北京换流站现场图。联研院供图
作为2022年冬奥会清洁能源配套项目，由国家电网承建的张北柔直工程是世界首个柔性直流电网工程，总换流容量900万千瓦，将张北地区丰富的风能、光能等清洁能源连接在一起，实现张北地区新能源汇集外送。工程每年可向北京地区输送约140亿千瓦时的清洁能源，相当于节约标煤490万吨，减排二氧化碳1280万吨，助力冬奥场馆实现100%清洁能源供电。
这项工程的核心技术和关键设备均为国际首创，囊括了12项世界第一!而在这一重大工程中，堪称“心脏”的柔性直流换流阀诞生于北京未来科学城“能源谷”内，由国家电网全球能源互联网研究院(联研院)几代科研人不懈努力，成功研发。
为何说柔性直流换流阀是张北柔直工程的“心脏”?联研院直流所科研人员宗文志告诉记者，在每个传输节点必须有换流阀存在，它的主要作用是在送端将各种清洁能源整合打包变为直流电输送至受端，在受端通过它再将直流电转变为稳定的交流电送给用户。
北京换流站俯视图。联研院供图
此次应用在张北柔直工程中的换流阀究竟有何技术难点?宗文志介绍，它是目前世界上电压等级最高，可传输容量最大的柔性直流输电核心设备。“电压等技术参数提高，导致换流阀运行工况比两端柔性直流输电系统更为复杂，故障传播速度更快，对阀控系统提出了微秒级超高速控制保护要求。”
2016年，联研院正式启动了“高压大容量柔性直流电网关键技术研究与示范”项目，经过一年多的集中研发，2017年6月，±500kV/3000MW级柔性直流换流阀研制成功，并通过全部型式试验，换流阀总体技术性能达到国际先进水平，部分技术指标国际领先。
2018年，张北柔直工程正式动工，2019年底，工程北京换流站现场调试正式开始。北京换流站坐落于北京延庆山区的一座山顶，深冬时节，寒风凛冽，气温低至零下20℃。为了保证工程进度，换流阀调试团队技术人员提前奔赴现场，在设备控制室未完全建好的艰苦环境下毅然开始分系统调试工作。
设备控制室的地板下一般中空用于铺设控制光纤，调试初期，设备控制室地板还没安装，整个地面上只有不到一脚宽的支撑钢条纵横交错。在没有任何取暖设施的情况下，调试人员每天穿着笨重的棉服，踩着支撑钢条走入控制室，站在设备边临时铺设的木板上进行调试工作。面对如此艰苦的工作环境，团队中最年轻的技术人员武思捷苦中作乐地调侃道：“经过这次调试，平衡能力大增，可以C位出道当杂技演员了。”
现场工作人员路建良担负着把控测试进度，解决现场问题的职责，沟通工作繁忙。控制室没有手机信号，路建良只能频繁地去户外冰天雪地里接打各类电话，很长一段时间，呼呼风声成了老路电话自带的背景音。
正是在整个团队的共同努力下，张北柔直工程北京换流站系统调试圆满完成，换流阀设备性能优越，一次上电成功，一次解锁成功。
今年以来，新冠肺炎疫情突发，团队成员们依然心系张北柔直工程。开放复工以后，团队调试成员在做好健康筛查、复工登记后，立马奔赴现场开展端对端大功率试验。经过几周每天24小时轮班试验，今年4月，新能源并网接入系统调试圆满成功。
除了换流阀，张北柔直工程中还应用了联研院研发的高压直流断路器。“断路器可以看做是柔性直流输电安全可靠运行的保险栓，当某处出现重大短路故障，它将自动切断几十千安的电流，保证关键设备不被烧坏，确保了张北柔直工程的安全稳定运行。”宗文志表示。
