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        試析高壓直流供電技術(shù)及其應(yīng)用前景

        2017-12-12 19:56:12崔祎耿俊秋
        科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2017年34期
        關(guān)鍵詞:應(yīng)用前景優(yōu)勢

        崔祎+耿俊秋

        摘 要:針對高壓直流供點(diǎn)技術(shù)及其應(yīng)用前景,結(jié)合理論實(shí)踐,在簡要闡述高壓直流供電技術(shù)相關(guān)概述和優(yōu)勢的基礎(chǔ)上,分析了高壓直流供電技術(shù)的應(yīng)用前景,最后通過深入分析,得出高壓直流供電技術(shù)對提高電力運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性有重要意義的結(jié)論,希望對相關(guān)單位有些許參考價(jià)值。

        關(guān)鍵詞:高壓直流供電技術(shù);優(yōu)勢;應(yīng)用前景

        中圖分類號:TM721 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號:2095-2945(2017)34-0149-02

        引言

        我國是在1882年開始應(yīng)用直流供電的方式來輸送電能,隨著我國科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,直流供電技術(shù)取得了快速發(fā)展,本文基于高壓直流供電技術(shù)的優(yōu)勢,對其具體的應(yīng)用前景做了如下分析。

        1 高壓直流供電技術(shù)相關(guān)概述

        一套完善的高壓直流供電系統(tǒng)主要由:換流器、換流變壓器、平波電抗器、交流濾波器、直流避雷器、控制保護(hù)設(shè)備等設(shè)備共同組成。在高壓直流供電系統(tǒng)中,只有在輸電階段為直流電,而用電系統(tǒng)和發(fā)電系統(tǒng)則仍然是交流電,當(dāng)交流電經(jīng)過換流變壓器升壓以后,再重新輸送到整流器當(dāng)中。而整流器的主要部件是硅變流器,其主要功能是把高壓交流電轉(zhuǎn)變?yōu)楦邏褐绷麟?,然后再次輸送到相關(guān)電力系統(tǒng)當(dāng)中,然后進(jìn)入逆變器當(dāng)中,把在高壓直流電轉(zhuǎn)化為高壓交流電,然后再通過相關(guān)環(huán)路器進(jìn)行降壓,然后輸送到相關(guān)設(shè)備當(dāng)中。

        2 高壓直流供電技術(shù)的優(yōu)勢

        2.1 技術(shù)方面的優(yōu)勢

        2.1.1 大幅度提升了供電的可靠性和安全性

        在供電系統(tǒng)中,應(yīng)用高壓直流供電技術(shù)的主要目的是提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和可靠性。傳統(tǒng)的UPS系統(tǒng)中組件大多數(shù)為串聯(lián)關(guān)系,單體可靠性遠(yuǎn)低于單個(gè)組件的可靠性。而直流供電系統(tǒng)而言,系統(tǒng)中各個(gè)模塊通過并聯(lián)的方式相互連接,因此,不可靠性是各組件連乘結(jié)果,其總體可靠性遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于單個(gè)組件的可靠性。無論是理論計(jì)算還是實(shí)際應(yīng)用案例都表明,高壓直流供電系統(tǒng)的可靠性遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于UPS系統(tǒng)。比如:某省與2012年引進(jìn)高壓直流供電系統(tǒng),截止2016年底,一次電力系統(tǒng)癱瘓的故障也沒有發(fā)生。

        2.1.2 能耗比較低

        傳統(tǒng)UPS主機(jī)為在線雙邊換型,如果電力系統(tǒng)的負(fù)載超過50%以后,電能的轉(zhuǎn)化效率和開關(guān)電源基本一致。但是在具體應(yīng)用過程,為保證UPS系統(tǒng)的可靠性和安全性,往往采用n+1(n=1、2、3、4)的運(yùn)行方式,再加上諧波和波峰因數(shù)的影響,UPS很難滿足具體需求。很多UPS系統(tǒng)通常情況下,使用到中后期的才能達(dá)到設(shè)計(jì)負(fù)載率,而其轉(zhuǎn)換效率也只有75%~80%[1]。

        而直流電源供電技術(shù)在具體應(yīng)用過程中,采用了模塊化結(jié)構(gòu),輸入負(fù)載可以進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整,從而促使整流器模塊的負(fù)載率始終保持在較高的水平,其線損率往往在1.5%左右,大大降低了電量的損失率。

