（本文摘编自电力专著《中国电网里程碑工程（1949~2022）》，转载请注明出处。）
内容提要
张北±500kV柔性直流电网试验示范工程是我国自主研发、设计、建设、运行的世界首个柔性直流电网工程，也是世界上首个汇集和输送大规模风电、光伏、抽蓄等多种形态能源的柔性直流电网工程，首次实现多点汇集、多点送出、柔性直流组网、多能互补，工程于2020年6月29日投入运行。
张北柔性直流电网试验示范工程是2022年北京冬季奥运会重点配套工程，大幅提升了张北地区新能源送出能力，提高了京津冀地区绿色电能比例，助力冬奥会绿色电能供应，为解决新能源大规模开发和消纳的世界难题提供了“中国方案”。
张北柔性直流电网输电线路工程 官厅水库跨越段
一、工程背景
能源安全是国家安全的重要保障。河北省张北坝上高原的风电、太阳能发电资源十分丰富，距离北京负荷中心仅200~350km，开发条件十分优越，可开发规模高达8500万kW，是国家规划的大型可再生能源基地。
2014年4月，有关专家建议采用柔性直流输电技术实现华北地区风电场群间的互联及电力外送，根治华北雾霾，受到党中央高度重视。
2014年5月，国家能源局部署研究张北地区通过柔性直流输电技术实现大规模新能源外送的可行性；
2016年2月国家能源局《关于贯彻落实北京市大气污染防治工作座谈会会议精神有关工作安排的通知》提出规划建设张北柔性直流电网试验示范工程；
2016年4月~2017年4月，在国家能源局的大力支持下，国家电网公司多次组织召开张北柔性直流输电技术方案专家咨询论证会，多位院士及国家能源局、中国电力企业联合会、中国国际工程咨询有限公司、电力规划设计总院等单位专家参与，经过反复论证，最终提出了张北工程柔性直流组网方案。
以张北柔性直流电网试验示范工程为代表的柔性直流输电工程被列入国家能源技术创新“十三五”和“十四五”规划、《电力发展“十三五”规划》、《能源技术革命创新行动计划（2016~2030）》、国家重点研发计划和《中国制造2025》。
工程示意图
二、工程概况
1.建设规模
张北柔性直流电网试验示范工程包括±500kV张北、康保、丰宁、北京四个换流站，以及张北—康保—丰宁—北京—张北±500kV直流架空线路、金属回流线路，配套建设相应的OPGW光纤通信和无功补偿及二次系统设备。
工程核准静态投资122.34亿元、动态投资124.78亿元，由国网北京市电力公司（北京换流站、北京市境内线路）、国网冀北电力公司（张北、康保、丰宁换流站及河北省境内线路）出资建设。
±500kV张北换流站
（1）±500kV张北换流站。
张北换流站位于河北省张家口市张北县公会镇，海拔1344m。换流站额定直流电压±500kV，额定换流容量3000MW，换流器采用对称双极、中性线金属回线接线，每极装设1个柔性直流换流单元，每个单元换流容量1500MW，额定直流电流3000A，采用“半桥MMC+直流断路器”设备配置方案；
±500kV康保换流站
（2）±500kV康保换流站
康保换流站位于河北张家口市康保县李家地镇，海拔高度1385m。换流站额定直流电压±500kV，额定换流容量1500MW，换流器采用对称双极、中性线金属回线接线， 每极装设1个柔性直流换流单元，每个单元换流容量750MW，额定直流电流1500A，采用“半桥MMC+直流断路器”设备配置方案；
500kV丰宁换流站
（3）±500kV丰宁换流站
丰宁换流站位于河北省承德市丰宁县黄旗镇，海拔958m。额定直流电压±500kV，额定换流容量1500MW，换流器采用对称双极、中性线金属回线接线， 每极装设1个柔性直流换流单元，每个单元换流容量750MW，额定直流电流1500A，采用“半桥MMC+直流断路器”设备配置方案，直流场采用简化单母线接线，换流器高压侧通过快速开关接入直流母线，直流线路侧通过直流断路器接入直流母线，中性线侧设置中性母线，换流器低压侧通过NBS直流转换开关接入中性母线，金属回线通过MBS直流断路器接入中性母线。
