清華新聞網(wǎng)6月12日電 6月9日,，在世界上首個(gè)超高壓柔性直流電網(wǎng)工程人工短路試驗(yàn)中，清華大學(xué)與北京電力設(shè)備總廠(chǎng)聯(lián)合研制的2臺(tái)超高壓535kV直流斷路器圓滿(mǎn)完成規(guī)定操作,，在3ms內(nèi)完成故障電流開(kāi)斷,，之后成功實(shí)現(xiàn)重合閘，標(biāo)志著技術(shù)指標(biāo)國(guó)際最高的535kV/25kA/3ms直流斷路器滿(mǎn)足工程應(yīng)用要求,，為“張北可再生能源柔性直流電網(wǎng)試驗(yàn)示范工程”（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“張北工程”）的正式投運(yùn)奠定了扎實(shí)基礎(chǔ),。該創(chuàng)新斷路器技術(shù)由電機(jī)系曾嶸教授、余占清副教授,、黃瑜瓏副教授等師生和科研人員組成的直流技術(shù)研究團(tuán)隊(duì)攻關(guān)完成,，具有完全知識(shí)產(chǎn)權(quán)。
535kV直流斷路器人工短路試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)
“張北工程”是世界上首個(gè)超高壓柔性直流電網(wǎng)工程,，也是世界上電壓等級(jí)最高,、輸送容量最大的柔性直流工程，作為2022年北京冬奧會(huì)重點(diǎn)配套工程,，將支撐冬奧場(chǎng)館100%清潔電力供應(yīng),。國(guó)際大電網(wǎng)會(huì)議(CIGRE)曾指出：“大容量直流開(kāi)斷是一個(gè)世界性的難題”，如何在微秒~毫秒級(jí)時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)數(shù)萬(wàn)安培電流的開(kāi)斷和兆伏電壓的耐受成為核心瓶頸,。
面向高壓直流電網(wǎng)中最后的裝備“卡脖子問(wèn)題”,，以攻克世界性直流開(kāi)斷技術(shù)難題為目標(biāo)，曾嶸教授領(lǐng)銜的直流技術(shù)研究團(tuán)隊(duì)依托清華大學(xué)電機(jī)系,、能源互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新研究院,、清華四川能源互聯(lián)網(wǎng)研究院組成的“一系兩院”攻關(guān)平臺(tái)，在國(guó)際上首創(chuàng)耦合負(fù)壓混合式直流斷路器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),、突破低損耗高可靠換流技術(shù),，解決電力電子開(kāi)關(guān)雙向可控通流及高效大容量開(kāi)斷問(wèn)題等，研究成果完善了大容量直流超快速開(kāi)斷理論和技術(shù)體系,，從拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),、換流方式、產(chǎn)品研制,、工程應(yīng)用等方面實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新突破,。
研究團(tuán)隊(duì)首創(chuàng)低損耗高可靠的耦合負(fù)壓混合式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，創(chuàng)新提出耦合負(fù)壓技術(shù)實(shí)現(xiàn)全電流范圍內(nèi)快速換流,，突破了混合式斷路器的冷卻方式瓶頸，通態(tài)損耗低,，無(wú)需水冷,，節(jié)省空間,，可靠性高，運(yùn)行維護(hù)成本低,。
耦合負(fù)壓混合式直流斷路器結(jié)構(gòu)示意圖
該技術(shù)解決了電力電子開(kāi)關(guān)多單元串聯(lián)均衡難題,，創(chuàng)新性地提出了基于分立金屬氧化物壓敏電阻（MOV）的鉗位式模塊化串聯(lián)方法，徹底消除傳統(tǒng)串聯(lián)組件不均衡引起的器件擊穿風(fēng)險(xiǎn),，可滿(mǎn)足超高壓甚至特高壓數(shù)百級(jí)電力電子單元的直接串聯(lián)需求,；突破了直流斷路器快瞬態(tài)條件下雙向可控通流技術(shù)，提出基于常規(guī)恢復(fù)速度二極管和復(fù)合非線(xiàn)性阻抗的橋式電力電子單元拓?fù)?，成功使用常?guī)恢復(fù)速度二極管構(gòu)建橋式雙向結(jié)構(gòu),，比傳統(tǒng)斷路器方案節(jié)省40%的成本。
目前,，清華團(tuán)隊(duì)已成功研制375V/480V/10kV/40kV/80kV/535kV系列化直流斷路器,、目前世界上首套三端口直流斷路器，以及世界上電壓電流等級(jí)最高,、開(kāi)斷能力最強(qiáng)的535kV直流斷路器,；已與北京電力設(shè)備總廠(chǎng)、泰開(kāi)集團(tuán)等企業(yè)完成成果產(chǎn)業(yè)化開(kāi)發(fā),，在珠海唐家灣直流配電網(wǎng),、東莞交直流混合配電網(wǎng)、蘇州吳江直流配電網(wǎng),、張北柔直電網(wǎng)等工程中得到規(guī)?；瘧?yīng)用，保障了多個(gè)直流工程的安全可靠運(yùn)行,，具有重要的學(xué)術(shù)意義和工程應(yīng)用價(jià)值,。
清華和北電聯(lián)合研制的535千伏耦合負(fù)壓混合式直流斷路器
此次535kV直流斷路器成功在張北柔直工程中示范應(yīng)用，不僅實(shí)現(xiàn)了科研服務(wù)國(guó)家重大戰(zhàn)略需求的新突破,，同時(shí)也對(duì)推動(dòng)我國(guó)裝備制造的自主創(chuàng)新能力,、助力我國(guó)柔性直流電網(wǎng)技術(shù)持續(xù)進(jìn)步具有重要意義。
（感謝冀北檢修公司,、北京電力設(shè)備總廠(chǎng)供圖）
供稿：電機(jī)系
編輯：李華山
審核：程曦
