中国首创！世界首台混合换相换流阀投入商业运行

2025年12月28日9时整，在河南灵宝直流换流站主控室，随着国家电力调度控制中心最终指令下达，我国完全自主研发、世界首台基于IGCT器件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”），经过168小时成功试运行之后，正式投入商业运行。这标志着困扰全球直流输电领域半个多世纪的“换相失败”难题被攻克。

世界首台（套）HCC换流阀试运行圆满完成

换流阀是直流输电工程中实现交流电与直流电转换的核心装备，类似直流输电工程的“心脏”。目前，世界上直流输电工程普遍采用晶闸管换流阀，受制于晶闸管只能开通不能主动关断的“半控”特性，交直流电转换时存在“换相失败”风险，引起电能输送过程“骤停”，严重威胁大电网安全稳定运行。

面对这一难题，清华大学曾嵘教授带领团队，依托怀柔实验室和清华电力国重，深耕源头创新，从第一性原理出发，首创基于逆阻IGCT器件的混合换相换流新技术；联合西安派瑞、中车时代半导体，历经上千次工艺实验和七轮全流程迭代流片，研制出全球首款8千伏/3千安逆阻型集成门极换流晶闸管（IGCT）器件；并与国网设备部、国网河南电力、国网直流中心、国网经研院，中国电气装备集团西电系统公司、许继电气公司等组成“产学研用”联合攻关团队，历时九年持续攻关，研制出世界首台IGCT-HCC换流阀，实现了“原理-器件-装备-系统”全链条原创性技术突破。

一、打造直流输电“最强芯”

研究团队自主研发的逆阻型IGCT器件，双向承压8千伏、通流3千安、可关断电流6.6千安，既可控制开通、又可控制关断，是迄今为止首款直流输电用逆阻型IGCT器件，从根本上弥补了传统晶闸管的缺陷。

图1 8kV/3kA逆阻型IGCT器件

二、研制直流输电“里程碑”装备

HCC换流阀利用IGCT器件特性，构建了“自然换相+强迫换相”的混合换相机制，在系统正常运行时，HCC换流器利用IGCT器件超短的反向恢复时间，实现“恢复增强自然换相”，使系统稳态下无功需求减少20%；在电网出现扰动故障时，通过IGCT器件进行“主动关断强迫换相”，消除换相失败风险，从而实现直流输电工程在“常态”与“扰动”状态下的双重守卫。

研究团队攻克了百级器件主动关断下串联均衡难题，构建了混合换相换流器“器件-装备-系统”三级配合的暂稳态电压防护体系，研制适应混合换相换流器全工况的新型阀基电子系统和高可靠阀控系统，研制成功世界首套HCC换流阀。被誉为直流输电的“里程碑”装备，同时入选工信部和国家能源局首台（套）重大技术装备。

图2 世界首台HCC换流阀

三、完成“换心”改造，彻底消除“心脏骤停”风险

河南电网处于西电东送、南北互供的重要枢纽位置，灵宝工程是我国首个全国产化背靠背直流输电工程，是华中与西北电网互联的重要节点，然而多次发生换相失败风险，威胁电网安全运行。

针对此问题，国家电网公司在世界范围内首次应用HCC换流阀，相当于采用自带“起搏”功能的“超级心脏”对传统晶闸管换流阀进行“换心”改造，支撑换流阀在电网故障下仍能保障连续稳定的换相'心跳'，从源头上解决了换相失败难题，消除了极端情况下电网连锁停电的安全风险。

HCC换流阀的成功研制和商业化运行，是我国直流输电实现国际引领的重大标志性成果，将支撑我国首批直流输电工程全面改造，同时也为我国西电东送战略从稳定水火能源输送转向波动风光输送提供了全新的解决方案。