汤广福：高压直流输电装备核心技术研发及工程化

      长期以来，特高压直流输电和柔性直流输电的核心技术及其相应的试验方法，都掌握在极少数跨国公司手中，核心装备国产化水平较低。这对我国电网建设的经济性、安全性和可持续发展都产生了极大的阻碍。积极开展高压直流输电装备核心技术的自主研发及其工程化应用，是提升我国电力装备制造水平、实现我国电网协调发展的重要手段。这对于打破国外技术垄断、提高我国电网发展速度、降低工程建设时间和造价、提升设备运行可靠性以及振兴高端装备制造业等方面都具有重要的战略意义。

      本文介绍了中国电力科学研究院在高压/特高压直流换流阀、柔性直流输电成套装备领域开展的自主研发与工程化应用研究成果，介绍了相应的试验方法和试验装置研制情况。

      本文还介绍了中国电力科学研究院在柔性直流输电装置、系统、工程等多个方面取得的关键技术突破：开发研制了世界上参数最高、功能最齐全的高压直流换流阀成套型式试验装置;研制了基于6英寸晶闸管的±800 kV特高压直流换流阀，其技术指标全面超越国际同类设备水平;开发了亚洲首套20 MVA/±30 kV柔性直流输电系统装备，并开展了相应的示范工程建设。这标志着我国已经完全掌握了柔性直流输电的系列关键技术。

      目的

      积极开展高压直流输电装备核心技术的自主研发及其工程化应用，是提升我国电力装备制造水平、实现我国电网协调发展的重要手段，可以提高电网运行的经济性和灵活性。通过对我国高压直流输电核心装备的技术研发及工程进行总结分析，提炼开发过程中核心技术与工程实施的成功经验。

      方法

      首先从我国电网对高端直流输电装备的需求入手，对高压直流输电装备技术研发的重要性进行阐述。随后采用分类法分别对直流换流阀等效试验技术、高压/特高压直流换流阀设计技术和柔性直流输电技术关键技术及示范工程进行总结。文章提炼了高压直流输电核心装备中的关键技术，阐述了技术难题、解决方法及所取得的成果。

      结果

      从需求分析来看，高压直流输电核心装备对我国现代电网的建设具有重要意义，但特高压直流换流阀、柔性直流输电、换流阀等效试验相关核心技术长期掌握在少数跨国公司手中，因此高压直流输电核心装备研发对促进我国电网发展具有重要意义。

      采用合成试验方法，设计研发了高等效性的换流阀运行试验装置，试验电路由冲击电压发生回路(300 kV peak)、直流电流注入回路(DC 5 kA)、电压双注入回路(80 kV peak)、谐振注入回路(55 kA peak)和阀温度控制系统5大部分组成，合成试验装置可完成4种运行方式，具有很大的灵活性和通用性。采用多源复合技术建设完成IGBT阀等效运行试验平台，主要由4类电源构成，分别为高du/dt注入电源、充电补能电源、高压充电电源、加热电源，可以完成可关断阀的稳态运行试验、温升试验、动态擎住效应试验、过电流关断试验和短路电流试验。

      通过换流阀电气特性研究、多物理场数值分析、成套电气设计、成套结构设计、换流阀触发监测开发、关键零部件研制、换流阀集成技术等，解决了换流阀电压电流应力控制、多物理场耦合、换流阀触发监控等技术难题，并最终完成±800 kV/4750 A特高压直流换流阀研发，且在锦屏―苏南±800 kV直流工程中应用。

      柔性直流输电通过关键技术研发和示范工程建设，在柔性直流输电核心装置研制、柔性直流输电系统成套设计、柔性直流输电工程建设等方面突破了高频换流阀的微秒-纳秒级驱动与控制，微秒级阀基控制器的开发，风电场接入系统分析与建模仿真，暂态故障机制与控制保护策略，数模混合仿真，主要设备的现场施工、试验、调试等关键难题，成功建设亚洲首个柔性直流输电工程―上海南汇20 MVA/±30 kV柔性直流示范工程，标志着我国在柔性直流输电技术领域达到国际先进水平。

      结论

      研制了世界上参数最高、功能最齐全的特高压直流换流阀成套型式试验装置，可以满足±800 kV及以下直流换流阀的绝缘和运行型式试验的要求。同时通过扩展和提升，能够满足未来±1100 kV/5000 A换流阀和±320 kV/2000 A柔性直流换流阀型式试验的需求。

      研制了±800 kV/4500 A、额定输送容量达7600 MW的特高压直流换流阀，具有完全自主知识产权，并在锦屏―苏南±800 kV 直流输电工程中得到应用。

      开发了亚洲首套20 MVA/±30 kV柔性直流输电系统装备，可有效提升风电场低电压穿越能力，对于保障风电场安全稳定运行，具有显著的提升作用。

关键字:   研发 工程 核心技术 装备 高压