柔性直流輸電系統(tǒng)的技術(shù)特點與應用研究

范可

摘要：大容量、遠距離輸電已經(jīng)成為我國電網(wǎng)發(fā)展的趨勢，而直流輸電技術(shù)在大容量、遠距離輸電中占有極其重要的地位。開展高壓直流輸電的前沿技術(shù)研究，對我國電網(wǎng)的建設和安全穩(wěn)定運行均具有重要的意義。簡要介紹了輸電技術(shù)的發(fā)展概況，重點討論了直流高壓輸電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、直流輸電的優(yōu)點及其發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞：柔性直流輸電，可靠性，發(fā)展方向

1高壓直流輸電技術(shù)

特高壓直流輸電技術(shù)問題，不僅是中國電網(wǎng)前所未有的而且是世界電網(wǎng)發(fā)展史中前所未有的，面臨一些世界級難題。在經(jīng)濟全球化背景下，開展高壓直流輸電的技術(shù)問題研究，解決高壓直流輸電技術(shù)和交直流混合電網(wǎng)運行中的難題，不僅對我國電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行具有重要的意義，而且將為世界電網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展做出貢獻。

直流輸電技術(shù)的特點是輸送的功率大小、方向可以快速控制和調(diào)節(jié)，直流輸電系統(tǒng)接入不會增加原有電力系統(tǒng)的短路容量，利用直流調(diào)制，可以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定水平，直流的一個極發(fā)生故障，另一個極可以繼續(xù)運行，且可利用其過負荷能力，減少單極故障下的輸送功率損失，遇到可能發(fā)生污閃的惡劣天氣，可以采用降壓運行來保障電力傳輸，另外，直流架空線路走廊寬度約為同名電壓等級交流線路的一半，且能輸送更大容量，更充分地利用線路走廊資源。直流輸電技術(shù)的特點決定了它在我國電網(wǎng)發(fā)展中的重要作用。

2直流輸電系統(tǒng)簡介

在直流輸電系統(tǒng)中，只有輸電環(huán)節(jié)是直流電，發(fā)電系統(tǒng)和用電系統(tǒng)仍然是交流電。在輸電線路的始端，發(fā)電系統(tǒng)的交流電經(jīng)換流變壓器升壓后，送到整流器中去。整流器的主要部件是可控硅變流器和進行交直流變換的整流閥，它的功能是將高壓交流電變?yōu)楦邏褐绷麟姾?，送入輸電線路。直流電通過輸電線路送到逆變器中。逆變器的結(jié)構(gòu)與整流器相同而作用剛好相反，它把高壓直流電變?yōu)楦邏航涣麟?。再?jīng)過換流變壓器降壓，交流系統(tǒng)的電能就輸送到了交流系統(tǒng)中。在直流輸電系統(tǒng)中，通過改變換流器的控制狀態(tài)，也可以把交流系統(tǒng)中的電能送到直流系統(tǒng)中去。

2.直流輸電系統(tǒng)優(yōu)勢

2.1直流輸電建造經(jīng)濟性更高

在保證輸送功率的條件下，直流架空線只需正負極2根導線，桿塔結(jié)構(gòu)更簡單、輸電走廊要求更窄、造價更低;電纜用于直流時比用于交流時允許工作電壓高約3倍。在損耗方面，直流線路電暈年損耗約為交流線路的50%～65%，惡劣氣候下?lián)p耗比交流小得多。由于集膚效應，大截面交流有效電阻比直流電阻略大，也增大了損耗。更重要的是，直流輸電不存在交流輸電中電容電流引起的沿線電壓分布不均勻現(xiàn)象，不需裝設并聯(lián)電抗器，不僅更適合大容量遠距離輸電，而且大幅減少了年運維費用。在相同輸送容量條件下比較交直流輸電走廊。

2.2直流輸電不存在穩(wěn)定性問題

交流線路輸送功率受靜穩(wěn)極限限制，需采取串補、快速切故障及重合閘、增加線路回數(shù)、強勵等提高靜穩(wěn)能力的措施。直流輸電則隔離兩端交流系統(tǒng)，不存在穩(wěn)定問題，可以實現(xiàn)異步聯(lián)網(wǎng)，不增加被聯(lián)電網(wǎng)的短路容量，不會因此引起投資增加。直流輸電運行可控性、靈活性和可靠性更高有功、無功功率均由控制系統(tǒng)控制，并且可利用來改善交流系統(tǒng)性能。在建設過程中可分期建設投運，可利用大地這個良導體作為回路，電阻率低、損耗小、運行費用低。雙極直流輸電系統(tǒng)中，大地作為備用導線，雙極中的每個極都可獨立運行，一極發(fā)生故障，可轉(zhuǎn)為單極運行。

2.3直流輸電偏磁問題

由于將大地作為回路，高壓直流輸電工程接地極附近長期存在的直流電流會對金屬構(gòu)件、管道、電纜等造成電腐蝕，而且會通過中性接地點流入附近交流變壓器引起飽和現(xiàn)象。同時，通訊、航海磁性羅盤等也會受到干擾。目前直流偏磁這一課題也隨著高壓直流輸電技術(shù)的推廣應用日益受到關(guān)注。相比于交流輸電利用交流斷路器進行電網(wǎng)故障隔離，目前高壓直流輸電系統(tǒng)中因為直流電流無過零息弧點缺少直流斷路器。這一問題導致高壓直流輸電系統(tǒng)無法進一步擴展成直流電網(wǎng)。目前，中國已經(jīng)開始在直流斷路器研制方面取得一定成效。

