新型直流電網(wǎng)：靈活、可靠、經(jīng)濟(jì)
能源緊缺、環(huán)境污染是全球“通病”。世界各國(guó)當(dāng)下都在大力開(kāi)發(fā)和利用可再生清潔能源，期望一舉解決能源和環(huán)境兩大問(wèn)題。截至2013年底，中國(guó)風(fēng)電裝機(jī)容量已達(dá)到9122萬(wàn)千瓦，為世界第一風(fēng)電大國(guó)，風(fēng)電也成為繼煤電和水電之后的中國(guó)第三大主力電源。然而，無(wú)論是大規(guī)模風(fēng)電，還是荒漠太陽(yáng)能，與傳統(tǒng)的、固定的電廠相比，具有分散性、小型性、遠(yuǎn)離負(fù)荷中心等特點(diǎn)，能源資源與負(fù)荷需求的地域矛盾進(jìn)一步加劇，電網(wǎng)在能源資源綜合優(yōu)化配置中的作用變得更為重要。
我國(guó)“西電東輸”“北電南送”的電力流格局在未來(lái)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi)很難改變，西部、北部富余電力的20%將源源不斷地送往中東部負(fù)荷中心。目前主要采用的超/特高壓交直流輸電網(wǎng)的技術(shù)有待進(jìn)一步提高，新型高壓直流輸電網(wǎng)相關(guān)技術(shù)亟待取得重大突破。與交流輸電相比，高壓直流輸電具有傳輸容量大、傳輸距離遠(yuǎn)、線路損耗小、可實(shí)現(xiàn)非同步互聯(lián)、運(yùn)行穩(wěn)定性高等優(yōu)點(diǎn)，在我國(guó)進(jìn)行電能輸送、加強(qiáng)電網(wǎng)互聯(lián)、提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和電能優(yōu)化配置方面具有廣闊的應(yīng)用前景。我國(guó)“十二五規(guī)劃綱要”和“國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006-2020）”中將高壓直流輸電系統(tǒng)的建設(shè)列為能源工作的重點(diǎn)。
在舟山群島、南麂島，我國(guó)已分別建成五端、三端的多端高壓直流輸電網(wǎng)示范項(xiàng)目。傳統(tǒng)的兩端系統(tǒng)的直流輸電工程僅能實(shí)現(xiàn)兩點(diǎn)之間的能量傳輸，當(dāng)使用直流輸電向多個(gè)負(fù)荷中心送電或多個(gè)交流系統(tǒng)間采用直流互聯(lián)時(shí)，需要建設(shè)多條直流輸電線路，極大增加輸電走廊的投資成本和運(yùn)行費(fèi)用。而新型多端高壓直流輸電系統(tǒng)不僅保持了傳統(tǒng)優(yōu)勢(shì)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了多端供電、多落點(diǎn)受電的功能，靈活、可靠而又經(jīng)濟(jì)。特別是海上風(fēng)電場(chǎng)等跨海電力傳輸、大規(guī)模可再生能源電力有效接入和傳輸、城市和島嶼等“孤島”負(fù)荷供電等迫切需要發(fā)展電壓源型多端高壓直流輸電技術(shù)。
在輸電骨干網(wǎng)架和區(qū)域電網(wǎng)中都存在直流線路的情況下，將二者聯(lián)接構(gòu)建直流電網(wǎng)是大勢(shì)所趨。近年來(lái)，歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家已提出了構(gòu)建直流電網(wǎng)的想法，如歐洲的“超級(jí)智能電網(wǎng)”計(jì)劃、美國(guó)所提出的2030年電網(wǎng)預(yù)想（Grid 2030）。我國(guó)電網(wǎng)面臨著遠(yuǎn)距離大容量電能輸送和輸電走廊緊缺、大規(guī)模可再生能源接納、區(qū)域供電品質(zhì)提升、電力需求響應(yīng)、復(fù)雜大規(guī)模電網(wǎng)安全性等問(wèn)題，先進(jìn)直流電網(wǎng)是我國(guó)未來(lái)電網(wǎng)建設(shè)的必然趨勢(shì)。
西安交大先進(jìn)直流電力技術(shù)與裝備協(xié)同創(chuàng)新中心正是瞄準(zhǔn)了新型高壓直流輸電系統(tǒng)和輸電設(shè)備的關(guān)鍵科學(xué)和技術(shù)問(wèn)題展開(kāi)協(xié)同研究。以裝備、系統(tǒng)、安全三個(gè)層面的重大科學(xué)問(wèn)題和關(guān)鍵技術(shù)為突破口，研制高壓直流斷路器、高壓直流套管、高壓直流電纜、DC-DC變換器等關(guān)鍵直流裝備以及開(kāi)發(fā)裝備集成、組網(wǎng)技術(shù)和系統(tǒng)安全技術(shù)，為我國(guó)新型高壓直流輸電系統(tǒng)和設(shè)備的研制與應(yīng)用建立理論基礎(chǔ)，支持我國(guó)電力能源戰(zhàn)略需求和持續(xù)發(fā)展。
