大灣區直流背靠背廣州工程（以下簡稱“廣州工程”）正式投運，它與正在建設的大灣區直流背靠背東莞工程（以下簡稱“東莞工程”）同為廣東目標網架建設的重要組成部分。此系列工程建成后，將從根本上化解廣東電網短路電流超標、多直流落點風險、大面積停電三大問題，顯著提升廣東電網電力供應和配置能力。預計2022年將支撐西電東送電量不低于1883億千瓦時，廣東省東西部電力交換能力由410萬千瓦提升至1000萬千瓦。
“這是世界上第一個把柔性直流用到解決系統安全穩定運行方面的項目。廣州、東莞工程建成以后，可以系統性地解決短路電流超標的問題，給電網的安全穩定提供支持。”中國工程院院士、中國南方電網有限責任公司專家委員會名譽主任委員李立浧表示。這也標志著，南方電網公司在柔直技術領域繼實現并掌握其在主電網應用、特高壓多端柔性直流技術后，再次在控制系統方面實現長足進步。“廣東電網將成為一個異同步電網，這是世界上第一次用這個名字，對世界電網的發展都很有意義。”李立浧說。
“廣州工程首次實現了絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）國產化比例達50%。我們還通過建設三維數字化應用及智能巡檢系統，讓工程變得更智能。”南方電網廣東電網公司基建部副總經理謝榕昌表示。
化解三大電網難題
廣東省電力供應能力提升兩倍以上
廣州工程與東莞工程統稱為大灣區直流背靠背工程，是廣東目標網架建設的重要組成部分。這一系列工程建設正是南方電網保障粵港澳大灣區能源安全的重要行動。
隨著廣東產業結構優化調整和居民生活水平不斷提高，廣東未來較長一段時期電力需求將保持中速發展。據預測，2025年廣東全社會用電量將達9000億千瓦時，最大負荷達1.65億千瓦。到2035年，廣東全社會用電量將達10100億千瓦時，最大負荷將達1.93億千瓦。
面對如此巨大的用電需求，廣東省在增加電源裝機規模方面加緊提速。預計2025年省內電源裝機規模約1.95億千瓦，其中風電和光伏2800萬千瓦。2035年廣東省內電源裝機規模將達到2.46億千瓦，清潔能源裝機占比達到74%。龐大的清潔能源發展目標，尤其是大規模間歇性的海上風電發展，必然需要更堅強的電網來保障送電。
與此同時，電網自身也有改造需求。近幾年的數據顯示，珠三角地區負荷占廣東省70%以上。廣東電網通過“八交十一直”輸電通道受入西電，占供電負荷的三分之一。高負荷密度、多直流饋入等特征，使得珠三角電網自然形成了高強度聯結的網架結構。這是系統具備一定充裕度、滿足穩定約束、安全
但是過于緊密、復雜的網架結構也是導致短路電流超標、交直流交互影響大、事故大范圍擴散、運行特性復雜、“第三道防線”設置困難等問題的核心原因。國內外多次大面積停電事故的經驗教訓更讓人們對這樣規模龐大、聯系緊密、結構復雜的電網安全性表示出擔憂。
為了避免這種情況，南方電網公司加快廣東目標網架整體建設，通過對電網合理分層分區，全面構建容量充足、結構清晰、運行高效、事故可控的主網架結構。
根據“基于500千伏灣區外環的柔性直流互聯方案”，南方電網公司將廣東電網大致分為東西片區。在粵港澳大灣區外圍構建500千伏外環線路，中心處通過柔直背靠背工程實現東西柔性互聯；內部大致以珠江口為界，東西兩側利用500千伏柔性直流線路背靠背互聯。
其中，廣州工程聯接珠西北區、珠東北區域電網；東莞工程聯接珠西南與珠東南區域電網。
以粵港澳大灣區外環為支撐，廣東電網將形成東西區電網。其中東區電網為珠東北、珠東南兩個供電分區和粵東電源送出分區，西區電網為珠西北、珠西南兩個供電分區和粵西電源送出分區。各分區通過2~3個通道與外環相連。
網架實現了合理的分層分區，區域間進行負荷交換，化解電網短路電流超標、多直流落點風險、大面積停電三大問題，顯著提升廣東電網電力供應和配置能力。“分層分區可以避免‘把雞蛋放進同一個籃子’，當某一區域電網故障時，不會波及另外區域，避免大規模事故發生。”廣東電網公司基建部項目管理科高級經理凌怡珍說。
廣州工程投產后，按照計劃5月30日連接珠西南、珠東南的大灣區直流背靠背東莞工程也將投產，屆時，珠三角負荷中心通過兩個直流背靠背工程實現合理分區。
實現一系列技術突破
提高電工裝備制造業核心競爭力
“大灣區直流背靠背工程是世界上第一個把柔性直流用到解決系統安全穩定運行方面的項目。廣州、東莞工程建成以后，可以系統性地解決短路電流超標的問題，給電網的安全穩定提供支持。”李立浧表示。
自2013年在廣東電網做南澳柔性直流開始，南方電網公司通過魯西直流背靠背工程、昆柳龍直流工程實現了柔直技術在主電網應用、掌握了特高壓多端柔性直流技術，現在，正在建設的大灣區直流背靠背工程在控制系統方面又進了一步。
通過控制系統的進步，廣東電網形成了異同步電網格局。李立浧提出，不同于以前的純交流電網，也不同于以往通過直流背靠背將兩個電網隔開的異步電網，“我們是世界上第一次用異同步電網這個名字，廣東電網變成一個異同步電網格局很有意義，對世界電網的發展都很有意義。”
異同步電網聽起來像一個悖論，即使一個詞語也很難同時兼具異步、同步，何況一張電網。廣東電網公司基建部項目管理科經理王流火解釋道：“異同步指的是電網在不同運行狀態下呈現的形態。簡單來說，直流異同步控制功能兼顧了交直流輸電的優點。出現故障時則自動識別故障，實現電網異步，起到‘防火墻’作用。常態運行時，可以模擬成交流線路，保留原有交流通道的緊急支援能力，實現兩側交流電網的功率自動互濟，無須調度人員下發功率指令，電網潮流自動可控。這背后正是控制保護策略起作用。”廣州工程還擁有世界上控制鏈路延時最短的柔性直流換流站。與交流電網發生高頻諧振是柔性直流的重要運行風險，廣州工程把鏈路延時控制在200微秒以內，水平世界領先，結合控制策略優化，能夠有效消除工程面臨的諧振風險。
裝備方面，廣州工程首次實現工程應用IGBT器件國產化比例大幅提升至50%。IGBT是能源變換與傳輸的核心器件，被譽為電力電子裝置的“CPU”。作為國家戰略性新興產業，IGBT在軌道交通、智能電網、航空航天、電動汽車與新能源裝備等領域應用極廣。
除此之外，南方電網公司的技術攻關團隊在直流電容器、二次板卡芯片等其他核心部件上狠下功夫，在國內首次研制出了全國產柔性直流換流閥閥段，實現了柔性直流換流閥核心組件包括IGBT、電容器、IGBT驅動板、二次板卡芯片的完全自主可控，并在大灣區直流背靠背工程實現首次試用。該產品的成功研制及創新應用，解決了柔性直流換流閥關鍵元器件、零部件依賴進口的“卡脖子”難題，實現“0到1”的突破，推動柔性直流技術自主可控的跨越式發展，提高了我國電工裝備制造業的核心競爭力。