長期以來，特高壓直流輸電和柔性直流輸電的核心技術(shù)及其相應(yīng)的試驗(yàn)方法，都掌握在極少數(shù)跨國公司手中，核心裝備國產(chǎn)化水平較低。這對我國電網(wǎng)建設(shè)的經(jīng)濟(jì)性、安全性和可持續(xù)發(fā)展都產(chǎn)生了極大的阻礙。積極開展高壓直流輸電裝備核心技術(shù)的自主研發(fā)及其工程化應(yīng)用，是提升我國電力裝備制造水平、實(shí)現(xiàn)我國電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展的重要手段。這對于打破國外技術(shù)壟斷、提高我國電網(wǎng)發(fā)展速度、降低工程建設(shè)時(shí)間和造價(jià)、提升設(shè)備運(yùn)行可靠性以及振興高端裝備制造業(yè)等方面都具有重要的戰(zhàn)略意義。

本文介紹了中國電力科學(xué)研究院在高壓/特高壓直流換流閥、柔性直流輸電成套裝備領(lǐng)域開展的自主研發(fā)與工程化應(yīng)用研究成果，介紹了相應(yīng)的試驗(yàn)方法和試驗(yàn)裝置研制情況。

本文還介紹了中國電力科學(xué)研究院在柔性直流輸電裝置、系統(tǒng)、工程等多個(gè)方面取得的關(guān)鍵技術(shù)突破：開發(fā)研制了世界上參數(shù)最高、功能最齊全的高壓直流換流閥成套型式試驗(yàn)裝置;研制了基于6英寸晶閘管的±800 kV特高壓直流換流閥，其技術(shù)指標(biāo)全面超越國際同類設(shè)備水平;開發(fā)了亞洲首套20 MVA/±30 kV柔性直流輸電系統(tǒng)裝備，并開展了相應(yīng)的示范工程建設(shè)。這標(biāo)志著我國已經(jīng)完全掌握了柔性直流輸電的系列關(guān)鍵技術(shù)。

目的

積極開展高壓直流輸電裝備核心技術(shù)的自主研發(fā)及其工程化應(yīng)用，是提升我國電力裝備制造水平、實(shí)現(xiàn)我國電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展的重要手段，可以提高電網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和靈活性。通過對我國高壓直流輸電核心裝備的技術(shù)研發(fā)及工程進(jìn)行總結(jié)分析，提煉開發(fā)過程中核心技術(shù)與工程實(shí)施的成功經(jīng)驗(yàn)。

方法

首先從我國電網(wǎng)對高端直流輸電裝備的需求入手，對高壓直流輸電裝備技術(shù)研發(fā)的重要性進(jìn)行闡述。隨后采用分類法分別對直流換流閥等效試驗(yàn)技術(shù)、高壓/特高壓直流換流閥設(shè)計(jì)技術(shù)和柔性直流輸電技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)及示范工程進(jìn)行總結(jié)。文章提煉了高壓直流輸電核心裝備中的關(guān)鍵技術(shù)，闡述了技術(shù)難題、解決方法及所取得的成果。

結(jié)果

從需求分析來看，高壓直流輸電核心裝備對我國現(xiàn)代電網(wǎng)的建設(shè)具有重要意義，但特高壓直流換流閥、柔性直流輸電、換流閥等效試驗(yàn)相關(guān)核心技術(shù)長期掌握在少數(shù)跨國公司手中，因此高壓直流輸電核心裝備研發(fā)對促進(jìn)我國電網(wǎng)發(fā)展具有重要意義。

采用合成試驗(yàn)方法，設(shè)計(jì)研發(fā)了高等效性的換流閥運(yùn)行試驗(yàn)裝置，試驗(yàn)電路由沖擊電壓發(fā)生回路(300 kV peak)、直流電流注入回路(DC 5 kA)、電壓雙注入回路(80 kV peak)、諧振注入回路(55 kA peak)和閥溫度控制系統(tǒng)5大部分組成，合成試驗(yàn)裝置可完成4種運(yùn)行方式，具有很大的靈活性和通用性。采用多源復(fù)合技術(shù)建設(shè)完成IGBT閥等效運(yùn)行試驗(yàn)平臺(tái)，主要由4類電源構(gòu)成，分別為高du/dt注入電源、充電補(bǔ)能電源、高壓充電電源、加熱電源，可以完成可關(guān)斷閥的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行試驗(yàn)、溫升試驗(yàn)、動(dòng)態(tài)擎住效應(yīng)試驗(yàn)、過電流關(guān)斷試驗(yàn)和短路電流試驗(yàn)。

通過換流閥電氣特性研究、多物理場數(shù)值分析、成套電氣設(shè)計(jì)、成套結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、換流閥觸發(fā)監(jiān)測開發(fā)、關(guān)鍵零部件研制、換流閥集成技術(shù)等，解決了換流閥電壓電流應(yīng)力控制、多物理場耦合、換流閥觸發(fā)監(jiān)控等技術(shù)難題，并最終完成±800 kV/4750 A特高壓直流換流閥研發(fā)，且在錦屏—蘇南±800 kV直流工程中應(yīng)用。

柔性直流輸電通過關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)和示范工程建設(shè)，在柔性直流輸電核心裝置研制、柔性直流輸電系統(tǒng)成套設(shè)計(jì)、柔性直流輸電工程建設(shè)等方面突破了高頻換流閥的微秒-納秒級驅(qū)動(dòng)與控制，微秒級閥基控制器的開發(fā)，風(fēng)電場接入系統(tǒng)分析與建模仿真，暫態(tài)故障機(jī)制與控制保護(hù)策略，數(shù)模混合仿真，主要設(shè)備的現(xiàn)場施工、試驗(yàn)、調(diào)試等關(guān)鍵難題，成功建設(shè)亞洲首個(gè)柔性直流輸電工程—上海南匯20 MVA/±30 kV柔性直流示范工程，標(biāo)志著我國在柔性直流輸電技術(shù)領(lǐng)域達(dá)到國際先進(jìn)水平。

結(jié)論

研制了世界上參數(shù)最高、功能最齊全的特高壓直流換流閥成套型式試驗(yàn)裝置，可以滿足±800 kV及以下直流換流閥的絕緣和運(yùn)行型式試驗(yàn)的要求。同時(shí)通過擴(kuò)展和提升，能夠滿足未來±1100 kV/5000 A換流閥和±320 kV/2000 A柔性直流換流閥型式試驗(yàn)的需求。

研制了±800 kV/4500 A、額定輸送容量達(dá)7600 MW的特高壓直流換流閥，具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，并在錦屏—蘇南±800 kV 直流輸電工程中得到應(yīng)用。

開發(fā)了亞洲首套20 MVA/±30 kV柔性直流輸電系統(tǒng)裝備，可有效提升風(fēng)電場低電壓穿越能力，對于保障風(fēng)電場安全穩(wěn)定運(yùn)行，具有顯著的提升作用。