加快直流电力技术与装备创新 绘就祖国智能电网蓝图

　　2006年，西安交大作为“先进直流电力技术与装备协同创新中心”牵头单位，联合重庆大学、中国电力科学院、南方电网科学研究院、中国西电集团公司、平高集团有限公司等单位，针对直流电力系统开展关键性技术和设备的研究探索，特高压交直流系列套管等一批重大科研成果不断涌现并且使之及时融入到国家经济建设和社会发展洪流当中。2013年，该中心入选“陕西省2011协同创新中心”。

　　新型直流电网：灵活、可靠、经济

　　能源紧缺、环境污染是全球“通病”。世界各国当下都在大力开发和利用可再生清洁能源，期望一举解决能源和环境两大问题。截至2013年底，中国风电装机容量已达到9122万千瓦，为世界第一风电大国，风电也成为继煤电和水电之后的中国第三大主力电源。然而，无论是大规模风电，还是荒漠太阳能，与传统的、固定的电厂相比，具有分散性、小型性、远离负荷中心等特点，能源资源与负荷需求的地域矛盾进一步加剧，电网在能源资源综合优化配置中的作用变得更为重要。

　　我国“西电东输”“北电南送”的电力流格局在未来相当长的时期内很难改变，西部、北部富余电力的20%将源源不断地送往中东部负荷中心。目前主要采用的超/特高压交直流输电网的技术有待进一步提高，新型高压直流输电网相关技术亟待取得重大突破。与交流输电相比，高压直流输电具有传输容量大、传输距离远、线路损耗小、可实现非同步互联、运行稳定性高等优点，在我国进行电能输送、加强电网互联、提高电力系统的稳定性和电能优化配置方面具有广阔的应用前景。我国“十二五规划纲要”和“国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020)”中将高压直流输电系统的建设列为能源工作的重点。

　　在舟山群岛、南麂岛，我国已分别建成五端、三端的多端高压直流输电网示范项目。传统的两端系统的直流输电工程仅能实现两点之间的能量传输，当使用直流输电向多个负荷中心送电或多个交流系统间采用直流互联时，需要建设多条直流输电线路，极大增加输电走廊的投资成本和运行费用。而新型多端高压直流输电系统不仅保持了传统优势，同时实现了多端供电、多落点受电的功能，灵活、可靠而又经济。特别是海上风电场等跨海电力传输、大规模可再生能源电力有效接入和传输、城市和岛屿等“孤岛”负荷供电等迫切需要发展电压源型多端高压直流输电技术。

　　在输电骨干网架和区域电网中都存在直流线路的情况下，将二者联接构建直流电网是大势所趋。近年来，欧美等发达国家已提出了构建直流电网的想法，如欧洲的“超级智能电网”计划、美国所提出的2030年电网预想(Grid 2030)。我国电网面临着远距离大容量电能输送和输电走廊紧缺、大规模可再生能源接纳、区域供电品质提升、电力需求响应、复杂大规模电网安全性等问题，先进直流电网是我国未来电网建设的必然趋势。

　　西安交大先进直流电力技术与装备协同创新中心正是瞄准了新型高压直流输电系统和输电设备的关键科学和技术问题展开协同研究。以装备、系统、安全三个层面的重大科学问题和关键技术为突破口，研制高压直流断路器、高压直流套管、高压直流电缆、DC-DC变换器等关键直流装备以及开发装备集成、组网技术和系统安全技术，为我国新型高压直流输电系统和设备的研制与应用建立理论基础，支持我国电力能源战略需求和持续发展。

　　协同创新体：持续、稳定、高效

　　卢彦辉是平高集团派驻交大的四名青年科研人员之一。2013年底双方共同建立平高集团—西安交大电力装备技术研究院。短短三个月后，两个研发项目成功立项并投入运行。据介绍，研究院运行的项目主要有两方面，一是应用性较强的前沿技术难题，一是具有潜力的基础研究课题，研究院每年会不断立项。

　　目前，卢彦辉和同事们分成两个组，正紧张推进两个项目，其中一项已完成评审正在绘制图纸，另一项将于年底评审，进展都非常顺利。卢彦辉在交大的办公室位于电气学院所在的东一楼，项目组的老师和研究生们也在同一层办公和开展实验，有了问题随时可以交流。而在过去，企业遇到问题先要打电话给项目组老师，电话里解释不清楚的老师再赶过去，耗时耗力。

　　“平高集团—西安交大电力装备技术研究院”是协同创新机制下的产物之一，今年10月28日西安交大与西电公司又签约成立了“西电—交大电气技术研究院”。中心副主任李盛涛教授说，协同创新体把高校、科研院所、企业有机联系在了一起，研究方向上瞄准国家需求，技术创新上结合生产需求，体制机制上实现优势互补，彻底改变了过去“点对点”的校企合作模式和“作坊式”的高校科研工作方式，形成了持续的、稳定的、高效的合作机制，有利于汇聚创新要素，产生重大科研成果。

