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特高压直流输电是实现未来“西电东送”和大规模远距离“洲际联网”的有效手段。目前特高压直流输电主要包括±800kV/5000A、±800kV/6250A和±1100kV/5000A几个等级。
1、特高压直流输电现状与挑战。
特高压直流输电中的核心装备包括直流换流阀、换流变压器、直流场设备等,大都为国外跨国公司所垄断。尤其是其中实现交、直流电能转换的最核心的换流阀装备,此前只有ABB、SIMENSE和Alstom三家跨国公司具备自主研发能力。
特高压换流阀研发关键技术包括换流阀系统宽频建模及分布参数提取、换流阀非线性组件协调配合及其优化设计技术、特高压直流换流阀多物理场建模及其数值分析技术、晶闸管智能化触发与监控技术、换流阀系统绝缘配合与过电压保护策略、特高压换流阀均压与屏蔽设计技术、换流阀多源复合等效试验方法等。
2、试验技术奠定研发基础。
大功率等效试验技术是先进输电装备研究开发的核心手段,被跨国公司长期封锁。我国经过努力,打破了直流换流阀20年“国内组装,国外试验”的被动局面,提出基于相似理论的试验评价方法和多源复合试验方法,研制出成套试验装备,建成了大功率电力电子北京市重点实验室,获得省部级科技进步一等奖(2007年)和发明二等奖(2014年)各1项。
3、±800kV UHVDC标志性成果。
1)直流输电技术诞生以来,换流阀核心技术被跨国公司垄断近50年。我国经过努力,研制出世界首个±800kV/5000A特高压直流换流阀及阀控。提出了换流阀分布参数提取、多物理场数值分析、非线性组件协调配合等方法,解决了换流阀运行特性分析及优化设计难题;突破了±800kV换流阀电压、容量提升带来的重大技术挑战。
2)项目成果应用于多个特高压直流工程,并实现了产业化。2012年7月,世界首个±800kV/7200MW锦屏至苏南特高压直流工程;2014年1月,世界首个±800kV/8000MW哈密至郑州特高压直流工程。此后,相继在溪洛渡至浙西和灵州至绍兴±800kV/8000MW特高压直流输电工程中推广应用,年产值超10亿元。
3)±800kV UHVDC通过了新产品技术和重大成果两次技术鉴定,鉴定委员会综合评价认为,该成果具有完全自主知识产权,总体技术性能处于国际领先水平。
2010年8月15日,国家能源局组织了包括卢强、杨奇逊、郑健超、程时杰、雷清泉等5位院士在内的专家,完成了“±800kV/4750A特高压直流换流阀”的新产品技术鉴定。2015年3月11日,中国电机工程学会组织了包括周孝信、郑健超、韩英铎、薛禹胜、李立浧、丁荣军等6位院士在内的专家,完成了“±800kV/5000A特高压直流换流阀关键技术研究、产品研制及工程应用”项目成果鉴定。
4)西门子技术路线换流阀存在的问题:局部温度高(>100℃)、火灾风险大;电磁兼容性差、误动作频繁;阻尼电阻冷却容量小,保护延迟时间短;逻辑接口不标准、设备兼容性差。这些问题威胁特高压直流输电工程的安全稳定运行,迫切需要对其改造,而难度不亚于研制新一代换流阀。
5)基于自主技术,我国成功改造西门子技术路线换流阀。直流均压电阻运行温度降低至62℃以内;阀控系统无误触发、无误报;低流量时保护延时从4s提高到10s;实现了换流阀阀控系统接口的标准化。改造后工程换流阀投运后,运行状态良好,提高了工程可靠性。
4、±800kV/6250A换流阀研制。
完成了±800kV/6250A换流阀的可行性研究;在现有A5000换流阀基础上,攻克大电流工作条件下带来的系列难题;2013年底完成样机研制,并通过试验验证,具备工程应用条件。
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