多端柔性直流配电网技术研究及工程应用

　　完成单位：南方电网广东电网有限责任公司珠海供电局,广东电科院能源技术有限责任公司,清华大学,南方电网科学研究院有限责任公司,中国能源建设集团广东省电力设计研究院有限公司,北京四方继保自动化股份有限公司,山东泰开高压开关有限公司,特变电工新疆新能源股份有限公司

　　本项目是国家能源局能源互联网重大示范工程的核心内容。柔直配网是提升交流配网灵活性、经济性，实现分布式可再生能源消纳和推动配网智能化改造、互联网化运营的重要关键技术。国内外开展了大量的专项试点研究建设，但在配网推广应用亟需解决三大难题：(1) 柔直配网功能定位和网架结构；(2) 交直流配网复杂特性分析和协同运行控制策略；(3) 核心器件与关键设备研发。 项目组攻克了上述难题，研究建立了多端柔性直流配电网系统技术体系，研发应用了核心功率器件和关键直流装备，建成了世界首个、总容量规模最大的±10kV、±375V、±110V三电压等级多端柔直配网示范工程。

　　创新点如下：

　　（1）攻克了柔直配网系统分析与成套设计关键技术，研究提出系统功能和层级架构；首次建立关键设备宽频仿真模型和全时域分析方法；系统解决了交直流配网复杂特性分析、主回路、设备规范和控保策略等成套设计关键难题。

　　（2）自主定制研发高性能、大容量、低损耗4.5kV/2.4kA-IGCT器件(压降0.9V，降低60%）；世界首次研发了具有故障电流自清除能力的交叉钳位结构换流阀模块，附加损耗率小于0.1%；世界首创应用了复用电力电子转移支路的三端口断路器，总体功率器件数量、成本和体积减少30%；研发应用了基于SiC器件的2MW三端口变压器，整体效率达98.5%，比硅基器件开关频率提升达100%，变换效率提升达1.5%，节省占地面积达30%。

　　（3）研发了多端柔直配网的控制保护和运行关键技术，提出主从、自适应电压协调控制策略；提出交流、直流与微电网的协同运营策略，实现潮流灵活可控、源网荷储高效互动。

　　该项目已申请发明专利30项（授权14项），申请实用新型专利9项（授权4项），形成标准7项，发表论文28篇（SCI/EI 14篇）。项目率先通过国家能源局验收，周孝信院士给予“在柔直技术上取得重大突破与创新，走在世界前列”的高度评价。经中国电机工程学会的成果鉴定（中电机鉴〔2020〕第058号），成果得到专业领域两位中国工程院院士的高度评价，整体达到国际领先水平。

　　项目系统解决了柔直配网技术应用的技术难题。成果广泛应用于交流配网改造、综合能源项目建设，实现了交直流协同、源网荷储灵活互动，提升电网资源运营效率20%，带动功率器件自主研发及柔直装备产业发展，增加产值10亿元以上。关键技术与装备已推广至东莞、苏州等多个工程应用，为支持海量分布式能源开发与消纳、能源互联网建设提供了重要技术平台。