3柔性直流輸電技術(shù)的概述

柔性直流輸電在目前還是一項正在發(fā)展中的技術(shù)，它遠不如交流輸電那樣成熟和定型，但是，隨著電力電子和微電子技術(shù)的發(fā)展，尤其是新型大功率半導體器件的發(fā)展，直流輸電換流技術(shù)將會得到進一步提高，這必將改進直流輸電工程的運行性能，降低換流站的造價，提高其運行可靠性，從而擴展其在我國的應用范圍。

3.1柔性直流輸電技術(shù)概念

柔性直流輸電技術(shù)是由加拿大的科學家開發(fā)出來的。這是一種由電壓源換流器、自關(guān)斷器和脈寬調(diào)制器所共同構(gòu)成的直流輸電技術(shù)。作為一種新型的輸電技術(shù)，該技術(shù)不僅可以向無源網(wǎng)絡進行供電，還不會在供電的過程中出現(xiàn)換相失敗的現(xiàn)象[3]。在實際使用的過程中，換相站之間不會直接依賴于多端直流系統(tǒng)進行運作。柔性直流輸電技術(shù)屬于一類新型的直流輸電技術(shù)。雖然在結(jié)構(gòu)上和高壓輸電技術(shù)相類似。但是整體結(jié)構(gòu)仍然是由換流站和直流輸電線路構(gòu)成的。

3.2柔性直流輸電的特點

柔性直流輸電是由高壓直流輸電改造而來的。應該說在技術(shù)性和經(jīng)濟性方面都有很大的改善。具體來說，柔性直流輸電技術(shù)內(nèi)部的特點可以表現(xiàn)為如下幾個方面：

在運用柔性直流輸電技術(shù)的過程中，如果能夠有效地采用模塊化設計的技術(shù)，其生產(chǎn)和安裝調(diào)試的周期都會最大限度地縮短。與換流站有關(guān)的設備都能夠在安裝和使用的過程中完成各項試驗。柔性直流輸電技術(shù)內(nèi)部的VSC換流器是以無源逆變的方式存在的。在使用的過程中可以向容量較小的系統(tǒng)或者不含旋轉(zhuǎn)機電的系統(tǒng)內(nèi)部進行供電。柔性直流輸電技術(shù)在使用的過程中都伴隨有有功潮流和無功潮流，整個柔性直流輸電系統(tǒng)可以有效地實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)。換流器不需要經(jīng)常實現(xiàn)通信聯(lián)絡。這也就在很大程度上減少了投資、運行和維護的費用。整個柔性直流輸電技術(shù)內(nèi)部的VSC換流器可以有效地減弱產(chǎn)生的諧波，并減少大家對功率的要求。一般情況下，只需要在交流母線上先安裝一組高質(zhì)量的濾波器，就可以有效地滿足諧波的要求。目前，多數(shù)無功補償裝置內(nèi)部的容量也不斷地減少。即便不裝換流變壓器，內(nèi)部的開關(guān)也可以更好地被簡化。

3.3柔性直流輸電技術(shù)的戰(zhàn)略意義

目前，柔性直流輸電技術(shù)在智能電網(wǎng)中一直都發(fā)揮著重要的作用。一般來說，柔性直流輸電技術(shù)可以有效地助力于城市電網(wǎng)的增容改造和交流系統(tǒng)內(nèi)的互聯(lián)措施。目前，多數(shù)柔性直流輸電技術(shù)也在大規(guī)模風電場建設的過程中發(fā)揮出了較好的技術(shù)優(yōu)勢。如果大面積地選擇柔性直流輸電技術(shù)，將會在很大程度上改變電網(wǎng)的發(fā)展格局。但是，相關(guān)的專業(yè)人員還需要有效地研究如何更好地建設大規(guī)模和高電壓的架空線路。并在使用的過程中對混合結(jié)構(gòu)的直流輸電網(wǎng)絡形成挑戰(zhàn)。在今后，大家可以通過更有效地研究來將柔性直流輸電技術(shù)并入大規(guī)模的風電場內(nèi)部，這樣就能夠更好地提高供電網(wǎng)絡的可靠性，并有效地緩解用電需求量較大的電網(wǎng)的壓力。

4結(jié)論

我國柔性直流輸電技術(shù)在結(jié)構(gòu)和規(guī)模方面從實際運行的過程來看，我國國家電網(wǎng)運送的能力與國際上處于較先進的水平，其能夠產(chǎn)生較高的經(jīng)濟效益。本文先對高壓直流輸電技術(shù)進行分析，之后再有效地對柔性直流輸電技術(shù)進行探究，柔性直流技術(shù)應用于遠距離輸電或電網(wǎng)背靠背聯(lián)網(wǎng)，對于交流故障時低電壓過渡能力大大增強，可以給近區(qū)電網(wǎng)提供動態(tài)無功支持，可降低未來復雜大電網(wǎng)的運行風險。

參考文獻

[1]田淑娟.分布式光伏發(fā)電柔性輸電技術(shù)研究[J].科技探索，2016，8.

[2]張善福.柔性直流輸電非線性控制策略研究及仿真分析[J].高電壓技術(shù)，2017，5.

[3]李廣凱.幾種特殊輸電方式的分析比較和展望[J].中國電力，2017，9.