輕型高壓直流輸電技術(shù)的發(fā)展與展望

南方電網(wǎng)國際有限責(zé)任公司 唐書欣

隨著科技的發(fā)展，我國的輸電技術(shù)也在不斷發(fā)展，輕型高壓直流輸電技術(shù)的出現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)了高效發(fā)電的目標(biāo)，這種新型的輸電技術(shù)操作靈活，可以有效的保證供電的電量，擁有很大的經(jīng)濟(jì)效益。

輕型高壓直流輸電技術(shù)的來源

隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，我國用電量也在不斷的上升，增加了用電的負(fù)荷，以往我國通過空中輸電的線路趨于飽和，如果再進(jìn)行新的空中輸電線路會(huì)影響周圍的環(huán)境，且再進(jìn)行空中輸電線路的建設(shè)會(huì)增加用電成本，在這些問題的影響下，增加了我國空中輸電線路建設(shè)的困難程度。面對(duì)這一困難，國外嘗試了一些新的解決方案，瑞典的一家輸電公司研發(fā)出了輕型高壓直流輸電技術(shù)，該技術(shù)可有效解決空中輸電線路建設(shè)的問題。輕型高壓直流輸電技術(shù)是目前最靈活、質(zhì)量最高、最節(jié)省成本的一種輸電方式，在瑞典以及國外很多的國家開始投入使用，在使用的過程中很大限度的保證了輸電的安全與質(zhì)量。

輕型高壓直流輸電技術(shù)的研發(fā)主要是運(yùn)用了國際最新的一種電子技術(shù)——電力電子技術(shù)，通過電力電子技術(shù)能達(dá)到交流電與直流電的轉(zhuǎn)換，且相互之間可以進(jìn)行傳輸。采用了一種可以隨意開始與斷開的絕緣柵雙極晶體管來進(jìn)行輸電操作，配合全新的電壓源換流器技術(shù)，使得在輸電過程中可以非常的靈活且方便，可隨時(shí)調(diào)節(jié)與控制輸電過程中的環(huán)節(jié)，達(dá)到既環(huán)保有節(jié)省成本的目的。

輕型高壓直流輸電技術(shù)簡介

一、電壓源換流器技術(shù)

以往的輸電工作中都是依靠可編程計(jì)算機(jī)控制器技術(shù)來進(jìn)行輸電，屬于高壓直流輸電，這種輸電技術(shù)已滿足不了目前人們的用電需求，電壓源換流器技術(shù)的誕生已基本取代了以往輸電技術(shù)。以往的輸電技術(shù)需利用兩個(gè)控制元件，一個(gè)控制開流、一個(gè)控制斷流，比較麻煩，如今的電壓源換流器技術(shù)可實(shí)現(xiàn)雙控制，利用絕緣柵雙極晶體管可隨時(shí)進(jìn)行輸電與斷電，增加了輸電的便利性與靈活性。以往的輸電技術(shù)只能單方面通過可編程計(jì)算機(jī)控制器技術(shù)來控制輸電，然后借助其他的方式來進(jìn)行斷電，斷電要實(shí)現(xiàn)很多的前提條件，在一定條件下才能做到斷電，這種輸電技術(shù)需要的成本過高，使用難度系數(shù)大，不適用與如今的用電需求。

電壓源換流器技術(shù)可解決這些問題，該技術(shù)所采用的絕緣柵雙極晶體管是全功能的功率器件，可自由控制輸電與斷電，且不需要進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接，電壓源換流器由絕緣柵雙極晶體管閥橋、換流控制器、換流電抗器、直流電容及交流濾波器組成。絕緣柵雙極晶體管閥橋的基本形式是1個(gè)兩電平三相拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，有6個(gè)閥，每個(gè)閥里并聯(lián)1個(gè)絕緣柵雙極晶體管，每個(gè)絕緣柵雙極晶體管反并聯(lián)一個(gè)二極管，通過換流控制器的光纖連接可實(shí)現(xiàn)每個(gè)絕緣柵雙極晶體管的開斷。換流器的容量決定于流過它的最大電流和電壓，換流器的無功容量可以與有功容量進(jìn)行交換（圖1）。

圖1 有功與無功功率的交換與結(jié)合

二、脈寬調(diào)制技術(shù)

脈寬調(diào)制技術(shù)可控制電路的的開關(guān)器件，以便更好的進(jìn)行輸電與斷電，該技術(shù)依靠絕緣柵雙極晶體管全功能的功率器件來實(shí)現(xiàn)靈活的控制。脈寬調(diào)制技術(shù)可使輸電的一端實(shí)現(xiàn)電幅值相等但寬度不等的脈沖，這些脈沖可直接替代所需要的波形，實(shí)現(xiàn)這些波形需在直流電壓間產(chǎn)生交流電，這就必須要進(jìn)行快速的切換，當(dāng)切換達(dá)到一定的頻率就可把直流電轉(zhuǎn)換成交流電，再通過交流低通濾波器形成所需要的電壓來完成輸電，這種輸電方式可直接改變直流電與交流電的電壓，實(shí)現(xiàn)有功與無功的獨(dú)立調(diào)節(jié)，隨時(shí)靈活的進(jìn)行變化，不需以往的換流變壓器，節(jié)省空間。

