这场“换心”改造
非干不可！
换流阀是直流输电系统的“心脏”
传统换流阀在电网故障情况下的“换相失败”
可能引发输电骤停
12月28日
世界首台基于集成门极换流晶闸管（IGCT）的
新一代直流输电换流阀——
混合换相换流阀（以下简称“HCC换流阀”）
在我国首个全国产化背靠背直流工程
河南灵宝换流站
正式投入运行
依托灵宝换流站改造项目
国家电网公司完成对换流站单元Ⅰ华中侧
三相换流阀的“换心”改造
世界首台HCC换流阀“上岗”
这场“换心”
解决了传统换流阀“换相失败”问题
标志着我国在高压直流输电核心技术领域
取得了“原理-器件-装备”全链条原创性引领
这是直流输电历史上的里程碑
为全球大容量直流输电
提供了全新的“中国方案”
灵宝换流站三相HCC换流阀。
功勋换流站
20年“心跳”坚守
读懂这场硬核“换心”，要先认识一座城。
河南省灵宝市，位于豫陕晋三省交界处，西接陕西省渭南市潼关县，东连河南省三门峡市陕州区，独特的区位让这里成为连接西北能源基地与华中负荷中心的枢纽。
灵宝换流站所处位置。
这座嵌在山河褶皱里的城市，注定因能源而不凡。2005年7月，我国第一个全国产化背靠背直流工程——灵宝换流站在这里建成投运。从此，西北、华中两大电网实现互联。
灵宝换流站。
彼时，西北和华中两大区域电网如同轨距不同的“铁路干线”——前者以330千伏电压等级承载着能源基地的“重载列车”，后者以220千伏电压等级输送电能至工业重镇与万千家庭。两条“干线”需要相连，却不能简单地“硬连”。
灵宝换流站的“背靠背”技术，成功实现了两大区域电网的“能量转换”。
第一步，将西北电网的交流电“解码”为直流电——如同把不同轨距列车上的货物，转移到不受轨道限制的“能量传送带”上；
第二步，通过平波电抗器滤除电流中的“颠簸”，确保电能平稳传输；
第三步，将直流电重新“编码”为华中电网所需的交流电——就好比把传送带上的货物，精准装载到适配轨距的列车上。
无需架设长距离直流输电线路，两组换流阀“背靠背”协作，在同一站内完成“交流—直流—交流”的完整转换。
这套紧凑高效的设计，既能帮助电力“跨越鸿沟”自由流动，又隔绝了两大电网之间的故障传递。20年来，灵宝换流站累计输送电量超1300亿千瓦时，相当于1.5座三峡水电站的年发电量，成为西部清洁能源进入中东部电网的关键门户。
“骤停”隐患
传统换流阀难以适应新挑战
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20年前，西北电网与华中电网在灵宝换流站的首次“牵手”，让高压直流输电技术创新有了“零”的突破；
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20年后，世界首台HCC换流阀成功应用，为这座功勋老站换上了“超级心脏”，彻底解决了传统直流输电技术“换相失败”问题。
换相，并不是电流跑错了方向掉转折返，而是通过功率半导体器件的开通和关断，使换流阀的电流路径发生转移，从而实现交流和直流之间的变换。
在灵宝换流站的“装备库”里，四大核心部件各司其职：换流变压器精准匹配330千伏与220千伏的电压差，平波电抗器抚平电流波动，控制保护系统实时调控功率输出，换流阀则是能量转换的核心担当——所有电能的“变身”，都得靠它来完成。
传统直流输电采用电网换相换流（LCC）技术，换流阀由几千个晶闸管组成。这些晶闸管依靠电网系统电压的变化，每秒协同开关近百次，完成“整流”和“逆变”的关键动作。
传统换流阀由几千个晶闸管组成。
“整流”是将送端交流电转化为直流电，以便远距离高效传输；“逆变”是在受端将直流电转化为交流电，再逐级降压后供用户使用。
这些晶闸管如同一个单向阀门，只能控制“开门”，没法主动“关门”。一旦电网出现瞬时波动或故障引起电压扰动，就有可能导致晶闸管关断失败，换相过程就会中断，引起电能输送过程“骤停”——这就是“换相失败”。
这种失败，轻则导致直流输电功率中断，重则影响大电网安全稳定运行。
传统换流阀“换相失败”流程示意图。
多年来，业界应对这一问题，要么加强电网，要么增加补偿装置，这就相当于长期吃保健药，始终是“被动防御”，未能从根本上解决问题。