        2.1.3 大大改善了輸入?yún)?shù)

        通過大量測試發(fā)現(xiàn),UPS主機(jī)加裝12次濾波器以后,其輸入功率因數(shù)通常在0.8~0.9,最大時(shí)能達(dá)到0.95,電流諧波含量經(jīng)常在7.6%左右。

        而高壓直流供電系統(tǒng)在具體應(yīng)用過程中,如果系統(tǒng)處于額定工況下,開關(guān)整流器的輸入功率因數(shù)可以達(dá)到0.99,而電流諧波含量往往在5%以下。通過改善輸入?yún)?shù)可以大大降低前端設(shè)備的容量,也可以行之有效地降低補(bǔ)償電容的耐壓要求。

        2.2 建設(shè)投資

        大量實(shí)例表明,相比于UPS系統(tǒng),在電力系統(tǒng)中采用高壓直流供電技術(shù)能夠降低建設(shè)投資約35%~40%。采用高壓直流供電,不但可以實(shí)現(xiàn)電源系統(tǒng)的分期建設(shè),同時(shí)相關(guān)設(shè)備和模塊也可以見分期建設(shè)。就建設(shè)投資折現(xiàn)率而言,高壓直流供電方案的投資節(jié)約率明顯高于UPS系統(tǒng)[2]。

        2.3 運(yùn)維成本

        電力系統(tǒng)的運(yùn)維成本包括兩個(gè)方面:一方面電費(fèi)成本,另一方面是維修成本,在具體應(yīng)用過程中雖然轉(zhuǎn)換率的提高,高壓直流供電系統(tǒng)能夠大大降低電費(fèi)成本。同時(shí)高壓直流供電系統(tǒng)在具體應(yīng)用過程中,采用了模塊化的結(jié)構(gòu),可以隨時(shí)進(jìn)行替換,維修加個(gè)可以根據(jù)市場價(jià)格逐步調(diào)整。

        3 高壓直流供電技術(shù)的應(yīng)用前景

        3.1 高壓直流技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

        高壓直流技術(shù)在具體應(yīng)用過程中,有多種電壓可供選擇,但畢竟我國高壓直流供電技術(shù)的起步比較晚,在具體應(yīng)用過程中,極度缺乏后端設(shè)備的保障。因此,供電電壓選擇時(shí),就必須充分保證整個(gè)電力系統(tǒng)可以在不同模式下都可以運(yùn)行,目前我國高壓直流供電的標(biāo)稱電壓達(dá)成一致,比如:確定使用240V電壓等級。

        近年來,我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展,對供電電源的要求提出了更高的要求,高壓直流供電技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生,但是在具體應(yīng)用過程中,高壓直流電源的發(fā)展并不是非常順利,受到很多因素的制約。

        第一,缺乏有保障的后端設(shè)備的支持,雖熱很多試點(diǎn)中后端設(shè)備能夠滿足高壓直流供電的具體需求,但是此種電源標(biāo)準(zhǔn)并不是后端設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)電源,使得整個(gè)系統(tǒng)在具體應(yīng)用過程中往往會(huì)存在較大風(fēng)險(xiǎn),包括:技術(shù)風(fēng)險(xiǎn),高壓直流供電的后端設(shè)備有很多,存在一些設(shè)備不支持高壓直流電源的問題,因此,在具體應(yīng)用過程中,需要對相關(guān)的設(shè)備進(jìn)行檢測,必須通過實(shí)際運(yùn)行才能檢測出來,而此種檢測需要一定時(shí)間,也就是時(shí)候在檢測結(jié)果沒有出來之前,風(fēng)險(xiǎn)也就得不到有效解決。法律風(fēng)險(xiǎn),如果高壓直流供電系統(tǒng)在改變合同約定的情況下進(jìn)行運(yùn)行,運(yùn)營商就會(huì)處于不利的境地,面臨極大的風(fēng)險(xiǎn)考驗(yàn),導(dǎo)致電力的提供方和使用方都陷入法律糾紛當(dāng)中[3]。

        第二,電源系統(tǒng)定型和定量的制約。發(fā)展至今,我國高壓直流供電技還沒有相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行支持,在具體應(yīng)用過程中比較缺乏相關(guān)技術(shù)的引導(dǎo),導(dǎo)致高壓直流供電產(chǎn)品仍然沒有最終定型。

