為確保所有冬奧會場館使用上百分之百的綠色電能，作為北京冬奧會綠色電能輸送主通道，張北柔性直流電網延慶換流站前段時間接受了全面體檢。圖為9月25日，國網北京市電力公司延慶換流站的員工在清洗絕緣立柱。新華社記者 李欣 攝

2022北京冬奧會的腳步越來越近，“相約北京”系列測試賽和測試活動也正在緊鑼密鼓地進行中。從場館照明、冰面運維、雪道造雪，到電視轉播、計時積分，再到安保安檢、後勤保障等，各環節執行都離不開電力保障。

與往屆冬奧會不同，2022北京冬奧會期間，所有場館將全部採用“綠電”。這是奧運歷史上首次實現全部場館100%清潔能源供應，具有里程碑意義，也是中國向世界承諾低碳減排、實現綠色發展的具體行動。

那麼，冬奧會的綠電從何而來，100%綠電供應如何安全穩定實現，突破了哪些新技術？

柔性直流技術，到底“柔”在哪裡，領先在什麼地方

天空湛藍，陽光炫目，距離北京300公里左右的河北張家口，被譽為“風的故鄉、光的海洋”，這裡是國家規劃的大型可再生能源基地。

冬奧“綠電”的源頭，就在這裡。

資料顯示，當地風能、太陽能可開發規模高達8500萬千瓦。與此同時，張家口地區電力需求小，新能源接納能力有限，但毗鄰的京津冀地區卻需要強大的能源支撐。

2018年2月，作為2022北京冬奧會重點配套工程，張北可再生能源柔性直流電網試驗示範工程（以下簡稱“張北柔直工程”）開工建設，2020年6月竣工投產。

經由這一工程，張家口隨機的波動的風電、光伏等清潔能源轉化成穩定的電能，送入北京。

據介紹，張北柔直工程每年可向北京地區輸送約141億千瓦時的清潔能源，大約相當於北京市用電量的十分之一，每年可節約標準煤490萬噸，減排二氧化碳1280萬噸。“用張北的風點亮北京的燈”這個充滿詩意的設想，變成了現實。

這是一個世界級工程！記者瞭解到，張北柔直工程總投資125億元，新建4個換流站，額定電壓±500千伏，總換流容量900萬千瓦，配套建設±500千伏直流輸電線路666千米，是世界上首個輸送大規模風電、光伏、抽水蓄能等多種能源的四端柔性直流電網工程，也是世界上電壓等級最高、輸送容量最大的柔性直流工程，核心技術和關鍵裝置均為國際首創，創造了12項世界第一。

那麼，何為柔性直流技術，到底“柔”在哪裡，領先在什麼地方？

柔性直流，簡單來說就是靈活可控直流。以風電為例，風大時電力供應足，但需求端不一定能充分消化；風小時供應弱，但需求端或許正處於用電高峰期。即供應與需求之間難以匹配，“柔性”則意味著可控可調節。

透過柔性直流技術，把原本不可控、不能組網的直流線路連線起來，組成一張直流電網，分別連線張家口的風電場、光伏電廠，以及抽水蓄能電站，這樣一來不僅可以把時斷時續的不穩定的風電、光伏等清潔能源轉換成穩定的電能，還能進行清潔能源的儲存、調配、按需送電，破解了無法實現電能大規模儲存、生產量與消費量之間實時平衡等難題。

專家介紹，與常規的交直流輸電技術相比，柔性直流輸電技術可控性更強、功率調節速度更快、執行方式更靈活。

張北柔直工程的成功執行，將張家口地區上百家風電場、數千家光伏電站連成一個有機整體，併成功“上網”，實現了綠電的全部接入、消納和輸送，直接滿足北京冬奧會北京、延慶兩個賽區場館用電需求，加上張家口賽區冬奧場館就地消納當地綠色電力，使得北京冬奧會場館實現奧運歷史上首次100%使用綠色電力的目標。

新裝置、新技術，讓綠電並得上送得出能消納

風光出張北，綠電送京畿。在張北廣袤的原野上，風車林立，一排排光伏發電板在陽光下格外耀眼，清潔的風能、太陽能等源源不斷地為冬奧場館提供充足綠電。

中都換流站位於張北縣壩上草原，是張北柔直工程的兩個重要送端換流站之一，也是助力北京冬奧場館100%清潔能源供電的重要電力工程。自2020年6月投運以來，中都換流站每天有318萬千瓦時清潔綠電輸送到北京。

綠電之所以能夠並得上、送得出、能消納，離不開新裝置、新技術的支援。

據瞭解，由於風、光等新能源自身固有的隨機性、波動性等特徵，使得大規模新能源併網成為世界性難題。張北柔直工程採用我國原創的柔性直流電網新技術，能夠有效抑制交流電壓波動，減少功率波動對受端電網的影響，解決風電、光伏等間歇式能源發電併網安全問題。

在工程中，柔性直流換流閥堪稱其“心臟”。據國網全球能源網際網路研究院有關研究人員介紹，在每個傳輸節點必須有換流閥存在，它的主要作用是在送端將各種清潔能源整合打包變為直流電輸送至受端，在受端透過它再次上演“變形記”，將直流電轉換為穩定的交流電，供使用者使用。

