走进高压直流输电核心装备研制科技攻关团队

科研条件

团队依托“先进输电技术国家重点实验室”、“国家能源高压直流输电技术与装备研发中心”、“输配电及节电技术国家工程研究中心”、“大功率电力电子北京市重点实验室”、“直流电网技术与仿真北京市重点实验室”，建设有大功率电力电子研发试验平台、柔性直流输电仿真研发试验平台，是国内唯一一家可同时承担特高压直流换流阀、柔性直流输电换流阀、超/特高压灵活交流输电阀、直流断路器全套试验的单位，为项目研究提供了完备的科研试验环境。

大功率电力电子研发试验平台

完全由团队自主研发，是目前世界上规模最大、参数最高、功能最全的换流装备试验平台，其包含换流阀绝缘试验装置（最大直流电压：±2400kV，最大冲击电压：±3600kV，最大交流电压：600kV）、直流换流阀运行试验装置（最大稳态电压：80kV，最大稳态电流：6250A，最大故障电流：55kA）、柔性直流换流阀运行试验装置（最大电压：40kV，峰值电流：25kA，最大dv/dt：4kV/µs）三个功能单元。

大功率电力电子试验平台

柔性直流输电仿真研发试验平台

是世界上规模最大的柔性直流数模混合仿真平台，核心设备完全由实验室自主研制。该平台包含实时仿真系统和401电平动模物理仿真系统两部分，有效解决了柔性直流换流器物理模拟难题，可精确模拟直流系统运行及故障工况，准确反映换流阀和阀控系统的微秒级电磁暂态过程，实现大规模多节点复杂动态行为精确复现，满足特高压直流和柔性直流装备与系统的动态闭环测试。

柔性直流输电仿真平台

成果荣誉

研究成果

1）特高压直流换流阀关键技术研究、样机研制及应用

针对换流阀多物理场综合调控问题，建立了换流阀塔电、磁、热、力多物理场耦合分析模型，发明了多跨混合构架式阀模块及其磁滞伸缩振动抑制缓冲和冷却管路迎流锥面电位钳制技术，提出了双列对称式换流阀塔结构。解决了±800kV换流阀换流过程带来的阀塔局部放电、电磁振动、温升控制、位移约束难题，实现了特高压大容量换流阀塔的自主设计。研制出我国自主知识产权的A5000型±800kV换流阀，在世界首条±800kV/7200MW锦屏至苏南工程中示范应用，并推广应用于哈密至郑州等5条更大容量的特高压直流工程；成功研制世界首个±1100kV/5500A特高压直流换流阀样机，并通过中国电机工程学会组织的科学技术成果鉴定。《±800kV特高压直流输电换流阀关键技术及应用》获国家技术发明二等奖。

2）柔性直流输电关键技术研究、装置研制及应用

突破了柔性直流多功率单元的电力变换机理及其调控、协同控制以及快速保护的难题，提出一种全新的且损耗低、可扩展性好的柔性直流技术解决方案，提出了多功率单元电力变换机理及其调控方法，多功率单元协同控制以及快速保护方法和新型换流器研制及其复杂应力等效方法，完成了IGBT换流阀、阀基控制器（ValveBaseController，VBC）等核心装备研制，完成功能完备、综合技术水平世界领先的柔性直流输电成套装置开发，制订相关的国际、国家标准和规范。实现我国首个模块化多电平柔性直流输电工程，被作为典型案例列入国际大电网会议组织（CIGRE）导则。研发出世界首个±320kV/1000MW直流换流器，并成功应用于厦门柔性直流输电示范工程。《一种模块化多电平换流器阀保护方法》获国家专利金奖，《模块化多电平柔性直流输电关键技术研究、装置研制及应用》获中国电力科技进步一等奖。

3）直流电网基础理论研究及核心装备研制

在直流电网基础理论研究方面，提出了适用于不同应用场合的直流电网系列标准模型，并牵头成立了CigreB4-72直流电网标准模型工作组；完成了直流电网静态、稳态和动态特性分析，提出了对应的稳定性判据；建立了直流电网小干扰等数学模型，提出了直流电网分层协调及阻尼控制策略；建立了直流电网故障应力计算模型，明确了换流器、断路器等核心设备的暂态应力水平，完成了直流电网快速保护与恢复策略设计。

在直流电网核心装备研制方面，提出了超高速机械隔离开关与大功率IGBT全桥级联组件相结合的高压直流断路器技术路线，解决了固态直流断路器高损耗的缺陷，有效克服了机械断路器开关速度的限制难题，实现了电气与机械结构的模块化设计，成功研制世界首台200kV高压直流断路器，并在浙江舟山多端柔性直流输电工程实现示范应用。

4）直流输电换流阀试验方法研究及成套试验装置研制

提出了宏观运行特征与微观失效机理结合的试验等效分析方法，首次建立了换流阀等效试验评价体系。以此为基础发明了多应力源微秒级复合注入和分频复用宽频阻抗模拟技术，解决了常规直流换流阀的电压（电流）及其变化率、热等多应力复合等效试验难题。开发了具有13种复合运行方式的换流阀成套型式试验装置，参数和功能居世界首位。

提出基于宽频调制的交直流全功率循环试验方法，突破了高压大电流微秒级快速复合隔离、纳秒级瞬态开关与微秒级均压控制策略动态闭环试验难题，实现了柔性直流换流阀电压电流及其变化率和开关频率等应力的全面考核。研制出满足±500kV柔性直流换流阀使用的成套型式试验装置。

换流阀试验平台已完成锦屏至苏南、哈密至郑州、巴西美丽山I期等特高压直流换流阀及厦门±320kV柔性直流输电工程换流阀的型式试验，主导或参与制订直流换流阀试验的IEC标准、CIGRE导则和国家标准，推动了特高压直流和柔性直流换流阀的研发，支撑了我国重大直流工程建设。《直流输电换流阀试验方法研究及成套试验装置研制》获中国电力技术发明二等奖。