        第三,配套器對高壓直流供電技術(shù)發(fā)展的制約。在高壓直流供電系統(tǒng)中,有很多比較罕見的器件,包括:熔斷器、斷路器等保護(hù)元件。這些元件對運(yùn)行環(huán)境有很高的要求,如果處理不當(dāng)勢必會(huì)對高壓直流供電技術(shù)的發(fā)展造成嚴(yán)重限制。endprint

        3.2 高壓直流供電技術(shù)應(yīng)用的推進(jìn)

        大量實(shí)例表明,影響高壓職工供電技術(shù)難以大規(guī)模應(yīng)用因素有很多,最嚴(yán)重的原因在于缺乏后端設(shè)備高壓直流供電的標(biāo)準(zhǔn)化。但我國后端設(shè)備極度缺乏保障技術(shù),特別是IT設(shè)備,大多數(shù)的IT設(shè)備被應(yīng)用在互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)、高新技術(shù)行業(yè)等新技術(shù)領(lǐng)域,在電力企業(yè)的應(yīng)用還比較少,僅僅憑借通信行業(yè)很難有效退訂電源標(biāo)準(zhǔn)的改進(jìn),同時(shí)也要通過電視、廣播、網(wǎng)絡(luò)、雜志,宣傳高壓直流供電技術(shù)應(yīng)用的重要性,提高社會(huì)各界人士對高壓直流供電認(rèn)知度[4]。同時(shí)編制具有國家法律效應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),同時(shí)積極推動(dòng)高壓直流供電的IT設(shè)備的應(yīng)用。當(dāng)后端設(shè)備能夠切實(shí)滿足高壓直流供電的需求以后,并大規(guī)模商用以后,電源系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化的相關(guān)問題也就迎刃而解了。同時(shí)市場化也將進(jìn)一步推動(dòng)前端電源零部件的研發(fā)和生產(chǎn),就可以行之有效地解決電源系統(tǒng)對高壓直流供電技術(shù)應(yīng)用的限制。

        3.3 高壓直流供電技術(shù)的應(yīng)用前景

        高壓直流供電技術(shù)在可靠性、安全性、節(jié)能性等方面比傳統(tǒng)UPS系統(tǒng)有非常大優(yōu)點(diǎn),當(dāng)后端設(shè)備的適應(yīng)性、電源系統(tǒng)的定型與量產(chǎn)、配套器件等問題解決以后,高壓直流供電的相關(guān)技術(shù)一定會(huì)得到廣泛的運(yùn)用。比如:寧東-山東直流輸電工程±660千伏在2011年2月28日投入使用,山東省的外送電能從350萬千瓦提升到了750萬千瓦,通過不完全統(tǒng)計(jì),當(dāng)±660千伏高壓直流供電工程落實(shí)以后,每年大約節(jié)約原煤1120萬噸,減少二氧化碳排放5.7萬噸,二氧化碳年排放量降低了1.2個(gè)百分點(diǎn),對建立環(huán)境友好型社會(huì)奠定了良好基礎(chǔ)[5]。

        4 結(jié)束語

        綜上所述,高壓直流供電在電網(wǎng)互聯(lián)、長距離運(yùn)輸?shù)确矫嬗蟹浅V匾淖饔?,目前我國電力資源主要表現(xiàn)為西電東送,南北互供的狀態(tài),通過科學(xué)合理的應(yīng)用高壓直流供電技術(shù)充分提高電力運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性。從中可以看出,隨著新技術(shù)和新能源的開發(fā)應(yīng)用,高壓直流供電技術(shù)仍然有非常廣泛的前景。

        參考文獻(xiàn):

        [1]陳偉鋒.240V高壓直流供電技術(shù)在通信行業(yè)的運(yùn)用分析[J].通訊世界,2016(04):18-19.

        [2]王振中.高壓直流供電技術(shù)及其應(yīng)用[J].現(xiàn)代電視技術(shù),2016(02):96-99+70.

        [3]王國志.高壓直流供電技術(shù)及其應(yīng)用前景[J].福建質(zhì)量管理,2015(12):209.

        [4]焦金濤,李寶巖,楊博.我國高壓直流供電技術(shù)應(yīng)用探析[J].通信電源技術(shù),2015,32(01):64-66+70.

        [5]齊國富,田雨,杜玉剛,等.論240V高壓直流供電技術(shù)在油田信息機(jī)房中應(yīng)用的可行性分析[J].中國管理信息化,2014,17(13):52-53.endprint

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