近日，由中国电机工程学会与中国机械工业联合会联合组织的“大容量直流开断关键技术及高中低压系列化直流断路器研制”科技成果鉴定会通过“线上 线下”融合会议方式召开。鉴定委员会专家、特邀嘉宾、中国电机工程学会与中国机械工业联合会代表，以及来自清华大学、清华四川能源互联网研究院、北京电力设备总厂有限公司、山东泰开高压开关有限公司、株洲中车时代半导体有限公司、国网冀北电力有限公司电力科学研究院、广东电网有限责任公司等项目完成单位的代表约40余人线上线下参会。会议由中国电机工程学会副理事长路书军主持。
图：线上参会人员
图：现场参会人员
鉴定委员会由南方电网公司李立浧院士担任主任委员，国家电网公司陈维江院士、湖南大学罗安院士、全球能源互联网研究院汤广福院士担任副主任委员，委员包括合肥工业大学丁立健教授、中国钢研冶金自动化研究设计院李崇坚总工、华中科技大学何俊佳教授、西安交通大学荣命哲教授、西安高压电器研究院姚斯立首席专家、国网经济技术研究院聂定珍教高、华北电力大学崔翔教授、中国电科院曾南超教高、重庆大学廖瑞金教授。
会议还邀请了清华大学电机系韩英铎院士、康重庆主任，国家电网公司科技部刘前卫副主任参会。
清华大学曾嵘教授、余占清副教授分别代表项目完成单位作了工作报告、技术报告，向鉴定委员会全面汇报了项目情况。面向直流电网中“大容量直流开断”这一挑战难题，清华大学曾嵘教授、余占清副教授、黄瑜珑副教授领衔的直流技术研究团队，依托清华大学电机系、能源互联网创新研究院、清华四川能源互联网研究院组成的“一系两院”攻关平台，从2011年起，历时十年开展不懈攻关，与北京电力设备总厂、山东泰开高压开关公司、株洲中车时代半导体公司、国网冀北电力科学研究院、广东电网有限责任公司等单位紧密合作，成功研制出万安级开断能力的igct plus器件，攻克了电力电子多级直串开关大电流开断、耦合负压换流等关键难题，研制出一系列方案独创、性能优越的高中低压直流断路器，并在直流电网、数据中心、电气化交通等多场景工程现场应用，为我国直流断路器技术实现国际领跑做出重要贡献。
图：项目组成员汇报研究进展
创新成果1：成功研制全国产化、万安级开断能力的igct plus器件
大容量单次开断的电力电子器件，是决定直流断路器性能、成本的关键。面向大电流开断需求，提出新型gct芯片纵向掺杂结构与元胞排布方法，突破低阻抗快速换流门极驱动技术，掌握了大尺寸器件元胞均流技术，并与株洲中车时代半导体有限公司联合研发出关断电流万安级igct plus器件。
图：igct plus器件
创新成果2：突破电力电子多级直串开关大电流开断关键技术
模块化电力电子多级直串开关是直流断路器开断电流的核心部件。项目提出基于分立金属氧化物压敏电阻的钳位式电力电子开关多级串联方法，解决了多级串联单元电压均衡问题；提出基于常规恢复速度二极管的桥式电力电子单元双向通流拓扑，有效抑制二极管恢复过程产生的自激振荡，比传统反串联方案节省器件成本约40%；提出复合式电力电子开关直流开断技术，同时利用igbt/igct两类器件的高关断与耐浪涌能力，比单一igbt器件直串方案可节省成本约60%～70%。
图：直串阀组
创新成果3：提出基于耦合负压技术的直流断路器换流方法
高速可靠的电流转移是直流断路器成功开断的前提。针对直流断路器高速可靠的电流转移需求，研究团队提出基于耦合负压电路的混合式直流断路器换流技术，主通流支路损耗近零，无需水冷散热；突破单断口100kv快速机械开关、低感值大容量紧耦合电抗器和高功率脉冲电源等关键技术，可在400μs~800μs完成电流转移。
图：换流过程
在上述关键技术突破的基础上，清华大学直流技术研究团队针对直流电网、数据中心、电气化交通等不同电压等级、应用场景和技术需求，提出不同类型的直流开断拓扑创新方案，并联合北京电力设备总厂有限公司、山东泰开高压开关有限公司，成功研制了高中低压系列化直流断路器，并实现规模化工程应用。
①面向高压直流电网场景，研发了535kv/25ka混合式直流断路器，用于张北500kv柔直电网工程，并率先通过现场短路试验。
②面向中压直流应用场景，研发了10kv/10ka混合式直流断路器，用于东莞直流配电网工程；研发了10kv/3ka混合式直流负荷开关，用于苏州直流配电网工程。
③面向多端直流联结开断应用场景，研发了10kv/10ka三端口混合式直流断路器，已在珠海直流配电网工程中应用。
④面向低压高速保护应用场景，研发了375v/5ka百微秒开断固态直流断路器，已在东莞数据中心直流供电工程中投运；并为华为研发了480v固态式直流断路器，在其通讯测试平台中应用。
⑤面向轨道交通等独立全电系统场景，研发了基于复合式电力电子开关的10kv/60ka混合式直流断路器和3kv自然换流型混合式直流断路器。
图：直流断路器多场景应用
鉴定委员会专家认为项目攻克了多项大容量直流开断的关键技术难题，成果在张北柔性直流电网工程、东莞交直流混合配电工程、国家能源局珠海“互联网 智慧能源”示范工程等项目中的成功应用，取得了显著的社会和经济效益，运行情况良好，具有广阔的推广应用前景。项目鉴定委员会专家一致认为，“该项目取得多项创新性成果，总体达到国际领先水平”。
特邀专家韩英铎院士、刘前卫副主任也对项目成果给予高度评价，并建议尽快在更多领域推广应用。电机系主任康重庆教授代表项目完成单位致答谢词，感谢院士专家们的建议，中国电机工程学会、中国机械工业联合会的组织，和项目合作单位的支持。
中国电机工程学会副理事长路书军作会议总结，认为鉴定委员会对项目给出了实事求是、客观公正的评价结论，提出的宝贵建议对项目单位的后续工作也将起到很大的指导作用。
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