直流電力電子模塊在輸電線路中的應(yīng)用

楊加成

摘要：針對當前電力輸電線路中存在的穩(wěn)定特性偏弱、電壓控制能力差等現(xiàn)象，文章首先從電力電子技術(shù)的定義入手，在充分了解該技術(shù)的基礎(chǔ)上，對電力電子模塊在輸電線路中的應(yīng)用進行詳細分析，具體包括HVDC技術(shù)、FACTS技術(shù)以及定制電力技術(shù)，以此期望為我國電力輸電線路研究起到參考作用。

關(guān)鍵詞：電力電子；輸電線路；柔性交流輸電

近年來，隨著國民經(jīng)濟的快速增長，電力成為當前需求量最大的能源。為滿足部分地區(qū)對電能的基本需求，我國提出“西電東送”這一電力資源輸送戰(zhàn)略，將煤炭、水資源等轉(zhuǎn)換為電能，輸送至電力相對緊缺的東部沿海地區(qū)。在項目開展過程中，電力輸電系統(tǒng)在其中扮演著極其重要的角色，是電力資源得以輸送的關(guān)鍵。在此背景下，電力輸電系統(tǒng)正面臨著前所未有的壓力，在輸電過程中逐步暴露出種種問題，其中最具代表的問題為輸送電壓不穩(wěn)' 據(jù)筆者調(diào)查發(fā)現(xiàn)，電壓不穩(wěn)是困擾當前電力輸電工作的主要難題，也是引發(fā)眾多電壓失穩(wěn)事故的源頭?；诖?，為了提高我國電力輸電電壓穩(wěn)定性，本文將分別對直流電力電子模塊中，各項關(guān)鍵技術(shù)在輸電線路中的應(yīng)用進行分析，以此提高電力系統(tǒng)在輸電過程中電壓控制能力。

1 電力電子技術(shù)的定義

電力電子技術(shù)是一種專門用作電力領(lǐng)域的新興技術(shù)，對輸電線路中的電能起到變換以及控制的作用。在實際應(yīng)用過程中，電力電子技術(shù)主要利用自身所具備的各類器件，實現(xiàn)對輸送電能電壓穩(wěn)定性的控制。經(jīng)過電力電子技術(shù)變換后的電力，將會實現(xiàn)最大功率與最小功率之間的自由變換。其中，最大功率可高達1 GW，最小功率可低至1 W。電力電子技術(shù)一向以實現(xiàn)電能從生產(chǎn)至使用各環(huán)節(jié)工作為發(fā)展目的，比如電能的生產(chǎn)、調(diào)度及電壓負載的配置等，使其已充分滲透至電力工作的方方面面中，實現(xiàn)電能使用效率最大化。從另一角度來看，電能使用效率最大化也就等于再生資源利用效率最大化，也就是說電力技術(shù)對當今環(huán)保工作也起到一定的貢獻。據(jù)筆者調(diào)查了解，當前較為常用的電力電子技術(shù)為4種，分別為高壓直流輸電（High Voltage DirectCurrent Transmission，HVDC），柔性交流輸電（FlexibleAC transmission，F(xiàn)ACTS），Custom Power以及可控串聯(lián)補償裝置（Thyristor Controlled Series Compensation，TCSC）技術(shù)[2]。以下將對HVDC，F(xiàn)ACTS，Custom Power在電力輸電線路中的應(yīng)用進行詳細分析。

2 HVDC技術(shù)在輸電線路中的應(yīng)用

2.1 HVDC技術(shù)簡介

HVDC高壓直流輸電技術(shù)早在1954年就被用于瑞典某輸電工程中，是一項極具吸引力的電力電子技術(shù)。HVDC技術(shù)在實際應(yīng)用過程中，具備電能損耗低這一顯著優(yōu)勢，能夠為輸電工程減少大量傳輸線纜及輸電線纜占地，節(jié)省不必要的成本費用，最為適合用作遠距離輸電項目中。比如，某一輸電項目的輸電線路容量為600 kW，若是在技術(shù)方面選用傳統(tǒng)800 kV交流輸電技術(shù)，那么輸電項目進程為1500公里時，電能損耗率就已高達7%以上；若是在技術(shù)方面采用相同單位的直流輸電技術(shù)，就能將相同距離內(nèi)，電能損耗降低至5%以下。由此看出，HVDC在遠距離輸電項目中，發(fā)揮著節(jié)能降損的關(guān)鍵作用[3]。除此之外，HVDC技術(shù)還具備另一個優(yōu)勢，那就是能夠?qū)L電場與電網(wǎng)進行連接，并對潮流波動進行相應(yīng)的補償，以此提高風電場電力輸出的可靠性與穩(wěn)定性。同時，當前眾多工業(yè)用電中心普遍遠離城市，遠距離輸電項目將會越來越多，HVDC高壓直流輸電技術(shù)所面臨的市場需求也將逐漸擴大。

2.2 HVDC技術(shù)的應(yīng)用

HVDC技術(shù)在輸電過程中主要采用直流電進行遠距離直流輸電，相較于眾多不同電流，直流電具有無感抗、容抗、無同步問題等多項優(yōu)勢，能夠充分支持HVDC技術(shù)在輸電環(huán)節(jié)中的應(yīng)用。當前，HVDC技術(shù)最為常用的輸電項目為海底電纜輸電，具體輸電過程主要由3大步驟組成。首先，換流變壓器將發(fā)電機發(fā)出的電能進行升壓，并將升壓后的電能傳送至晶閘管整流器中；然后，晶閘管整流器在接收到高壓電能后，將其轉(zhuǎn)換為高壓直流，并通過直流輸電線路傳送至電能接收端中；最終，利用晶閘管逆變器將接收端中的直流電能轉(zhuǎn)換為交流電能，由變壓器進行降壓處理后進行相應(yīng)配送。相較于高壓交流點技術(shù)，HVDC技術(shù)不僅更具遠距離輸電優(yōu)勢，而且在應(yīng)用過程中對輸電系統(tǒng)的控制也更加便捷，能夠?qū)㈦娏ο到y(tǒng)穩(wěn)定性提高至一定水準。

