2018年12月25日，迄今为止世界容量最大、电压等级最多、采用诸多原始自主创新关键技术的多端柔性直流配电网工程——珠海唐家湾三端柔性直流配电网工程成功投运。
珠海唐家湾三端柔性直流配电网工程建设是依托国家能源局首批“互联网+”智慧能源示范项目进行，是中国建设直流配电网、推进能源互联网技术的重要探索。
清华大学电机系和能源互联网研究院参与了工程系统规划、架构设计、工程专题、核心技术研究、关键设备研发，突破了柔性直流配电网成套设计技术，攻克了柔性直流配电网关键装备研制难关。基于自主研发的定制IGCT器件和装置原理拓扑，创新研发了±10kV三端口直流断路器、±10kV IGCT交叉箝位型换流阀等核心设备。该项工作由曾嵘教授牵头，电机系多项创新成果获得应用。
珠海唐家湾三端柔性直流配电网工程的成功投运彰显了清华大学在柔性直流配电领域的系统研究、工程设计、设备集成等核心技术实力，为我国柔性直流配电网的规划、建设、运行打下了坚实理论和实践基础。
一、工程概述
2016年7月，国家能源局发布《关于组织实施“互联网+”智慧能源(能源互联网)示范项目的通知》，广东电网有限责任公司珠海供电局申请的“支持能源消费革命的城市-园区双级‘互联网+’智慧能源示范项目”获批成为首批55个示范项目之一，并被南方电网公司列为智能电网重点建设项目。
示范项目按照两级（园区-城市）双核（唐家、横琴）开展“基础物理网络智能升级”、“能源与信息的深度融合”、“多能协同”、“智慧用能新模式”四大主题示范建设，打造“基础设施智能化”、“信息流动充分化”、“生产消费互动化”的能源互联网生态系统。
此次成功投运的唐家湾三端柔性直流配电网工程，是该示范项目“基础物理网络智能升级”最为关键的部分，是国际首个±10kV、±375V、±110V多电压等级多端柔性直流配电网工程，也是目前世界容量最大的柔性直流配电网工程。
唐家湾三端柔性直流配电网工程由鸡山1换流站（10MW）、鸡山2换流站（10MW）、唐家换流站（20MW）采用地下电缆相连接，接入唐家湾科技园的风、光、储、充以及多元直流负荷，构成多端多层级、可网络重构的±10kV/40MW柔性直流配电网，实现了多个交流变电站的直流柔性互联和备用功率支撑，提高了系统供电可靠性。
珠海唐家湾三端柔性直流配电网工程的成功投运是广东电网公司珠海供电局推进“互联网+”智慧能源示范项目的重要里程碑，项目全面建成后，可实现示范区内多能流协同能量管理、新能源和储能灵活接入、需求侧主动响应、多能源灵活交易、能源互联网数据共享，良好构建起面向能源消费革命、具有广泛示范意义的“互联网+”智慧能源新模式，为国家能源互联网战略落地提供生动示范样本。
清华大学参与了工程系统规划、架构设计、工程专题、核心技术研究、关键设备研发，突破了柔性直流配电网成套设计技术，自主创新研发了多套±10kV直流核心装备，包括三端口直流断路器、IGCT交叉箝位型换流阀。无论定制IGCT器件、装置原理拓扑先进性，还是系统电压等级与容量均达到目前国际最高参数水平，攻克了柔性直流配电网关键装备研制难关！
二、突破柔性直流配电网成套设计技术
虽然国内外在柔性直流配电系统领域的相关技术研究和实验系统、示范工程已逐步开展，但大都处于一般性探索阶段，并未对其规划设计、协调控制和控制保护等问题进行深入的研究，缺乏实际应用工程。相比于设计已经典型化、序列化的交流输配电工程，柔性直流配电设计是个性化的定制过程，其技术核心就是成套设计。
为了实现柔性直流配电网的工程示范应用，研发团队集合清华直流领域的优势科研力量和技术开发力量，联合广东电网有限责任公司、广东省电力设计院，对柔性直流配电技术开展全面攻关，并借鉴特高压直流工程成套设计经验，结合柔性直流配电技术特点，开展了针对系统接入、主回路参数设计、绝缘配合设计、控制保护方案等关键技术的专项攻关，突破了大容量、多电压等级柔性直流配电网的成套设计技术。
图：珠海唐家湾三端柔性直流配电网工程整体方案
由直流研究中心参与设计世界上配送容量最大、电压等级最多、技术最复杂的柔性直流配电网工程———珠海唐家湾三端柔性直流配电网工程的成功投运和多项首创技术的应用标志着我国在柔性直流配电领域实现了国际引领。
三、世界首套±10kV三端口直流断路器
唐家湾三端柔性直流配电网工程首次开发并应用了国际领先水平的±10kV三端口直流断路器，由直流研究中心研发、山东泰开高压开关有限公司制造。该±10kV三端口直流断路器可满足工程对断路器提出的所有要求，具有开断迅速、可靠性高、可控性强、支持快速重合闸、运行维护方便等优点，可实现多端换流站的联络及一端或两端故障快速隔离，从而保障系统安全可靠运行。
图：±10kV三端口直流断路器结构
该断路器的拓扑创新亮点是：结合耦合负压型混合式直流断路器拓扑及多端口直流断路器拓扑，可在直流断路器所连接的任一线路发生故障时，将故障电流转移至一个“共用”主断开关后实现多路协调开断，可减少电力电子器件数量30%以上，有效降低直流断路器的体积和制造成本。
图：±10kV三端口直流断路器正常运行
四、世界首套IGCT交叉箝位型换流阀
唐家湾三端柔性直流配电网工程首次采用直流研究中心提出、北京四方继保自动化股份有限公司开发制造的IGCT交叉箝位型换流阀。该换流阀基于常规半桥电路拓扑，在两个相邻的IGBT子模块之间串联接入一个IGCT交叉箝位电路，可实现微秒级故障电流开断，且可快速恢复运行，大大缩短系统重新投运时间。
图：自主研发的IGCT器件
该装置的创新亮点是：应用自主研发的定制化IGCT器件，实现导通压降最小化，低达0.9V。相较于全桥拓扑换流阀，含IGCT交叉箝位的半桥拓扑换流阀主要优点是功率模块体积小，整机屏柜紧凑，占地面积小，整机损耗小，是目前额外损耗最小的直流故障清除MMC方案。
图：IGCT交叉箝位型换流阀
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