IGBT在軌道交通、智能電網、航空航天、電動汽車與新能源裝備等領域應用極廣。
廣州工程協調管理員薛云濤介紹：“在昆柳龍直流工程中，國產的IGBT器件得到了全場景的應用，但是比例在個位數，在廣州工程中，已實現國產IGBT應用率超50%，其中一個完整的換流單元100%使用國產IGBT器件，徹底解決以往工程中IGBT進口依賴的難題。”
除此之外，南方電網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工夫，在國內首次研制出了全國產柔性直流換流閥閥段，實現了柔性直流換流閥核心組件包括IGBT、電容器、IGBT驅動板、二次板卡芯片的完全自主可控，并將在大灣區中通道直流背靠背工程實現首次試用。該產品的成功研制及創新應用，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“0到1”的突破，推動柔性直流技術自主可控的跨越式發展，提高了我國電工裝備制造業的核心競爭力。
三維數字化應用及智能巡檢系統、“低噪音”、水冷變壓器，南方電網用科技+誠心打造這個大灣區直流背靠背工程
朱博這兩天終于可以松一口氣，屬于他的絕大多數工作終于完成。提起廣州工程，朱博就停不下來。最讓他引以為傲的不僅僅是工程中的技術創新，以及工程在保障能源安全中的積極意義，更有工程建設中新概念、以及概念背后的人。
“我們這個工程所在地很特殊，換流站東北85米處就是居民小區。居民對身邊建設這樣一個大型的電網工程有很大顧慮，比如可能的噪音。最終，我們通過多種技術實現全站噪聲小于48.5分貝，相當于人正常交談的音量。”朱博說。
柔直變壓器是背靠背工程中體積最大的核心設備。一臺變壓器長12米、寬4米、高5.1米，大概相當于兩只霸王龍并排行走的體積，運輸重量卻高達360噸，遠遠高于兩只霸王龍的重量?，F場平日運行的有12臺這樣的“巨獸”，卻只發出了人正常說話的聲量。
這主要源于變壓器水冷卻方式以及全戶內布置方案。相對于常規風冷變壓器，水冷變壓器整體噪音僅來自油泵和變壓器運行中的震動，結合變壓器全戶內的布置，便可實現對外界基本無噪音影響。而且水冷變壓器入口油溫較風冷卻器更加恒定，冷卻效率相對更高，并且無需使用大量風機，極大減少了日常能耗。
在占地方面，由于廣州工程采用基于柔性直流技術的背靠背直流輸電系統，換流站比常規直流占地更小，該工程總占地面積僅13萬平方米。
大灣區直流背靠背工程在數字化方面也做了一些有益的探索?；ㄟ^程中運用三維可視化技術進行施工過程管理，后續將以三維模型為紐帶，與運行業務深度融合，打造國內首個貫穿全生命周期的三維場景智能運維換流站，系統將融合基建關鍵數據及換流站站端實時運維數據，實現三維空間場景的智能操作、智能巡視、智能安全、智能檢修等應用。項目部成員羅新介紹：“三維數字化應用及智能巡檢系統可以簡單理解為現實世界的事物鏡像到虛擬系統，可以微觀到元部件級，并具有智能操作等功能。”
工程建設中，廣州工程也多有創新。作為世界電網行業尺寸最大的鋼結構建筑，鋼結構總長度209米，總寬度146米，總用鋼量達6200噸，閥廳為最大跨度達73米的無立柱結構空間。整體鋼結構用量達6200噸，有3306個焊接球焊接點，共12380根桿件。要將這樣“超大份量”的網架安裝至設計標高位置，并不容易。常見的“高空滑移法”施工占用場地大，“分件高空散裝”或“分塊高空安裝”需要大量的高空作業，而網架的下部空間被長時間占用，難以適應閥廳地面多溝道、多設備基礎、地面施工周期長的特點，而且存在一定的安全、質量風險。
項目副經理謝劍翔帶領技術骨干到廣州白云機場取經，使用“大型構件液壓同步提升技術”完成網架提升，并對提升過程進行計算機仿真模擬，計算各提升吊點反力值為依據，對網架鋼結構單元進行分級加載，從而對各吊點處的液壓提升系統伸缸壓力進行逐步的分級增加，最終保證了提升的安全可靠。
東莞工程同樣如是。今年3月廣東雨水非常多，東莞工程的項目經理吳軻卻沒了往年的擔心。原來，為了適應環境變化，工程團隊將“海綿城市”的理念用在了背靠背工程上。“我們通過應用雨水分散排放方案，一下雨就可以快速排澇，像海綿吸水一樣，減輕了排水管網壓力。”
朱博的記錄本上還有廣州工程創下的許多個“第一”，有些第一隨著時間的推移可能成為過往，但是為了這些“第一”走過的日子將永遠閃閃發光。“廣州工程還有后續要投產的東莞工程，我們終究要做的是為了點亮萬家燈火。”
南網傳媒全媒體記者 劉杰 郭冬冬 通訊員 歐陽逸雪 郝思遠 李亦彬 彭萊
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