3 FACTS技術(shù)在輸電線路中的應(yīng)用

3.1 FACTS技術(shù)簡介

FACTS柔性交流輸電技術(shù)是一種起源于1980年的輸電技術(shù)，能夠起到增大電力電子元件單件功率以及提高電力傳輸性能的作用。在實際應(yīng)用過程中，F(xiàn)ACTS技術(shù)主要通過在電力電子技術(shù)的基礎(chǔ)上，引入現(xiàn)代控制技術(shù)，達到增強輸電系統(tǒng)阻抗能力、電壓調(diào)控能力的目的。同時，F(xiàn)ACTS技術(shù)還具備控制交流輸電功率潮流的能力。由此可見，對于電力輸電環(huán)節(jié)而言，F(xiàn)ACTS技術(shù)不僅能夠起到提高輸電系統(tǒng)穩(wěn)定性的作用，還能降低電力系統(tǒng)事故發(fā)生率[4]。

3.2 FACTS技術(shù)的應(yīng)用

FACTS技術(shù)在應(yīng)用至輸電線路過程中，主要利用大功率電力電子器件達到優(yōu)化輸電環(huán)節(jié)的目的。由于大功率電力電子器件具備極強的快速響應(yīng)能力，F(xiàn)ACTS技術(shù)對其加以應(yīng)用可實現(xiàn)對各節(jié)點電壓的平滑控制，如有功潮流、無功潮流等。利用FACTS技術(shù)，可實現(xiàn)在不破壞電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上，最大程度改善電壓質(zhì)量，從而達到降低電能損耗以及投資成本的目的。FACTS技術(shù)技術(shù)發(fā)展至今，已由最初的基于自換相半控器件發(fā)展成為基于可關(guān)斷器件變流器，能夠為電力輸電事業(yè)起到支持作用。

4 Custom Power技術(shù)在輸電線路中的應(yīng)用

4.1 Custom Power技術(shù)簡介

Custom Power定制電力技術(shù)出現(xiàn)于20世紀后期，是一種由美國電力研究協(xié)會（Electric Power Research Institute，EPRI）所提出的電力電子技術(shù)。Custom Power技術(shù)在應(yīng)用至電力輸電線路時，將起到對電力質(zhì)量進行控制的作用。同時，Custom Power技術(shù)還可根據(jù)電力客戶不同需求，為其提供某些特定需要電力。對于電力企業(yè)而言，Custom Power技術(shù)是解決電能質(zhì)量各項問題的關(guān)鍵技術(shù)。Custom Power技術(shù)在應(yīng)用過程中，主要將用戶電力需求為基礎(chǔ)，本著電力可靠性原則及電能質(zhì)量要求，通過采用大功率電力電子技術(shù)和配電自動化技術(shù)結(jié)合的方式，實現(xiàn)對用戶需求電力的配置。

4.2 Custom Power技術(shù)的應(yīng)用

Custom Power技術(shù)在輸電線路應(yīng)用過程中，旨在解決輸電線路中存在的電壓跌落問題。據(jù)相關(guān)電能質(zhì)量報告表明，在當前發(fā)生的眾多配電事故中，電壓跌落是發(fā)生概率最大的事故。同時，電壓跌落事故發(fā)生時，不僅會給社會造成極大的經(jīng)濟損失，情況嚴重者還將對人們生命安全造成威脅。電壓跌落事故產(chǎn)生的主要原因在于電壓的不穩(wěn)定。由此可見，電壓跌落是當前電力輸電環(huán)節(jié)中面臨的重大問題，若不及時加以解決，將造成不可預(yù)計的嚴重后果。Custom Power技術(shù)在輸電線路的實際應(yīng)用時，主要利用大功率可關(guān)斷電力電子器件，比如IGBT，IGCT等，以及數(shù)字信號處理測控技術(shù)（Digital Signal Processing，DSP），對輸電系統(tǒng)中供電電壓進行動態(tài)調(diào)節(jié)，并且針對部分電壓驟降現(xiàn)象進行相應(yīng)補償，以此提高電力輸電環(huán)節(jié)的電壓穩(wěn)定性，避免出現(xiàn)由電壓不穩(wěn)而引發(fā)的電壓跌落事故[5]。

5 結(jié)語

綜上所述，電力輸電環(huán)節(jié)是實現(xiàn)新興能源可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。針對當前在電能輸送方面存在的種種問題，皆可利用先進電力電子技術(shù)得以解決。通過上文對電力電子技術(shù)在輸電線路應(yīng)用的分析后可了解，HVDC，F(xiàn)ACTS以及CustomPower能夠在現(xiàn)有電力輸電系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，起到提高電力輸電能力的關(guān)鍵作用。同時，HVDC還能應(yīng)用至長距離、大容量輸電項目中，對部分電力資源配置進行優(yōu)化，從而提高電力輸電穩(wěn)定性降低電能損耗。另外，Custom Power技術(shù)具備防止電壓跌落事故能力，能夠提高當前輸電質(zhì)量。

[參考文獻]

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[2]陳建軍.電力系統(tǒng)中的電力電子技術(shù)[J].電子技術(shù)與軟件工程，2017（5）：245.

[3]劉乃桓.柔性輸電技術(shù)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用分析[J].科技經(jīng)濟市場，2017（12）：25-27.

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