清華大學(xué)多項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)在世界容量最大的柔性直流配電網(wǎng)工程獲應(yīng)用
清華新聞網(wǎng)1月4日電 2018年12月25日，迄今為止世界容量最大、電壓等級(jí)最多、采用諸多原始自主創(chuàng)新關(guān)鍵技術(shù)的多端柔性直流配電網(wǎng)工程——珠海唐家灣三端柔性直流配電網(wǎng)工程成功投運(yùn)，清華大學(xué)多項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)獲應(yīng)用。
工程現(xiàn)場(chǎng)
珠海唐家灣三端柔性直流配電網(wǎng)工程建設(shè)依托國(guó)家能源局首批“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧能源示范項(xiàng)目——“支持能源消費(fèi)革命的城市-園區(qū)雙級(jí)‘互聯(lián)網(wǎng)+’智慧能源示范項(xiàng)目”進(jìn)行，是中國(guó)建設(shè)直流配電網(wǎng)、推進(jìn)能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的重要探索。
該工程由雞山1換流站（10MW）、雞山2換流站（10MW）、唐家換流站（20MW）采用地下電纜相連接，接入唐家灣科技園的風(fēng)、光、儲(chǔ)、充以及多元直流負(fù)荷，構(gòu)成多端多層級(jí)、可網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)的±10kV/40MW柔性直流配電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)了多個(gè)交流變電站的直流柔性互聯(lián)和備用功率支撐，提高了系統(tǒng)供電可靠性。
清華大學(xué)電機(jī)系參與了工程系統(tǒng)規(guī)劃、架構(gòu)設(shè)計(jì)、工程專(zhuān)題、核心技術(shù)研究、關(guān)鍵設(shè)備研發(fā)，突破了柔性直流配電網(wǎng)成套設(shè)計(jì)技術(shù)，自主創(chuàng)新研發(fā)了多套±10kV直流核心裝備，包括三端口直流斷路器、IGCT交叉箝位型換流閥。無(wú)論定制IGCT器件、裝置原理拓?fù)湎冗M(jìn)性，還是系統(tǒng)電壓等級(jí)與容量均達(dá)到目前國(guó)際最高參數(shù)水平，攻克了柔性直流配電網(wǎng)關(guān)鍵裝備研制難關(guān)。
珠海唐家灣三端柔性直流配電網(wǎng)工程概況
雖然國(guó)內(nèi)外在柔性直流配電系統(tǒng)領(lǐng)域的相關(guān)技術(shù)研究和實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)、示范工程已逐步開(kāi)展，但大都處于一般性探索階段，并未對(duì)其規(guī)劃設(shè)計(jì)、協(xié)調(diào)控制和控制保護(hù)等問(wèn)題進(jìn)行深入的研究，缺乏實(shí)際應(yīng)用工程。相比于設(shè)計(jì)已經(jīng)典型化、序列化的交流輸配電工程，柔性直流配電設(shè)計(jì)是個(gè)性化的定制過(guò)程，其技術(shù)核心就是成套設(shè)計(jì)。
為了實(shí)現(xiàn)柔性直流配電網(wǎng)的工程示范應(yīng)用，清華大學(xué)電機(jī)系集合了直流領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)科研力量和技術(shù)開(kāi)發(fā)力量，聯(lián)合廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司、廣東省電力設(shè)計(jì)院，對(duì)柔性直流配電技術(shù)開(kāi)展全面攻關(guān)，并借鑒特高壓直流工程成套設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合柔性直流配電技術(shù)特點(diǎn)，開(kāi)展了針對(duì)系統(tǒng)接入、主回路參數(shù)設(shè)計(jì)、絕緣配合設(shè)計(jì)、控制保護(hù)方案等關(guān)鍵技術(shù)的專(zhuān)項(xiàng)攻關(guān)，突破了大容量、多電壓等級(jí)柔性直流配電網(wǎng)的成套設(shè)計(jì)技術(shù)。
珠海唐家灣三端柔性直流配電網(wǎng)工程整體方案
唐家灣三端柔性直流配電網(wǎng)工程首次開(kāi)發(fā)并應(yīng)用了國(guó)際領(lǐng)先水平的±10kV三端口直流斷路器。該直流斷路器由清華大學(xué)電機(jī)系研發(fā)、山東泰開(kāi)高壓開(kāi)關(guān)有限公司制造，可滿(mǎn)足工程對(duì)斷路器提出的所有要求，具有開(kāi)斷迅速、可靠性高、可控性強(qiáng)、支持快速重合閘、運(yùn)行維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，可減少電力電子器件數(shù)量30%以上，有效降低直流斷路器的體積和制造成本，實(shí)現(xiàn)多端換流站的聯(lián)絡(luò)及一端或兩端故障快速隔離，從而保障系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行。
±10kV三端口直流斷路器結(jié)構(gòu)
±10kV三端口直流斷路器正常運(yùn)行
唐家灣三端柔性直流配電網(wǎng)工程首次采用清華大學(xué)電機(jī)系提出、北京四方繼保自動(dòng)化股份有限公司開(kāi)發(fā)制造的IGCT交叉箝位型換流閥。該換流閥基于常規(guī)半橋電路拓?fù)?，在兩個(gè)相鄰的IGBT子模塊之間串聯(lián)接入一個(gè)IGCT交叉箝位電路，可實(shí)現(xiàn)微秒級(jí)故障電流開(kāi)斷，且可快速恢復(fù)運(yùn)行，大大縮短系統(tǒng)重新投運(yùn)時(shí)間。該換流閥應(yīng)用了清華大學(xué)電機(jī)系與西安派瑞公司合作自主研發(fā)的定制化IGCT器件，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通壓降最小化。功率模塊體積小，整機(jī)屏柜緊湊，占地面積小，整機(jī)損耗小，是目前額外損耗最小的直流故障清除MMC方案。
自主研發(fā)的IGCT器件
IGCT交叉箝位型換流閥
珠海唐家灣三端柔性直流配電網(wǎng)工程是“支持能源消費(fèi)革命的城市-園區(qū)雙級(jí)‘互聯(lián)網(wǎng)+’智慧能源示范項(xiàng)目”“基礎(chǔ)物理網(wǎng)絡(luò)智能升級(jí)”最為關(guān)鍵的部分，是國(guó)際首個(gè)±10kV、±375V、±110V多電壓等級(jí)多端柔性直流配電網(wǎng)工程，也是目前世界容量最大的柔性直流配電網(wǎng)工程。該工程的成功投運(yùn)彰顯了清華大學(xué)電機(jī)系在柔性直流配電領(lǐng)域的系統(tǒng)研究、工程設(shè)計(jì)、設(shè)備集成等核心技術(shù)實(shí)力，為我國(guó)柔性直流配電網(wǎng)的規(guī)劃、建設(shè)、運(yùn)行打下了堅(jiān)實(shí)理論和實(shí)踐基礎(chǔ)。
供稿：電機(jī)系 編輯：姝婧 審核：襄楠
