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完成单位：国网浙江省电力有限公司、南京南瑞继保电气有限公司、中电普瑞科技有限公司、武汉理工大学

主要完成人：金玉琪、陈骞、项中明、管敏渊、唐爱红、徐华、吴俊健

项目亮点

为灵活、高效、经济地解决断面潮流超限问题、突破电网供电瓶颈，项目发明了小型化、低成本、高灵活度的直串式潮流控制器拓扑，突破了自冷相变高效散热技术，建立了自取能冗余供电和雷电保护方法，构建了动态自适应主动重构的协调控制保护体系，成功研制了世界首台 220kV 直串式潮流控制器，在湖州顺利投运并稳定运行，有效防止断面潮流超限，保障电网安全经济运行。项目成果推广应用于杭州直串式潮流控制器示范工程及国内外多个FACTS工程，经济效益显著。项目成果为城市电网潮流控制及故障抑制提供了更为灵活的手段，提升了我国在柔性交流输电领域的竞争力。

项目介绍

潮流的优化运行和控制是实现电力稳定传输和分配的关键。目前我国已建成世界上规模最大、结构最复杂的交直流电网，潮流分布不均日益严重，尤其在城市电网中区域潮流重载限制了电网供电能力，极易出现局部故障引发输电断面过载和连锁跳闸。国内外探索了基于潮流控制设备的解决方案，但由于采用串联变压器接入，成本高、占地面积大、灵活性低，在负荷密集的城市电网大规模推广应用存在难度，亟需发展小型化、高可靠性、高灵活度的潮流控制技术。

直串式潮流控制器（DSPFC）以独立子模块的形式不经串联变压器直接串入输电线路，通过注入与线路电流正交的电压，仅以几千伏电压即可调节百兆瓦潮流，是调解当前城市经济快速发展与区域电网承载受限矛盾的有效“润滑剂”。但需要突破无串联变压器接入下换流阀电气应力耐受大、户外复杂电磁干扰和电气环境适应性设计难、高灵活性分布式控制和高灵敏度保护等技术瓶颈。本项目依托国家自然科学基金等项目，产学研联合攻关，成功研制了世界上电压等级最高、容量最大的DSPFC，取得了如下创新成果：

1、发明了具有高冲击耐受能力的直串式潮流控制器拓扑。首创了无串联变压器耦合、大功率电压源模块级联接入的高冗余潮流控制拓扑结构，提出了快速阻尼系统与多级主/被动元件配合旁路、系统故障快速重启、失电自旁路的大功率子模块电路结构，解决了无串联变压器接入下设备无法耐受大故障电流的难题，与传统潮流控制设备比占地面积减小79%，成本降低23%。

2、突破了220kV直串式潮流控制器的户外复杂电磁环境和恶劣自然环境高适应性应用技术。提出了兆伏安级子模块相变自冷散热技术，创新了高压强电磁及户外超高频信号干扰复杂环境下的敏感元件电磁防护方法，提出了基于电压电流耦合的双重自取能方法，在3%~120%线路额定电流宽运行范围下实现了城市电网户外无外供电的子模块广域灵活配置。

3、提出了子模块自主运行的分层分布式控制和保护技术。发明了基于模块分级投入、降压解锁的DSPFC启动方法，攻克了多回线、多相、多级子模块间的动态自适应均衡控制技术，提出了十微秒级就地、百微秒级集中的超快速分级保护策略，实现了DSPFC暂稳态灵活控制、可靠保护和分布式运行。

项目授权发明专利17项，发表论文19篇，出版专著1部。项目研发的世界首套220kV DSPFC于2020年10月12日在湖州投入运行，提升湖州长兴片区供电电量1.8亿千瓦时/年，并整体推广应用于杭州DSPFC工程，提升杭州瓶窑片区供电电量1.73亿千瓦时/年，同时项目核心技术推广应用于广州、深圳等多个FACTS工程，新增产值5.2亿元，节支1.55亿元。项目成果在夏季极端高温、负荷骤增的严苛条件下有效保障交流电网系统暂、稳态稳定性，显著提升了区域电网重要断面的供电能力，带动了高压交流电力电子装备技术产业升级，促进了我国柔性交流输电技术发展。

项目图片

湖州分布式潮流控制器示范工程

控保小室工作图

人工短路试验现场

完成单位介绍及对项目的贡献

国网浙江省电力有限公司：作为项目第1完成单位，对创新点1、2、3均做出重要贡献。共同提出了无串联变压器耦合、大功率电压源模块级联接入的高冗余潮流控制拓扑结构，显著减小设备的体积、重量和成本，大大提高了设备布置灵活性、运行可靠性及运维便利性;提出了线路故障电流微秒级瞬态识别方法，快速准确触发保护动作以隔离故障，对线路交流保护定值整定无影响;提出了DSPFC与线路保护配合的自适应区内外故障判别和顺序自动重启方法，提高DSPFC设备抗系统扰动能力和设备可用率。对推动DSPFC实现工程应用做出重要贡献。

南京南瑞继保电气有限公司：作为项目第2完成单位，对创新点1、2做出了贡献，突破了快速阻尼系统与多级主/被动元件配合旁路技术，首创了高精度、低时延的旁路开关分合闸脉冲功率智能控制系统及恒能量控制方法，300ms内实现连续合分合操作，突破了快速重启的设备瓶颈，成功研制了220kV直串式潮流控制器，为项目实施提供了坚实的设备支撑。成功协助项目牵头单位，将上述核心装备应用到浙江湖州祥福变220kV双回线直串式潮流控制器工程中，并顺利完成220kV线路人工短路试验，推动了柔性交流输电装备及潮流控制技术的发展。

中电普瑞科技有限公司：作为项目第3完成单位，对创新点1、3做出了重要贡献。共同提出了直串式潮流控制器整体技术方案，开展了拓扑及主电路参数设计、控制保护策略制定等关键技术研究，成功研制了220kV直串式潮流控制器，并在浙江杭州220kV大陆变示范应用，大幅提升了系统的运行可靠性和灵活性，提升了线路输电能力，取得了显著的经济和社会效益。

武汉理工大学：作为项目第4完成单位，主要对创新点1、3做出贡献。提出了直接串联接入线路的潮流控制器拓扑方案，发明了动态自适应主动重构的协调控制和十微秒级超快速就地子模块自主保护、百微秒级快速设备集中保护方法，为项目提供了重要的理论支持。

第一完成人简介

金玉琪 教授级高级工程师

国网浙江省电力有限公司

金玉琪，男，毕业于清华大学，现任国网浙江省电力有限公司副总工程师，教授级高级工程师。主要研究方向为高电压技术及信息处理，电网运行管理，电网运维检修管理。主持《DPFC关键技术研究及工程示范应用》、《特高压换流变压器内部关键主部件异常放电故障监测及预警关键技术研究》、《含多种分布电源的海岛微电网关键技术研究与工程应用》等多个国网及省公司科技项目，拥有丰富的科研项目管理研发经验，曾获全国电力职工技术成果奖、中国电力企业联合会二等奖等省部级科技奖励10余项。