為何要“換流”？南瑞繼保電氣有限公司有關技術負責人的話給出了答案：“將交流電轉化為直流電，是有效實現電力從源頭輸送到客戶端的方法之一，直流電遠距離傳輸的速度更快。”

據介紹，應用於張北柔直工程中的換流閥是世界上電壓等級最高、可傳輸容量最大的柔性直流輸電核心裝置。“電壓等技術引數提高，導致換流閥執行工況比兩端柔性直流輸電系統更為複雜，故障傳播速度更快，對閥控系統提出了微秒級超高速控制保護要求。”有關科研人員表示，這正是其技術難點。

除了柔性直流換流閥，高壓直流斷路器也是張北柔直工程的骨幹裝置之一。

電力輸送從點對點的線式向網路發展，需要依靠高壓斷路器形成能夠開合的節點，從而實現電網各部分靈活地組合或分離。因此，無論是交流電網還是直流電網，高壓斷路器都是電力輸送網路中的關鍵裝置。

據有關專家介紹，斷路器就相當於是確保電網安全可靠執行的“保險栓”，當某處出現重大短路故障時，它將自動切斷電流，保證關鍵裝置不被燒壞。

在該工程中，世界上最高電壓等級、最大開斷能力的500千伏直流斷路器得到應用。

“作為電力系統中的一種全新裝置，張北柔直工程500千伏高壓直流斷路器，突破了直流輸電向更為靈活經濟的直流電網方向發展的技術瓶頸。”思源電氣股份有限公司有關負責人結合張北柔直工程投運近一年的情況分析認為，張北柔直工程使直流輸電向直流電網發展成為現實，大幅提升了我國電力電子裝備的國際影響力。

高電壓等級、大換流容量的柔性直流換流閥，大開斷能力的高壓直流斷路器，適應於直流電網的控制保護系統、交流耗能裝置……正是諸多這樣過硬的新裝置、新技術，成就張北柔直工程創下12項世界第一。

全景感知、智慧調控，實現賽區高可靠性清潔電力供應

11月23日晚，張家口冬奧村（冬殘奧村）成功開展首場常規用電負荷測試暨亮燈儀式，引起廣泛關注。此前，在北京，冬奧會標誌性場館群也已集體亮燈。

對於華北電力大學電氣與電子工程學院教授劉念來說，這是對冬奧賽區100%清潔電力供應高可靠性的驗證，也是對課題團隊近段時間工作成果的大考。

據瞭解，賽事期間，要想向全球觀眾呈現精彩的比賽，高可靠性的電力保障是重中之重。然而，清潔電力供應可靠與否，受多重不確定性因素影響，比如可再生電源出力、負荷波動、電網故障、重大社會活動背景等。要保障冬奧賽區電網的高可靠性供電，面臨著電網安全調控和應急協同保障等方面難題。

為解決這些難題，國家重點研發計劃“科技冬奧”重點專項“冬奧賽區100%清潔電力高可靠供應關鍵技術研究及示範專案”啟動。

專案團隊成員一起攻克了包括100%可再生能源支撐柔性直流孤島電網穩定控制、資訊物理社會互動影響的源-輸-配-荷一體化高可靠供電、冬奧供電網數字孿生系統構建等一系列關鍵技術。

冬奧智慧運維保障平臺是該專案重要研究成果之一，可實現裝置狀態智慧監控、巡視任務智慧管控、應急搶修智慧排程、保障現場智慧指揮四大功能。

“這是基於資訊-物理-社會多維融合的電網執行可靠性技術保障體系，從電網全景感知、安全調控、綜合保障3個層面保障賽事期間重要負荷不中斷供電、減小電網停電時戶數。”劉念告訴記者，“主要是針對配電網的運維保障。”

配電網，是指從輸電網或地區發電廠接受電能，透過配電設施就地分配或按電壓逐級分配給各類使用者的電力網，是連線使用者的重要環節。

以張家口賽區為例。該賽區配電網在設計階段採用了高可靠的“雙環網+聯絡環網”供電模式，並進行了配電自動化系統升級改造。“這就是物理維度，一旦某條線路發生故障，系統便可以切換到另一條正常執行的線路，瞬間即可恢復供電，說明網架堅強可靠。”劉念告訴記者。

在資訊維度，主要是指對電網全景資訊的採集感知。也就是說，通過冬奧智慧運維保障平臺，配電網在哪裡、連線哪些負荷、裝置執行狀態等，全部一目瞭然。而在社會維度，則是指保電運維人員、車輛以及物資等方面的協同保障。

“對於保電指揮人員而言，可透過這一平臺實現對保電裝置全景狀態的監控、任務下達以及應急搶修資源快速調配。對於一線保電人員，則可透過平臺實現保電任務、應急搶修、異常及監測告警等事件的接單、處置、回覆等全流程資訊處理。”劉念告訴記者。依託這一系列科技創新，可確保冬奧會電力系統平穩、高效運轉，助力實現冬奧會“100%綠色電力供應”和“99。999%高可靠供電”兩大目標。（本報記者 王珍）