田葉+詹悅+劉遠(yuǎn)

摘 要：高壓直流輸電技術(shù)是電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中重要的應(yīng)用領(lǐng)域。相對(duì)于高壓交流輸電，高壓/特高壓直流輸電具有輸送距離遠(yuǎn)、輸送容量大、損耗低的特點(diǎn)。我國(guó)能源資源與用電需求在地理分布上不均衡，能源輸送距離和規(guī)模逐年增加，對(duì)電力傳輸優(yōu)化提出了迫切的需求。本文就電力電子技術(shù)在高壓直流輸電上的應(yīng)用進(jìn)行了介紹。

關(guān)鍵詞：電力電子技術(shù)，高壓輸電，應(yīng)用

1 概述

隨著電子電力技術(shù)的不斷發(fā)展，以靈活交流輸電（flexible AC transmissionsystem，F(xiàn)ACTS）技術(shù)、高壓直流輸電（high voltageDC，HVDC）技術(shù)、定制電力（custom power）技術(shù)和能量轉(zhuǎn)換技術(shù)為代表的先進(jìn)電力電子技術(shù)越來(lái)越廣泛地應(yīng)用到我國(guó)電網(wǎng)中，它是建設(shè)統(tǒng)一智能電網(wǎng)的重要基礎(chǔ)和手段。加強(qiáng)先進(jìn)電力電子技術(shù)的科技進(jìn)步，是保證我國(guó)電網(wǎng)長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展的重要戰(zhàn)略任務(wù)。

2 電力電子技術(shù)與電力系統(tǒng)

20世紀(jì)50年代，伴隨小體積、低耗能晶閘管和電力二極管的出現(xiàn)，電力電子技術(shù)開始應(yīng)用在電力系統(tǒng)。在晶閘管的基礎(chǔ)上，發(fā)展產(chǎn)生的硅整流可控裝置，實(shí)現(xiàn)了電力系統(tǒng)發(fā)展的重大跨越，電力系統(tǒng)正式進(jìn)入到有電力電子技術(shù)構(gòu)成的變流器控制時(shí)代，逐步取代了老式貢弧整流器。

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步發(fā)展，電力系統(tǒng)也發(fā)揮著更為重要的作用，在電力系統(tǒng)的應(yīng)用規(guī)模逐步擴(kuò)大的同時(shí)，能源的大量燃燒消耗也給自然環(huán)境的帶來(lái)更大的破壞，因此未來(lái)的發(fā)展對(duì)可持續(xù)化的要求越來(lái)越高，有效、高效、合理的利用電力能源至關(guān)重要。

3 電力電子技術(shù)與電力輸送

電力電子技術(shù)在輸電環(huán)節(jié)的應(yīng)用常用的輸電方式有直流輸電技術(shù)與柔性交流輸電技術(shù)兩種.無(wú)論是哪種輸電技術(shù).在輸電的過程中都或多或少地利用了電力電子技術(shù)。直流輸電與交流輸電各有各的優(yōu)缺點(diǎn).直流輸電因其極具穩(wěn)定性、便于控制等特點(diǎn)。經(jīng)常用于遠(yuǎn)距離的輸電。在我國(guó)對(duì)于電力電子技術(shù)有了一定的研究基礎(chǔ)之后.就用晶閥管換流閥代替了原來(lái)在直流輸電中運(yùn)用的汞弧閥換流器.簡(jiǎn)化了直流輸電的設(shè)備器件.解決了在輸電過程中耗費(fèi)資金巨大的問題。

4 高壓直流輸電技術(shù)

直流的高壓輸電采納了如下途徑：交流電從電廠發(fā)出，經(jīng)過換流器后，整流可得輸出的直流電。在這之后，受電端接納了輸入進(jìn)來(lái)的直流電，逆變器可變換原先的直流電而后輸送交流電。針對(duì)于較大容量、異步聯(lián)網(wǎng)及距離較長(zhǎng)的用戶送電，都可選取如上的輸電途徑。架空輸電借助于直流電路，這類電路減低了總成本，縮減損耗且確保了穩(wěn)定。在額定頻率下，電纜輸電采納了互聯(lián)性的新式電網(wǎng)，更能便于海底及地下特定的輸電。在擴(kuò)建及增容時(shí)，分級(jí)構(gòu)建的電力體系也更便利了潮流控制。

5 直流輸電技術(shù)新發(fā)展

5.1 多端HVDC

HVDC系統(tǒng)可分為兩端HVDC系統(tǒng)和多端HVDC系統(tǒng)兩大類。背靠背HVDC系統(tǒng)是兩端HVDC系統(tǒng)的一個(gè)特例，即其直流輸電線長(zhǎng)度為零，主要用于系統(tǒng)間的非同步聯(lián)網(wǎng)。多端HVDC是由2個(gè)以上換流站通過直流線路相互聯(lián)結(jié)所組成的HVDC系統(tǒng)。嚴(yán)格來(lái)講，多端HVDC并不是一個(gè)新的概念，其基本原理早在20世紀(jì)60年代中期就已被闡述，但直到現(xiàn)在，絕大多數(shù)的HVDC工程均為只有一個(gè)整流站和一個(gè)逆變站的兩端HVDC系統(tǒng)，真正的多端HVDC系統(tǒng)世界上只有意大利-撒丁島（Italy-Sardinia，三端）和魁北克-新英格蘭（Quebec-NewEngland，五端）兩個(gè)。阻礙多端HVDC發(fā)展的主要原因是其控制保護(hù)技術(shù)復(fù)雜和高壓直流斷路器制造困難。

