柔性直流换流阀

鲁西柔性直流换流阀投运至今，在运维过程中存在以下问题: (1) 功率模块进出水嘴无专用工具紧固、均压电极由于空间狭小无法开展力矩检查: (2) 功率模块故障率高，只能采取简单更换、返厂修复的处理方法: (3) 柔直阀塔冷却主管道采用预埋方式设计，上方用钢板进行铺设，检修功率模块需关闭管道进、出水阀门，钢板重达75kg，移开存在人员受伤及钢板坠入管道引起设备损坏等风险:(4)柔直功率模块测试装置重达60kg，不易搬运，其测试线长18m (重10kg)，测试光纤长22m，收纳不方便:(5)功率模块故障后会将故障代码上传到阀控上位机，生成一个4位十六进制代码。目前读取故障代码需要将4位十六进制数转为二进制数( 代码组合有65536种故障类型)，再通过查询二进制故障代码表格，才能查到对应故障类型。 本项目的实施，解决了柔直换流阀检修遇到的新问题和五大痛点，大幅提高了柔直换流阀检修效率，提升了检修质量，降低了检修作业、仪器搬运中潜在的安全隐患，培养锻炼了一批在柔直输电换流阀检修专业的技术人才，为鲁西换流站柔直全年利用小时数超5000h做出了应有贡献，同时该项目可供乌东德直流工程及其他 柔性直流输电工程参考借鉴。

本项目在南方电网公司及超高压输电公司重点科技项目的支持下，立足自主创新，基于鲁西背靠背异步联网工程前期面临的高电压大容量柔性直流换流阀及其控制系统设备研制、控制保护功能设计所面临的技术难题，结合并联混合直流异步联网工程新设备精细运维遇到的新问题，以及工程建成投产后在一二次设备运行维护过程中出现的问题，主要从大容量高电压柔直换流阀及阀控系统、并联混合直流控制保护系统和设备运行维护等三个方面开展技术研究。 本项目获得国家发明专利授权10 项，实用新型专利授权8 项。在核心期刊发表论文9 篇。在中国电力出版社出版专著“背靠背柔性直流输电运行维护”1 部。形成南方电网公司企业标准《柔性直流电压源换流器状态评价导则》1 份，这是国内第一个柔性直流输电工程设备状态评价标准。该项目提出的高压力均匀传递功率模块结构和精密自校正压装工艺、利用柔直无功调节优势参与常规直流无功调节的背靠背混合直流无功协调控制策略、新型快速故障检测方法以及新型换相失败预测控制策略，研制的基于压接式和塑封式大容量功率器件的柔性直流换流阀及控制保护装置、柔直换流阀多维度数据集成系统，建立的基于多元线性回归的电压源换流器状态评价体系，均已直接应用于鲁西背靠背异步联网工程、云贵互联工程、昆柳龙直流输电工程，运行效果良好，有效提升了鲁西背靠背直流工程运行可靠性，促进了我国高电压大容量柔性直流输电整体设计技术、装备制造业、试验技术的发展创新，提升了我国在柔性直流输电领域的技术水平。

本成果属于柔性直流输电领域。项日紧密结合国内首次发生的柔性直流稳态高频谐振事件的分析和处理，运用理论研究和仿真计算对物理现象进行了复现。首次揭示了柔性直流与交流主网高频谐振产生的机理，提出了柔性直流接入系统的谐波稳定性判据，形成谐振风险评估方法，提出了多种谐振抑制方法和工程化解决方案。 项目研究成果全面支持了鲁西工程“4.10”柔性直流高频谐振事故的分析和复电；解决了柔性直流输电接入弱交流主网安全稳定运行的技术瓶颈，为柔性直流输电技术的大规模应用提供了重要的技术支撑。项目所提出的谐振风险评估和抑制方法已在新建的乌东德送电广东广西三端混合直流工程中得到应用，已成为柔性直流输电系统研究与成套设计中进行振荡风险评估的通用方法，成果推广应用迅速。

专家成果：长期从事高压直流输电关键技术研发、高端装备研制与工程化应用工作，牵头研制国内首个柔性直流换流阀、国际首个可控换相换流阀；相关成果获国家级奖项3项、省部级奖项20项，获国家发明专利授权132项、国家实用新型专利授权52项；参与制定国际标准3项、国家标准4项、省部级标准2项。

直流电源系统

基于模块化多电平换流器（MMC)的柔性直流输电，在大规模分布式新能源接入、混合直流输电、异步电网互联、直流电网构建、远海岸风电送出等领域具有重大技术需求。然而，随着电压等级、系统容量的提升，柔性直流换流阀的重量、体积和造价会大大增加，从而限制了柔性直流输电技术的推广应用。柔直换流阀轻型化可大幅降低设备占地、提升单位体积输送容量，是解决柔性直流输电系统高压、大容量架空线路应用问题的重要技术手段。子模块是柔性直流换流阀的基本单元，子模块中电容成本与绝缘栅双极型晶体管（IGBT）器件成本相近，体积达到子模块体积的60％，且电容重量更是达到子模块重量的70%。因此，以电容为突破口，开展适用于±500千伏轻型化串联压接型柔直换流阀关键技术的研究，研制换流阀及阀控产品样机并推进工程应用具有重大意义。

本发明作为高压直流输电(HVDC)换流阀快速检测的重要技术，成功的打破了国外相关 技术的垄断和封锁，减少了我国在直流输电领域对国外设备的依赖性，从而降低了电网 设备的成本，节约了大量的外汇支出。最重要的是填补了我国柔性电力输出检测方面的 技术空白，为相关产品的发展开辟了崭新的空间。 根据本发明“模块化多电平柔性直流换流阀子模块的测试装置及方法”能够快速 制造设备并产生积极效果，该专利技术具有可实施性、有益性，并且，并在公司内部企 业得到广泛的应用，该专利技术的应用，提高了换流阀检测效率60%以上，大大缩减了 换流阀检修时间，为系统的健康长久运行起到强力的支撑和保障作用。

柔性直流输电指的是基于电压源换流器（Valtage Source Converter，VSC）的高压直流输电（HVDC），是继交流输电、常规直流输电后的一种新型直流输电方式。其在结构上与高压直流输电类似，柔性直流输电主要设备包括柔性直流换流阀、高压直流断路器、换流变压器、柔性直流输电控制保护系统和直流电抗器/平波电抗器。换流站是柔性直流输电系统最主要的部分，根据其运行状态可以分为整流站和逆变站，两者的结构可以相同，也可以不同。