项目编号B02-2019-F002
项目名称混合式高压直流断路器关键技术及应用
候选单位全球能源互联网研究院有限公司
中电普瑞电力工程有限公司
国网浙江省电力有限公司
许继集团有限公司
候选人查鲲鹏 魏晓光 张 升 高 冲 汤广福 周万迪 王成昊 杨兵建 陆 翌 刘 远 陈龙龙 客金坤 张 宁 胡四全 单云海
项目简介    高压直流断路器是切除和隔离直流输电系统故障的开关,是直流输电向网络化发展、构建直流电网的必备设备,被列入我国《能源技术革命创新行动计划》。高压直流输电诞生60余年来普遍采用点对点传输方式,因直流开断技术一直未能突破,制约了高压直流输电向更为灵活经济的网络化发展。当前,直流电网已成为风光等大规模清洁能源送出及消纳、支撑能源转型的有效手段。“直流电网的发展,最迫切需要的是能够快速开断大电流的高压直流断路器”(国际大电网组织(CIGRE)TB533报告)。 项目在北京市和国家电网公司重大科技专项支持下,经过七年攻关,取得技术发明点如下: ①模块化混合式直流开断技术。提出了机械开关、电力电子组件和耗能组件混合串并联、柔性构建阻断电压的直流开断方法,首创了模块化级联混合式直流断路器拓扑,发明了机械开关零电流分闸、全桥电力电子组件零电压关断、耗能组件分组投切能量吸收等技术,解决了直流短路电流开断过程中人工零点构建、暂态过电压耐受和能量耗散的难题。 ②强电磁能量瞬态开断应力调控技术。建立了融合分布参数及器件关断特性的场路综合分析模型,发明了IGBT组件自适应电流均衡调节、多组件矩阵化等电位跟随钳制、空间电磁参量正交约束调控等技术,解决了百兆焦电磁能量微秒级开断导致的电热应力集中、电磁场畸变、强传导辐射干扰等难题,实现了15kA电流可靠关断。 ③高速操动与协同加速控制技术。提出了高电位电磁操动和多断口模块化串联方法,发明了支路电流零点复合预判、真空断口绝缘动态检测和异步周期并行预处理控制技术,解决了大质量机械开关1000倍重力加速度高速操动、100kA/ms支路换流状态判断、组件间百微秒协同配合难题,开断时间小于2.5ms。 基于上述发明,研制出世界首台混合式高压直流断路器产品,核心参数为200kV/ 15kA/2.5ms,经院士和专家鉴定为“整体技术达到国际领先水平”。授权发明专利29项(欧洲专利1项);发表SCI/EI论文39篇,编写国际导则2项,制定国家和行业标准5项。 2016年项目成果应用于舟山五端直流工程,填补了高压直流断路器工程国际空白,增输电量6.3亿度,被CIGRE列为典型案例。截至2018年,新签合同5.6亿元。基于项目成果,研制出500kV/25kA/2.5ms直流断路器,推动世界首个±500kV张北直流电网示范工程建设,工程可为北京2022冬奥会提供100%清洁能源。

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