協(xié)同創(chuàng)新體：持續(xù)、穩(wěn)定、高效盧彥輝是平高集團(tuán)派駐交大的四名青年科研人員之一。2013年底雙方共同建立平高集團(tuán)—西安交大電力裝備技術(shù)研究院。短短三個(gè)月后，兩個(gè)研發(fā)項(xiàng)目成功立項(xiàng)并投入運(yùn)行。據(jù)介紹，研究院運(yùn)行的項(xiàng)目主要有兩方面，一是應(yīng)用性較強(qiáng)的前沿技術(shù)難題，一是具有潛力的基礎(chǔ)研究課題，研究院每年會(huì)不斷立項(xiàng)。
目前，盧彥輝和同事們分成兩個(gè)組，正緊張推進(jìn)兩個(gè)項(xiàng)目，其中一項(xiàng)已完成評(píng)審正在繪制圖紙，另一項(xiàng)將于年底評(píng)審，進(jìn)展都非常順利。盧彥輝在交大的辦公室位于電氣學(xué)院所在的東一樓，項(xiàng)目組的老師和研究生們也在同一層辦公和開(kāi)展實(shí)驗(yàn)，有了問(wèn)題隨時(shí)可以交流。而在過(guò)去，企業(yè)遇到問(wèn)題先要打電話給項(xiàng)目組老師，電話里解釋不清楚的老師再趕過(guò)去，耗時(shí)耗力。
“平高集團(tuán)—西安交大電力裝備技術(shù)研究院”是協(xié)同創(chuàng)新機(jī)制下的產(chǎn)物之一，今年10月28日西安交大與西電公司又簽約成立了“西電—交大電氣技術(shù)研究院”。中心副主任李盛濤教授說(shuō)，協(xié)同創(chuàng)新體把高校、科研院所、企業(yè)有機(jī)聯(lián)系在了一起，研究方向上瞄準(zhǔn)國(guó)家需求，技術(shù)創(chuàng)新上結(jié)合生產(chǎn)需求，體制機(jī)制上實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，徹底改變了過(guò)去“點(diǎn)對(duì)點(diǎn)”的校企合作模式和“作坊式”的高校科研工作方式，形成了持續(xù)的、穩(wěn)定的、高效的合作機(jī)制，有利于匯聚創(chuàng)新要素，產(chǎn)生重大科研成果。
在先進(jìn)直流電力技術(shù)與裝備協(xié)同創(chuàng)新體中，西安交大、重慶大學(xué)都擁有國(guó)內(nèi)老牌的電氣工程優(yōu)勢(shì)學(xué)科，在國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室等科研平臺(tái)、創(chuàng)新群體等人才隊(duì)伍、電氣工程學(xué)科方面擁有特色優(yōu)勢(shì)，并在科研主攻方向上彼此互補(bǔ)。兩所高校在近年來(lái)共同研討制定本科生課程計(jì)劃、培養(yǎng)方案等工作的基礎(chǔ)上，正在醞釀推動(dòng)本科生專業(yè)課程學(xué)分互認(rèn)工作，讓學(xué)生間的交流學(xué)習(xí)更加通暢。此前，兩校從2011年起與四川省電力公司電力科學(xué)研究院研究生工作站建立了穩(wěn)定的合作關(guān)系，共同將全日制工程碩士派進(jìn)工作站，進(jìn)行為期半年的實(shí)踐和交流。
中心整合了成員單位現(xiàn)有的6個(gè)研究平臺(tái)和實(shí)驗(yàn)基地、1000多臺(tái)/套近兩億元產(chǎn)值的大型儀器設(shè)備等科技創(chuàng)新資源，并制定了共享制度，保證資源得到有效共享。中心設(shè)立了高壓直流開(kāi)斷、高壓直流電力設(shè)備絕緣 、直流輸電系統(tǒng) 、直流電力設(shè)備全壽命周期管理 、直流電力系統(tǒng)及裝備電磁安全等6個(gè)研究部，擁有100余人的關(guān)鍵技術(shù)開(kāi)發(fā)及工程應(yīng)用方面的人才隊(duì)伍。
創(chuàng)新成效：成果、人才、機(jī)制
2012年底，西安交大—西電集團(tuán)特高壓套管科研攻關(guān)組自主研制成功的系列特高壓套管順利通過(guò)國(guó)家能源局組織的專家鑒定，綜合技術(shù)性能達(dá)到國(guó)內(nèi)領(lǐng)先、國(guó)際先進(jìn)水平。其中，±800kV換流變套管解決了特高壓直流套管制約我國(guó)直流輸電發(fā)展的瓶頸問(wèn)題，打破了國(guó)外技術(shù)壟斷，對(duì)中國(guó)實(shí)現(xiàn)特高壓直流重大裝備國(guó)產(chǎn)化具有重要意義；1100kV油-SF6膠浸紙?zhí)坠苁悄壳皣?guó)際首支電壓等級(jí)最高的干式套管，綜合技術(shù)性能達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。