±500kV北京换流站
（4）±500kV北京换流站
北京换流站位于北京市延庆区八达岭镇，海拔高度608m，与500kV变电站合建。额定直流电压±500kV，额定换流容量3000MW，换流器采用对称双极、中性线金属回线接线；每极装设1个柔性直流换流单元，每个单元换流容量1500MW；
（5）直流输电线路工程
直流输电线路工程为四端环网结构，直流线路与中性线金属回线同塔架设，线路途径河北省张家口市康保县、张北县、万全区、崇礼区、宣化区、怀来县、赤城县、沽源县，承德市丰宁县和北京市延庆区。
线路全长658.866km（折单），其中单回双极架设595.294km，双回四极架设63.572km（折单）。河北段线路全长657.522km（折单），北京段1.344km(含极导线和金属回线)。
张北柔性直流电网输电线路工程 极导线与回流线共塔
直流输电线路包含张北—康保、康保—丰宁、丰宁—北京和张北—北京共四条±500kV直流架空线路，线路长度分别为49.222km、204.032km、189.888km（含共塔段31.786km，不含北京段）和215.724km（含共塔段32.254km，含北京段1.344km），在张北-北京直流线路段正极张北换流站侧试用510m、500kV、3000A直流电缆。
一般线路段导线采用4×JL/G2A-720/50钢芯铝绞线，官厅水库跨越段采用4×AACSR/EST-500/230特强钢芯高强度铝合金绞线。金属回流线在一般线路段采用2×2×JNRLH60/G1A-400/35耐热铝合金导线，官厅水库跨越段采用4×AACSR/EST-500/230特强钢芯高强度铝合金绞线。
2、参建单位
（本文摘编自以下图书，转载请注明出处。）
《中国电网里程碑工程（1949~2022）》
国家电网有限公司特高压建设部（原直流建设部） 行使项目法人职责，负责工程建设全过程的总体管理和协调。国网北京电力负责北京换流站“四通一平”建设管理，国网冀北电力负责张北、康保和丰宁换流站“四通一平”和直流线路工程建设管理，以及张北、康保换流站主体工程建设管理；国网直流建设分公司负责丰宁和北京换流站主体工程建设管理；国网信通公司负责通信工程建设管理；国网物资公司负责换流站设备物资供应管理；国网经研院、中国电科院、联研院等直属单位作为专业科研机构，为工程建设提供技术支撑。
工程设计方面，国网经研院是工程成套设计单位和工程设计技术牵头单位。换流站设计方面，北京、丰宁、张北、康保换流站分别由中南电力设计院、西南电力设计院、浙江电力设计院、福建省电力勘测设计院负责设计。直流输电线路设计单位主要有：安徽省电力设计院、湖南省电力设计院、河南省电力勘测设计院、河北省电力勘测设计研究院、江苏省电力设计院、国核电力规划设计研究院、湖北省电力勘测设计院、东北电力设计院、华北电力设计院，配套光纤通信工程由华北电力设计院设计。
500kV北京换流站阀厅
三、建设成果
柔性直流输电是国际高压输电领域前沿技术和研究热点，面临输电容量提升、可靠性提升的世界级难题，利用柔性直流换流器构建直流电网更是国际空白。国家电网有限公司组织电力、电子、机械行业进行产学研用联合攻关，攻克了直流电网构建方案论证、系统分析与成套设计、可靠控制与保护、关键设备研制、大规模新能源接入和孤岛运行等世界级难题，全面掌握了核心技术，成功研制全套关键设备，有力推动了我国电网技术创新发展，提高了电工装备制造业自主创新能力和国际竞争力，有力支撑了新能源大规模开发利用，为我国西部、北部富饶可再生清洁能源大规模开发并网探索出一条新道路。创新成果荣获2022年度中国电力科学技术进步奖一等奖。
1、全面突破和掌握柔性直流组网核心技术。
依托张北柔性直流，国家电网公司提出了全球首个柔性直流电网工程成套设计、可靠控制与保护方案，巩固和扩大了我国在世界直流输电领域的技术领先优势，对于促进先进输电装备制造业转型升级具有显著的综合效益和战略意义。
