我国自主研制的世界首台新型混合换相换流阀在豫投运 攻克直流输电领域半世纪技术难题

长期以来,直流输电承担着我国跨区、跨省大容量电能配置的重要任务,是促进资源优化配置、保障电网安全稳定运行的关键技术路径。

然而,在全球直流输电工程中广泛应用的传统晶闸管换流阀存在先天局限:器件只能控制开通、难以实现可控关断,在交直流转换和复杂电网扰动条件下存在“换相失败”风险。

一旦发生异常,可能引发电能输送中断甚至对大电网稳定造成冲击。

这一问题困扰行业已久,也成为制约直流输电进一步向更高安全水平演进的关键技术瓶颈。

从原因看,直流换流环节对系统电压支撑、功率潮流变化以及故障扰动极为敏感。

随着新能源装机规模持续扩大,电网运行特性更加复杂:电源侧惯量和短路容量变化、功率波动增大,跨区互联的潮流调整更频繁,对换流装备的快速响应和故障穿越能力提出更高要求。

在此背景下,若仍主要依赖“半控”器件方案,系统对异常扰动的抵御能力将面临更大挑战。

近日,国家电网公司河南灵宝背靠背换流站迎来关键装备升级:新型混合换相换流阀完成168小时试运行后正式投入商业运行。

据介绍,这是世界首台基于IGCT器件的新一代直流输电换流阀,实现了“能开能关”的全控特性,可在微秒级时间内对电流进行精准识别并快速切断,从机理上降低换相失败发生概率。

换流阀作为直流输电工程交流与直流转换的核心设备,其安全性与可靠性直接决定通道稳定水平。

此次装备转入商业运行,意味着我国在关键核心装备自主可控方面取得新进展,也为直流输电安全运行提供了新的技术路线。

从影响看,一是有助于提升直流输电系统的稳定性和抗扰能力。

换相失败风险降低,将在故障扰动和潮流变化条件下增强系统韧性,减少输电“骤停”对电网运行带来的连锁影响。

二是有助于提高新能源送出和消纳水平。

随着风电、光伏等清洁能源基地规模化开发,稳定可靠的外送通道成为关键环节;更高可靠性的换流装备将为提高新能源外送比例提供支撑。

三是有助于增强我国在高端电工装备领域的技术竞争力。

相关成果已被纳入工业和信息化部、国家能源局首台(套)重大技术装备推广应用目录和名单,体现出其在装备体系中的示范意义与推广价值。

在对策层面,此次投运不仅是单一设备升级,更体现出“产学研用”协同攻关的组织优势。

据介绍,国家电网公司联合清华大学、怀柔实验室、中国电气装备集团有限公司等单位开展联合研发,推动从核心器件到集成系统的自主创新,形成较为完整的技术链条与工程化能力。

工程应用同样考验系统组织与现场执行能力。

为确保新设备顺利安装投运,国网河南省电力公司编制现场改造方案,历时3个月完成安装调试并转入商业运行,显示出新装备从实验验证走向规模应用所必需的工程管理能力与安全管控水平。

从前景判断看,河南电网位于西电东送、南北互供的重要枢纽位置,灵宝背靠背换流站又是我国首个全国产化背靠背直流输电工程的重要节点,其商业化运行具有较强示范带动效应。

下一步,随着我国推进沙漠、戈壁、荒漠大型风光基地以及海上风电等清洁能源规模化开发外送,跨区互联、长距离大容量输电需求将进一步上升。

面向新型电力系统建设,关键装备需要从“可用”走向“更安全、更智能、更韧性”,并在更多工程场景中经受长期运行考验。

业内人士认为,若该类全控型换流技术在标准体系、工程适配、运维策略等方面持续完善,有望在更广范围内推广应用,为高压直流输电提供中国方案与可复制的工程经验。

新型混合换相换流阀的投运,是我国能源基础设施领域的一次重大突破,也是自主创新在关键领域的成功应用。

这项技术的成功不仅解决了一个困扰全球半个多世纪的难题,更重要的是为我国远距离、大容量清洁能源输送奠定了坚实的技术基础。

面向未来,随着这一技术的进一步推广应用,必将在支撑新能源大规模开发、推动能源绿色低碳转型、保障国家能源安全等方面发挥越来越重要的作用。

这充分表明,坚持自主创新、加强产学研结合,我们完全可以掌握能源领域的关键核心技术,为国家高质量发展提供强有力的支撑。