抢占柔直控保技术制高点
时间:2017-12-05 来源:国家电网报 作者:张海峰

  抢占柔直控保技术制高点

  ——记CPS5000柔直控制保护系统发展历程

  截至11月,全球能源互联网研究院有限公司自主研发的CPS5000柔性直流控制保护系统已在上海南汇风电场柔性直流输电工程成功投运6个月,并实现零故障、零误报,安全性和可靠性得到业主的一致好评。

  联研院积极响应国家电网公司“建设以特高压电网为骨干网架”的发展战略,紧盯远距离、大容量特高压直流电网建设的发展趋势,立足自身科研优势,成功自主研发CPS5000柔性直流输电控制保护系统,突破了柔性直流换流站成套技术瓶颈,构建了完善的柔性直流换流站成套设备体系。

  刻苦攻关

  独立自主掌握先进技术

  柔性直流输电技术是一种以电压源换流器、自关断器件和脉宽调制(PWM)技术为基础的新型输电技术,具有可向无源网络供电、不会出现换相失败、换流站间无需通信以及易于构成多端直流系统等优点。与传统方式相比,柔性直流输电在孤岛供电、城市配电网的增容改造、交流系统互联、大规模风电场并网等方面具有较大的技术优势,是改变大电网发展格局的战略选择。

  2006年,联研院率先开启柔性直流关键技术研究,历经5年重点技术攻关,于2011年7月,在我国率先自主研发了柔性直流换流阀,并成功应用于上海南汇风电场柔性直流输电工程。联研院直流团队成为中国第一、世界第三独立自主掌握柔性直流换流阀的技术团队。

  完善的柔性直流换流站成套设备体系由柔性直流换流阀和柔性直流控制保护系统两大核心部分组成,柔性直流控制保护系统相比传统控制保护系统,需要适应柔直换流阀高频率的控制需求和复杂的控制策略。联研院在研发我国第一柔直换流阀后,又迅速开启柔性直流控制保护系统的研究。

  2012年,直流控制保护技术团队正式组建。2013年,团队成功自主研发以超高速总线eTDM为通信架构的控制保护样机。2014年10月,自主研发的CPS5000柔性直流输电控制保护样机顺利通过全部型式试验。

  精准布局

  整体技术达国际先进水平

  柔性直流控制保护系统硬件软件研究,是摆在直流控制保护团队面前的首要问题。团队带头人贺之渊博士总结我国柔性直流换流阀的科研经验,立足自主创新,明确提出“柔直控制保护系统三步走”,从夯实基础,到研发突破,再到工程应用,为整个团队科研工作指明方向。对于如何进一步优化柔直控制保护系统的通信结构以适应柔性直流高频、高速、复杂的控制功能,团队技术负责人王华锋率先提出采用eTDM高速总线构建分层分布式软硬件架构,搭配集成化的嵌入式实时操作系统,有效解决了柔性直流输电中高频复杂的控制难题,满足了高压大容量柔性直流控制保护系统数据传输的实时性要求。此外,团队技术骨干林志光也提出基于复合耦合和独立信息交互总线的多处理器同步并行运算、多模块协同工作的硬件架构,实现了10.984GFLOPS单模块总浮点运算能力、可扩展多模块协同运行,实现了百微秒控制周期内大量算法、数据的实时运算处理。

  2016年12月,联研院CPS5000柔直控制保护系统作为直流断路器的控制保护平台成功应用于舟山五端柔直工程200千伏高压直流断路器工程,至今运行良好。

  2017年2月,联研院自主研发的CPS5000柔性直流控制保护系统在上海南汇风电场正式开始进行单站STATCOM、双站HVDC系统调试。试验结果参数表明,各项技术指标完全满足柔性直流电网工程的技术要求。同年4月,CPS5000柔性直流输电控制保护系统正式投入商业运行。

  7月15日,中国电机工程学会在北京组织召开了联研院牵头研制的“柔性直流输电控制保护设备”技术成果鉴定会。CPS5000柔直控制保护系统在上述两个工程运行中具有很高的可靠性,得到了与会专家高度肯定。鉴定委员会一致认为,CPS5000柔性直流输电控制保护设备整体技术达到国际先进水平,建议尽快推广应用。

  完善体系

  推进“一带一路”建设

  历时10年,联研院直流团队逐步构建了以柔性直流换流阀、柔性直流控制保护系统、直流断路器为基础的完善自主柔性直流输电技术,完全突破柔性直流输电成套设备体系的技术封锁,使我国全面掌握远距离、大容量特高压柔直电网建设的自主知识产权。

  2013年,国家主席习近平提出“一带一路”倡议,推动与沿线有关国家在基础设施、能源开发等领域广泛开展互惠共赢的深度合作。联研院研发的柔性直流输电技术既支持火电、水电远距离并网,也可接纳太阳能、风电等多元化的新能源接入,在跨区域、大范围、远距离输电方面的可靠性和灵活性优势明显,具备完整的自主知识产权,可为我国推动“一带一路”建设能源开发贡献强有力的技术支撑。

  惟其艰难,才更显勇毅;惟其笃行,才弥足珍贵。联研院自主研发的CPS5000柔直控制保护系统的研制投运,标志着我国在高端电力装备自主创新方面又取得一次重要突破,更加完善地掌握特高压柔性直流输电成套技术,为我国建设坚强智能电网,突破跨国公司的技术封锁,推动“一带一路”建设抢占了技术制高点。

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