中心組建伊始便瞄準(zhǔn)國(guó)家重大需求，開(kāi)始了自主研發(fā)、聯(lián)合攻關(guān)之路。雙方采取“產(chǎn)、學(xué)、研、用”聯(lián)合攻關(guān)的研發(fā)模式，形成了一套完整的產(chǎn)業(yè)鏈。2006年，成功研制國(guó)內(nèi)首支百萬(wàn)伏油紙變壓器套管，產(chǎn)品于2007年6月帶電運(yùn)行于武漢特高壓試驗(yàn)基地；2007年成功研制“晉東南—南陽(yáng)—荊門”特高壓試驗(yàn)示范工程用1100kV電抗器套管，可完全替代進(jìn)口，申請(qǐng)國(guó)內(nèi)專利2項(xiàng)，修訂國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)2項(xiàng)；2010年，西電集團(tuán)投資近5個(gè)億，組建了國(guó)內(nèi)領(lǐng)先、世界一流的高壓套管制造公司，干式套管開(kāi)始走向產(chǎn)業(yè)化。近三年間，校企合作先后研制出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的±20kV、±90kV、±150kV、±320kV干式直流穿墻套管；±186kV、±200KV、±500kV干式換流變套管；550kV及以下級(jí)各類干式變壓器套管；126kV、252kV、363kV干式油-SF6套管、油-油套管等，部分產(chǎn)品已經(jīng)掛網(wǎng)運(yùn)行且狀態(tài)良好。中心培育組建階段取得的科技成果，已陸續(xù)在企業(yè)中示范應(yīng)用。結(jié)合在研國(guó)家科研項(xiàng)目，中心聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)在特高壓直流套管、直流電纜、直流轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、高壓DC-DC變換裝置、分頻風(fēng)電、海上風(fēng)電、直流裝備外絕緣、直流系統(tǒng)運(yùn)行與控制等方面取得了一系列創(chuàng)新成果。以西安交大榮命哲教授為首席科學(xué)家的“高壓直流短路電流開(kāi)斷機(jī)理及其應(yīng)用基礎(chǔ)”獲得“973”計(jì)劃2015年度項(xiàng)目立項(xiàng)資助。
與此同時(shí)，中心在體制機(jī)制創(chuàng)新、人才培養(yǎng)等方面產(chǎn)生了積極的實(shí)踐效果，有效推動(dòng)了我國(guó)先進(jìn)直流電力技術(shù)及裝備研究的快速發(fā)展與人才培養(yǎng)，有力提升了高校人才、學(xué)科、科研三位一體的創(chuàng)新能力，并通過(guò)與相關(guān)國(guó)外企業(yè)建立協(xié)作關(guān)系，形成了國(guó)際化的產(chǎn)學(xué)研用相結(jié)合的協(xié)同創(chuàng)新體系。培育組建以來(lái)，中心新增國(guó)家重大科技計(jì)劃項(xiàng)目（973項(xiàng)目）1個(gè)，國(guó)家能源局重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室1 個(gè)，國(guó)家創(chuàng)新群體1個(gè)，教育部創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)1 個(gè)，吸引“千人計(jì)劃”學(xué)者5 人，獲得國(guó)家級(jí)科技成果4 項(xiàng)。
西安交通大學(xué)先進(jìn)直流電力技術(shù)與裝備協(xié)同創(chuàng)新中心主任榮命哲教授談到中心遠(yuǎn)期目標(biāo)和使命時(shí)說(shuō)到：我們將致力于實(shí)現(xiàn)我國(guó)在先進(jìn)直流電力技術(shù)及裝備領(lǐng)域基礎(chǔ)研究、應(yīng)用研究對(duì)世界電力技術(shù)及裝備研發(fā)的引領(lǐng)和示范；加速推進(jìn)我國(guó)電力技術(shù)及裝備向高端先進(jìn)直流電力技術(shù)及裝備領(lǐng)域的順利轉(zhuǎn)型，為從“中國(guó)制造”向“中國(guó)創(chuàng)造”推進(jìn)的創(chuàng)新型國(guó)家戰(zhàn)略做出貢獻(xiàn)。
榮命哲教授這樣描繪2020至2030年我國(guó)電網(wǎng)的發(fā)展藍(lán)圖：“多端高壓直流輸電網(wǎng)就好比是高速公路，有多個(gè)出口，這就改變了傳統(tǒng)的‘點(diǎn)對(duì)點(diǎn)’的單向高壓直流電力輸送方式，大大提高了電力輸送的靈活性，并能有效緩解我國(guó)輸電走廊緊缺的問(wèn)題。而區(qū)域的智能化直流電網(wǎng)就好比是繞城高速，實(shí)現(xiàn)電力需求側(cè)響應(yīng)、分布式能源、儲(chǔ)能與電網(wǎng)的有機(jī)融合，實(shí)現(xiàn)覆蓋城鄉(xiāng)的能源、電力、信息綜合服務(wù)體系。”
