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柔性直流输电关键技术研究与核心设备研制

获奖分类: 陕西省科学技术进步奖

获奖名称: 柔性直流输电关键技术研究与核心设备研制

获奖年份: 2015

获奖级别: 一等奖

主要完成单位: 西安西电电力系统有限公司、中国科学院电工研究所

主要完成人: 苟锐锋、杨晓平、张万荣、李子欣、孙小平、马志荣、行鹏、涂小刚、高范强、宋志顺、徐飞

成果简介:

柔性直流输电(VSC-HVDC)是涉及高电压工程、电磁场理论、电子电路、控制理论、机械设计等多个学科的新一代直流输电技术。随着电力电子技术的飞速发展,基于全控型功率器件和脉冲宽度调制技术的柔性直流输电彻底解决了传统高压直流(LCC-HVDC)输电受端存在的换相失败问题,并可独立快速控制所传输的有功和无功,极大地增强了输电的灵活性,促进了可再生能源、分布式发电、城市电网的迅速发展。

本项目以国家863计划课题“大型风电场柔性直流输电接入技术研究与开发”为依托,全方位开展柔性直流输电技术研究和换流阀设备研制。建立了基于全控型电力电子器件的柔性直流输电系统仿真模型,研究了柔性直流输电控制策略、系统运行特性及对设备的要求,确定了柔性直流输电系统设备规范;搭建了模块化多电平换流阀全真三维模型,提出了换流阀多物理场仿真、机械应力仿真及协同优化设计方法,解决了紧凑空间强电磁场分布复杂、功率模块易受电磁干扰、阀塔抗震与散热等关键技术问题;提出了百功率模块级联的动静态均压、桥臂环流抑制控制策略,完成了220电平柔性直流输电换流阀阀控装置的研制;建立了基于系统分层和全冗余原则的柔性直流输电控保系统,实现了两端柔性直流输电系统的协同工作;提出了柔性直流输电换流阀核心设备的试验检测方法,建立了百千伏级大容量柔性直流输电成套试验平台,完成了功率模块、阀段和整个桥臂的运行与绝缘型式试验,并实现了阀控与控保系统在RTDS和RT-Lab上的实时仿真试验;提出了柔性直流输电换流阀装配流水作业方案,建立了柔性直流输电换流阀的生产线,形成了柔性直流输电产品流程化、规范化和标准化的设计制造与工程现场调试能力。

通过本项目实施,建立了±10kV/12.5MW背靠背柔性直流输电系统,研制出±160kV/50MW柔直换流阀及阀控系统。形成了完整的柔性直流输电技术“产、学、研、用”一体化体系,培养了一支从事柔性直流输电系统研究、成套设计、设备制造、试验调试的技术团队。发表文章4篇,申请专利9项(发明6项),其中获得授权4项(发明1项)。形成5项企业标准,并获国家标准立项批准。项目通过了陕西省机械工业联合会组织的鉴定,鉴定委员会一致认为产品“综合技术性能达到了国际先进水平”。该项目的研究成果成功应用于世界首个多端柔性直流输电工程——南澳多端柔性直流工程,该工程于2013年12月25日正式投运。换流阀在实际运行过程中得到大功率输电工况的检验,经受住了强台风、动态无功支撑等特殊工况的考验,性能稳定、运行效果良好。2014年,凭借南澳工程良好的业绩,西安西电电力系统有限公司又成功中标“云南电网与南网主网鲁西背靠背直流异步联网”工程广西侧的±350kV/1000MW柔直换流阀等设备供货合同,累计实现销售额5亿元。

本项目的成功实施和推广应用,促进了我国风电等新能源发电和柔性直流输电技术的发展,实现了柔性直流输电高压大容量换流阀、控制保护系统等核心设备的国产化,促进了国内先进输变电技术和高压大容量电力电子产业的升级,引领了多端柔性直流输电技术的发展。




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