535kV/25kA直流断路器
首次突破了柔性直流电网构建与稳定控制的核心技术，提出了柔性直流组网、多点汇集、多能互补的直流电网拓扑和系统方案，建立了柔性直流电网稳定控制体系，攻克了柔性直流电网功率盈余与孤岛接入新能源的稳定控制等技术难题，成功实现了世界首个直流电网的稳定运行。
（1）提出世界首个适用于柔性直流电网的主拓扑技术方案。
（2）提出基于自律分散协同的柔性直流电网稳定控制方法。
（3）提出柔性直流电网孤岛接入新能源全频域稳定控制技术。
（4）提出柔性直流电网功率盈余的解决方案。
（5）提出了直流电网的安全稳定导则。
2、攻克柔性直流输电关键设备和核心器件研制难题。
依托工程、产学研用协同攻关，成功取得了大功率半导体器件、直流电缆材料及其附件等核心技术突破，研制了拥有自主知识产权的系列产品，并实现了工程大批量应用，推动了国内相关产业取得突破性创新发展。
（1）自主研制和批量应用4.5kV/3kA压接式IGBT器件。
（2）成功研制了世界最高电压等级最大输送能力直流电缆及其附件。
（3）自主研制出世界上最高电压等级、最强开断能力直流断路器。
（4）成功研制世界上最高电压等级、最大换流容量柔性直流换流阀。
（5）成功研制了世界首套用于柔性直流电网的控制保护系统。
3、建立世界一流柔性直流试验研究体系。
在已有试验基地基础上，建立了世界一流的柔性直流试验研究体系和试验基地、柔性直流成套设计研发试验中心、系统仿真中心，拥有了世界最高水平的柔性直流电网试验和仿真条件，为我国柔性直流输电技术的不断创新发展奠定了坚实的基础。
（1）提出了涵盖柔性直流核心器件级、设备级、柔性直流系统级的全套试验技术体系，统一了各类设备型式试验、例行试验、抽检试验要求，为柔性直流系统可靠性检验、设备改进设计和工程实施提供了关键技术手段。
（2）提出了模拟真实工况的IGBT功率循环试验、阀模块抗高压开关分合闸电磁干扰、直流断路器极限开断能力试验、直流电缆机-电-热全性能工况考核等设备级可靠性试验检测平台，实现了对柔性直流设备可靠性设计的全面考核。
（3）建立了适用于柔性直流电网核心设备的动模试验平台。使用基于真实产品缩比的变压器、直流断路器、换流阀、直流线路等搭建一次系统，与工程策略完成一致的控制保护装置构建二次系统，可模拟系统中单元件故障失效后的故障发展机理，实现对换流阀、直流断路器等设备二次控保系统性能的全面考核。
（4）构建了大规模新能源-柔性直流电网-交流系统的大规模全系统实时仿真平台。搭建包含四端直流电网、送受端详细交流系统、4500MW多类型新能源控制器硬件在环接入的大型互联系统实时仿真电磁暂态模型。通过系统联调试验，攻克源-网-荷协调控制等技术难题，实现了对系统安全稳定性的全面考核。
4、建立了柔性直流输电和直流电网技术体系。依托工程建立了涵盖系统成套、工程设计、设备制造、施工安装、试验调试、运行维护等柔性直流输电工程建设、运行全过程的技术标准体系，形成了《柔性直流输电换流阀技术规范》、《柔性直流输电成套设计标准》等7项中国国家标准以及4项行业标准。此外，2017年以来，国家电网公司在IEC /TC115直流输电标委会主导发起的4项柔性直流技术相关标准正式获批准，其中《柔性直流输电系统性能第一部分：稳态》已投票通过，全面引领了国际柔性直流标准体系框架构建。
上述标准体系的建设，提升了我国在国际电工领域的话语权，有力支撑了国家电网有限公司2022年中标德国Borwin6海上风电柔性直流工程项目，标志着我国高端输电技术的国际影响力迈上了新台阶。
（本文完）
注：本文源自中国电力出版社专著——《中国电网里程碑工程（1949~2022）》韩先才.郭贤珊.陈兵（著）电网发展“史记”南方配资平台。转载请注明出处。
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