而随着西北新能源基地的大规模开发，风电、光伏发电的波动性让电网扰动风险陡增，传统换流阀越来越难满足新型电力系统建设的安全需求。
给灵宝换流站换上“超级心脏”
成为保障特大型交直流混联电网安全运行的迫切使命
HCC换流阀的革命性突破
如果将“换相机制”升级到2.0版本，会是什么样子？
立足新器件、新技术、新装备，国家电网公司设备部组织国网河南电力、国网直流中心、国网经研院，并联合清华大学、怀柔实验室、中国电气装备集团有限公司等方面组成直流技术攻关团队，从换流阀的核心——功率半导体器件入手，勇闯技术“无人区”，自主创新提出基于IGCT器件的混合换相换流技术。
经过9年产学研用持续协同攻关，团队研制出全球首款8千伏/3千安逆阻型IGCT器件，可实现双向承压，既可控制开通，又可控制关断，从根本上弥补了传统晶闸管的短板；并基于自主研制的IGCT器件，研制出世界首台HCC换流阀。
全球容量最大的逆阻型IGCT器件。
这颗“超级心脏”，自带“起搏功能”。
HCC换流阀利用IGCT器件强有力的主动关断特性，构建“自然换相+强迫换相”混合换相机制，让换流阀得以根据场景灵活切换角色：
常态下“自然换相”：电网稳定或受到“小扰动”时，HCC换流阀能高效承担电力传输任务，保证经济运行。
扰动时“强迫换相”：一旦感知到电网扰动风险，HCC换流阀能在微秒级时间内，驱动其内置的IGCT器件精准识别、快速关断电流，自主建立可靠的换相电压，让心脏快速“起搏”，从根本上杜绝“换相失败”。
HCC换流阀故障应对流程示意图。
从依赖外部环境
到具备内生稳定能力
从被动承受风险
到主动免疫故障
这一技术飞跃
攻克了两大核心难题
打造了“最强芯”
研究团队自主研发的逆阻型IGCT器件，可实现双向承压8千伏、通流3千安，最大可关断电流6.6千安，能扛住超高电压和巨大电流，实现微秒级快速关断，是迄今为止全球容量最大的逆阻型IGCT器件，各项参数远超国外同类器件，达到了国际领先水平。
实现了“神同步”
一个阀塔里有近百个这样的“最强芯”，需要让它们像阅兵方队一样步调一致地动作，这是极大的挑战。团队攻克了百级IGCT器件串联均压难题，将均压精度控制在±1%以内，确保了整个系统的本征安全。
HCC换流阀单重阀内部结构示意图。
从国产化示范到全球技术引领
12月28日，HCC换流阀
在河南灵宝换流站完成168小时试运行后
正式投入商业运行
HCC换流阀在灵宝换流站完成168小时试运行。
设备投运前的调试阶段
这套新设备就交出了亮眼答卷——
12月1日，换流站单元I一次性带电启动成功
12月5日，在交流近区人工短路试验中
面对电网深度扰动工况
HCC换流阀成功抵御换相失败风险
展现了优良的运行性能
12月5日，在灵宝换流站近区，220千伏人工短路试验一次性成功。
换上“超级心脏”的灵宝换流站，成为新能源消纳的“超级枢纽”——西北戈壁的风电、黄土高原的光伏，这些“喜怒无常”的绿色电力，经过HCC换流阀的平稳转换，跨越千里送入华中地区的千家万户。它不仅能抚平新能源的功率波动，更能抵御电网扰动，让新能源消纳能力提升30%，为新能源基地大规模开发外送筑牢保障。
HCC换流阀安装现场。
灵宝换流站的20年，是中国高压直流输电技术自主创新的缩影。
20年前，它作为我国首个完全自主设计、制造、建设、调试和运维的背靠背换流站，实现了控制保护系统、换流阀、换流变压器等关键设备的100%国产化。国家电网公司系统总结建设运行经验，制定了高压直流输电技术标准体系，为中国高压直流技术的创新发展奠定了坚实基础。
灵宝换流站。
从打破垄断到引领未来
HCC换流阀
这颗跳动的“超级心脏”
以微秒级的守护
为保障远距离、大容量高压直流输电
提供全新技术路线和“中国方案”
感谢｜国网直流中心魏卓、吴穹，国网河南电力王森、鲁一苇、王海龙、钱萌，怀柔实验室韩雪姣
技术指导｜国网设备部张俊、国网直流中心张国华、国网河南电力张朝峰、清华大学余占清、怀柔实验室魏晓光
作者｜张静 王安琪
视频｜于欣弘
制图｜李彦
责编｜孙可欣
执行审核｜吴欣怡
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