　　在先进直流电力技术与装备协同创新体中，西安交大、重庆大学都拥有国内老牌的电气工程优势学科，在国家重点实验室等科研平台、创新群体等人才队伍、电气工程学科方面拥有特色优势，并在科研主攻方向上彼此互补。两所高校在近年来共同研讨制定本科生课程计划、培养方案等工作的基础上，正在酝酿推动本科生专业课程学分互认工作，让学生间的交流学习更加通畅。此前，两校从2011年起与四川省电力公司电力科学研究院研究生工作站建立了稳定的合作关系，共同将全日制工程硕士派进工作站，进行为期半年的实践和交流。

　　中心整合了成员单位现有的6个研究平台和实验基地、1000多台/套近两亿元产值的大型仪器设备等科技创新资源，并制定了共享制度，保证资源得到有效共享。中心设立了高压直流开断、高压直流电力设备绝缘 、直流输电系统 、直流电力设备全寿命周期管理 、直流电力系统及装备电磁安全等6个研究部，拥有100余人的关键技术开发及工程应用方面的人才队伍。

　　创新成效：成果、人才、机制

　　2012年底，西安交大—西电集团特高压套管科研攻关组自主研制成功的系列特高压套管顺利通过国家能源局组织的专家鉴定，综合技术性能达到国内领先、国际先进水平。其中，±800kV换流变套管解决了特高压直流套管制约我国直流输电发展的瓶颈问题，打破了国外技术垄断，对中国实现特高压直流重大装备国产化具有重要意义;1100kV油-SF6胶浸纸套管是目前国际首支电压等级最高的干式套管，综合技术性能达到国际领先水平。

　　中心组建伊始便瞄准国家重大需求，开始了自主研发、联合攻关之路。双方采取“产、学、研、用”联合攻关的研发模式，形成了一套完整的产业链。2006年，成功研制国内首支百万伏油纸变压器套管，产品于2007年6月带电运行于武汉特高压试验基地;2007年成功研制“晋东南—南阳—荆门”特高压试验示范工程用1100kV电抗器套管，可完全替代进口，申请国内专利2项，修订国家标准2项;2010年，西电集团投资近5个亿，组建了国内领先、世界一流的高压套管制造公司，干式套管开始走向产业化。近三年间，校企合作先后研制出具有自主知识产权的±20kV、±90kV、±150kV、±320kV干式直流穿墙套管;±186kV、±200KV、±500kV干式换流变套管;550kV及以下级各类干式变压器套管;126kV、252kV、363kV干式油-SF6套管、油-油套管等，部分产品已经挂网运行且状态良好。

　　中心培育组建阶段取得的科技成果，已陆续在企业中示范应用。结合在研国家科研项目，中心联合研究团队在特高压直流套管、直流电缆、直流转换开关、高压DC-DC变换装置、分频风电、海上风电、直流装备外绝缘、直流系统运行与控制等方面取得了一系列创新成果。以西安交大荣命哲教授为首席科学家的“高压直流短路电流开断机理及其应用基础”获得“973”计划2015年度项目立项资助。

　　与此同时，中心在体制机制创新、人才培养等方面产生了积极的实践效果，有效推动了我国先进直流电力技术及装备研究的快速发展与人才培养，有力提升了高校人才、学科、科研三位一体的创新能力，并通过与相关国外企业建立协作关系，形成了国际化的产学研用相结合的协同创新体系。培育组建以来，中心新增国家重大科技计划项目(973项目)1个，国家能源局重点实验室1 个，国家创新群体1个，教育部创新团队1 个，吸引“千人计划”学者5 人，获得国家级科技成果4 项。

　　西安交通大学先进直流电力技术与装备协同创新中心主任荣命哲教授谈到中心远期目标和使命时说到：我们将致力于实现我国在先进直流电力技术及装备领域基础研究、应用研究对世界电力技术及装备研发的引领和示范;加速推进我国电力技术及装备向高端先进直流电力技术及装备领域的顺利转型，为从“中国制造”向“中国创造”推进的创新型国家战略做出贡献。

　　荣命哲教授这样描绘2020至2030年我国电网的发展蓝图：“多端高压直流输电网就好比是高速公路，有多个出口，这就改变了传统的‘点对点’的单向高压直流电力输送方式，大大提高了电力输送的灵活性，并能有效缓解我国输电走廊紧缺的问题。而区域的智能化直流电网就好比是绕城高速，实现电力需求侧响应、分布式能源、储能与电网的有机融合，实现覆盖城乡的能源、电力、信息综合服务体系。”