5.2 LTT的應(yīng)用

目前大多數(shù)HVDC系統(tǒng)換流器的基本組成元件為ETT（電觸發(fā)晶閘管）。這種換流器是在低電位將觸發(fā)脈沖轉(zhuǎn)換為光脈沖，通過光導(dǎo)纖維傳送到高電位，再在高電位將光脈沖轉(zhuǎn)換為電脈沖，然后送到每個(gè)晶閘管的控制極對(duì)其進(jìn)行控制。這種觸發(fā)方式比較復(fù)雜，故障率較高。由LTT 組成的換流器可直接用光脈沖對(duì)晶閘管實(shí)施控制，不需在高電位再將光脈沖轉(zhuǎn)換為電脈沖，從而使觸發(fā)系統(tǒng)得到簡(jiǎn)化，故障率降低。

5.3 輕型HVDC

大功率電力電子器件，例如IGBT，IGCT的發(fā)展使得電壓源型（VSC HVDC）技術(shù)成為可能，ABB在世界上首先提出了HVDC Light技術(shù)，并已經(jīng)得到實(shí)際應(yīng)用，目前在瑞典、法國(guó)、挪威等多國(guó)建立了HVDC Light工程。西門子的HVDCplus（plus=Power link universal systems）也是類似技術(shù)，另外還有名稱為Self-Commutated Converter（自勵(lì)式換流站）。這種自勵(lì)式換流站技術(shù)分為兩種：電壓源型自勵(lì)式換流裝置；電流源型自勵(lì)式換流裝置。 第一種交流輸出電壓為方波，第二種輸出電流為方波，電流源型不同于電壓源型的特點(diǎn)在于潮流反向時(shí)電壓極性必須改變。

5.4 電容換相換流器（CCC）

針對(duì)傳統(tǒng)直流輸電缺陷，如消耗無(wú)功過大缺點(diǎn)，發(fā)展了人工換相技術(shù)，使換流站工作在α，γ≤0情況下，有效克服這一缺點(diǎn)。實(shí)現(xiàn)人工換相方案很多，傳統(tǒng)做法有串連電容器換相技術(shù)（CCC-Capacitor Commutated Converter），最新的發(fā)展有采用可控串聯(lián)電容器的換流器技術(shù)（CSCC-Capacitor Series Commutated Converter）。

CCC/CSCC基本思想是用串連的電容器來(lái)補(bǔ)償換流器的無(wú)功消耗。與傳統(tǒng)直流輸電相比，CCC/CSCC具有如下技術(shù)特點(diǎn)：

1. 提高換流器功率因數(shù)。主要是因?yàn)橛捎诓捎么?lián)電容器，只要選擇了合適的電容器，CCC/CSCC能夠保證很高的功率因數(shù)，同時(shí)也具有很高的換相可靠性；

2. 降低甩負(fù)荷時(shí)的過電壓。CCC/CSCC所需的無(wú)功功率主要由串聯(lián)電容補(bǔ)償，而串聯(lián)電容所產(chǎn)生的無(wú)功可以隨負(fù)載增減，從而有效降低甩負(fù)荷時(shí)產(chǎn)生的過電壓；

3. 能夠有效地降低受端交流系統(tǒng)故障時(shí)逆變器換相失敗的可能性；

4. 提高HVDC運(yùn)行穩(wěn)定性。主要是由于CCC/CSCC直流電壓隨直流電流下降的斜率要比傳統(tǒng)PCC技術(shù)小的多，所以，它的最大傳輸功率要比傳統(tǒng)直流輸電大的多，提供比傳統(tǒng)直流輸電大的穩(wěn)定裕度；

6 存在的問題及解決辦法

電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用已經(jīng)取得了較大進(jìn)展，但是現(xiàn)階段還沒有健全的大規(guī)模應(yīng)用電力電子裝置的可靠性、經(jīng)濟(jì)性評(píng)估體系。如何評(píng)價(jià)大規(guī)模應(yīng)用電力電子裝置時(shí)的電網(wǎng)適應(yīng)性與電力電子裝置帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益成為一個(gè)亟待解決的問題。安全使用電力電子技術(shù)是智能電網(wǎng)的重要課題，由于大量采用電力電子換流技術(shù)，所以在系統(tǒng)中發(fā)生了諧波不穩(wěn)定和同步電機(jī)自激扭振或次同步諧振問題，這是電力電子和HVDC系統(tǒng)的關(guān)鍵問題之一，國(guó)內(nèi)也已開始了相關(guān)的研究工作。

7 總結(jié)

智能電網(wǎng)是一個(gè)互動(dòng)系統(tǒng)，對(duì)于系統(tǒng)變化、用戶需求和環(huán)境變更的要求，電網(wǎng)要有最佳的反應(yīng)和適應(yīng)能力，而電力電子技術(shù)是使電網(wǎng)迅速反應(yīng)并采取相應(yīng)措施的有力手段。當(dāng)前，我國(guó)電網(wǎng)中的先進(jìn)電力電子技術(shù)通過多種形式的自主創(chuàng)新，已在HVDC、FACTS等相關(guān)產(chǎn)業(yè)中形成培育點(diǎn)，在提高電網(wǎng)輸配電能力、改善電網(wǎng)電能質(zhì)量、降低故障損失及縮短故障后恢復(fù)時(shí)間方面取得了一些成果。未來(lái)智能電網(wǎng)的建設(shè)發(fā)展，勢(shì)必對(duì)先進(jìn)電力電子技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展提出新的需求[1]。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張文亮，湯廣福，查鯤鵬，賀之淵.先進(jìn)電力電子技術(shù)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2010，30（2）：1-7endprint