三、輕型高壓直流換流站

輕型高壓直流輸電技術(shù)對(duì)于一些輔助設(shè)備的使用需求較少，因此輕型高壓直流換流站只需一個(gè)變壓器來保證換流電壓的有效接地，不需要其他額外的建設(shè)，減少了很多其他建設(shè)的占地面積，既節(jié)省空間又節(jié)省成本。一個(gè)六十五兆伏安容量的輕型高壓直流輸電換流站只需占地約八百平方米，一個(gè)兩百五十兆伏安的輕型高壓直流輸電換流站只需約三千平方米。這種占地面積要遠(yuǎn)低于以往高壓直流換流站的占地面積，且輕型高壓直流換流站使用的大多是地下電纜，在外觀上沒有額外的影響，也不會(huì)產(chǎn)生不必要的電磁場干擾附近的環(huán)境，這種建設(shè)非常的環(huán)保。但最需要注意的一點(diǎn)是要保證電流間的絕緣，防止出現(xiàn)安全事故。

四、輕型高壓直流輸電電纜

輕型高壓直流輸電電纜依靠絕緣水平來進(jìn)行輸電的絕緣保護(hù)，這種電纜能做到最好的絕緣效果，在輸電過程中保證輸電的安全性與質(zhì)量。輕型高壓直流輸電電纜的絕緣壁較薄，沒有以往電纜的絕緣壁厚，非常的輕巧、便捷，傳輸?shù)娜萘恳脖纫酝碾娎|大，可保證輸電的容量。輕型高壓直流輸電電纜可埋在地下、可架在空中也可放在海底，可運(yùn)用性非常強(qiáng)。

輕型高壓直流輸電技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r

一、已建成的輕型高壓直流輸電工程

輕型高壓直流輸電工程是1997年瑞典建立的，在建立之后就投入使用，成功使用后世界各國開始進(jìn)行建設(shè)，目前全世界已有7個(gè)建設(shè)成功的輕型高壓直流輸電線路，且每一個(gè)都正在使用。輕型高壓直流輸電技術(shù)有著很多的優(yōu)點(diǎn)，在運(yùn)用上非常的方便，改正了以往輸電線路的笨重與復(fù)雜。

在輸電質(zhì)量上。輕型高壓直流輸電技術(shù)可獨(dú)立自由的切換直流電與交流電，且能保持電壓的穩(wěn)定，滿足了人們對(duì)于大量電力的需求，同時(shí)也防止了以往用電傳輸中會(huì)產(chǎn)生的一些運(yùn)輸污染，保證了運(yùn)輸電量的質(zhì)量；節(jié)省用電資源。該技術(shù)是運(yùn)用一些可再生資源站的發(fā)電來進(jìn)行輸電，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)距離的輸電，輸電的容量大、效率高，傳輸可再生資源站所發(fā)的電量有效的保護(hù)了我國的用電資源，實(shí)現(xiàn)了環(huán)保的價(jià)值；無需連接互聯(lián)網(wǎng)。該技術(shù)可實(shí)現(xiàn)輸電的開始與斷開，無需連接網(wǎng)絡(luò)，且在輸電的過程中所需的輔助設(shè)備較少，節(jié)省了很多空間。

偏遠(yuǎn)地區(qū)也能進(jìn)行供電。該技術(shù)傳輸功率較高，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的監(jiān)控，無需人工進(jìn)行細(xì)節(jié)的監(jiān)管，能實(shí)現(xiàn)一些偏遠(yuǎn)地區(qū)的輸電要求，無需建設(shè)一些供電裝備，減少了供電的建設(shè)成本與維修費(fèi)用，增加了供電運(yùn)輸?shù)慕?jīng)濟(jì)效益；可以實(shí)現(xiàn)城市的全面用電掌控。目前城市所建設(shè)的高壓電纜已超過了負(fù)荷，沒有辦法再進(jìn)行建設(shè)，繼續(xù)建設(shè)會(huì)破壞周圍的環(huán)境、也會(huì)給供電系統(tǒng)造成壓力。不過輕型高壓直流輸電技術(shù)可解決這一問題，其建設(shè)的空間小且傳輸?shù)娜萘看?，可?shí)現(xiàn)整個(gè)城市的用電量傳輸，并且絕緣性能好、能防止出現(xiàn)一些供電事故的產(chǎn)生，保證供電安全。

二、輕型高壓直流輸電技術(shù)的發(fā)展方向

輕型高壓直流輸電技術(shù)是目前最先進(jìn)的輸電技術(shù)，世界各國都非常重視，并都在投入研究當(dāng)中。在不斷的研究與發(fā)展中，可有效提升輕型高壓直流輸電技術(shù)的運(yùn)輸容量，在運(yùn)輸轉(zhuǎn)換方面也可變得更加快捷與便利，這些都將會(huì)是輕型高壓直流輸電技術(shù)進(jìn)一步研究的重點(diǎn)。輕型高壓直流輸電技術(shù)最新的研究當(dāng)中，正在以三電平換流器來取代兩電平換流器，以此來增加輸電的容量，滿足更多的用電需求，并能使整個(gè)輸電過程更加的穩(wěn)定與安全，在保證質(zhì)量與效率的同時(shí)還要保證安全，安全是輸電工作的核心。該技術(shù)的研究還要以更加便捷為主，最大限度的減少輸電設(shè)施的體積，減少輸電的成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。

總而言之，輕型高壓直流輸電技術(shù)有著效率高、使用靈活、環(huán)保等特點(diǎn)，可有效改善我國的輸電質(zhì)量，保證用電安全，減少我國的用電成本。本文還有不足之處，希望可以幫助輕型高壓直流輸電技術(shù)更好的發(fā)展。