史博仁 陳臣 任晨曦 詹穎威

摘要：隨著我國(guó)電網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，特高壓輸電線路被電網(wǎng)企業(yè)逐漸應(yīng)用到電網(wǎng)系統(tǒng)中，特高壓輸電線路具有著輸送電流容量大，功率調(diào)節(jié)便利的特點(diǎn)。本文從特高壓輸電技術(shù)概述出發(fā)，探討了相關(guān)技術(shù)的具體應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：特高壓直流輸電;技術(shù);應(yīng)用

引言

特高壓面向我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、環(huán)境保護(hù)、能源開(kāi)發(fā)的迫切需求，是國(guó)家科技攻關(guān)計(jì)劃、科技支撐計(jì)劃和重大工程示范的項(xiàng)目。特高壓直流輸電技術(shù)極其復(fù)雜，國(guó)內(nèi)外沒(méi)有可借鑒的經(jīng)驗(yàn)，研發(fā)難度極大。

1、特高壓輸電技術(shù)概述

特高壓直流輸電在很多行業(yè)及遠(yuǎn)程電力輸送中有重要應(yīng)用，隨著電力電子技術(shù)快速發(fā)展，高壓直流電源性能不斷提高，其技術(shù)也不斷得到更新發(fā)展。相對(duì)于傳統(tǒng)交流輸電方式而言，高壓直流輸電用于遠(yuǎn)距離或超遠(yuǎn)距離輸電中具有更大經(jīng)濟(jì)效益，其除了具有常規(guī)直流輸電調(diào)節(jié)速度快、運(yùn)行可靠等優(yōu)點(diǎn)外，經(jīng)濟(jì)性也非常顯著。首先，高壓直流輸電只需兩根導(dǎo)線，線路造價(jià)低，有效節(jié)約電纜費(fèi)用。其次，高壓直流輸電運(yùn)行電能損耗小，傳輸節(jié)能效果佳。直流輸電導(dǎo)線根數(shù)少，電阻發(fā)熱損耗小，沒(méi)有感抗和容抗的無(wú)功損耗，且傳輸功率的增加使單位損耗降低，大大提高了電力傳輸中的節(jié)能效果。此外，高壓直流輸電線路占地面積小，節(jié)約土地。

特高壓直流電源是一種將工頻電網(wǎng)電能轉(zhuǎn)變?yōu)樘胤N形式的電子儀器設(shè)備。按輸出電壓極性進(jìn)行分類，高壓直流電源主要分為正極性、負(fù)極性兩種類型。隨著電力行業(yè)快速發(fā)展，高壓直流電源被廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域也有重要應(yīng)用。在具體應(yīng)用環(huán)節(jié)，該項(xiàng)技術(shù)具有較為顯著的節(jié)能效果。相較于傳統(tǒng)電流計(jì)算而言，高壓直流電源通常能夠節(jié)能約20%～30%。其重點(diǎn)是在供電系統(tǒng)效率以及后端設(shè)備效率上具有較為顯著的優(yōu)勢(shì)。而且供電技術(shù)需要逆變，就必定會(huì)對(duì)電能造成損傷，但是運(yùn)用高壓直流電源技術(shù)就能有效防止該問(wèn)題出現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)電能的節(jié)約以及使用效率的提升。隨著高壓直流相關(guān)技術(shù)不斷發(fā)展，高壓直流電源應(yīng)用也不斷拓展，在應(yīng)用中體現(xiàn)出顯著的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，是一種非常有市場(chǎng)前景的應(yīng)用技術(shù)。

2、特高壓直流輸電技術(shù)的應(yīng)用探究

2.1、換流站數(shù)字孿生關(guān)鍵技術(shù)

一是智能傳感技術(shù)，高準(zhǔn)確度、高靈敏和微處理的感知監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是數(shù)字孿生實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)和站內(nèi)設(shè)備互聯(lián)感知的入口，虛擬設(shè)備對(duì)物理設(shè)備的全息復(fù)制和動(dòng)態(tài)調(diào)整依賴實(shí)時(shí)的傳感技術(shù)。

二是異構(gòu)通信技術(shù)，換流站數(shù)字孿生系統(tǒng)面臨多系統(tǒng)、多設(shè)備、大連接和海量數(shù)據(jù)的雙向傳輸需求，因此利用5G等新型異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)高速率、高容量和低時(shí)延接入，確保物理設(shè)備海量傳感器接入要求和虛擬設(shè)備精準(zhǔn)控制指令的傳達(dá)要求。

三是數(shù)字建模技術(shù)，在數(shù)字空間中如何對(duì)換流站主設(shè)備進(jìn)行建模取決于應(yīng)用的需求?？赏ㄟ^(guò)不同類型的數(shù)學(xué)模型反映物理設(shè)備不同時(shí)間和空間尺度的元素組成、運(yùn)行動(dòng)態(tài)和決策影響，是數(shù)字孿生由實(shí)到虛的結(jié)果和由虛到實(shí)的基石。

2.2、繼電保護(hù)技術(shù)的應(yīng)用

2.2.1、微分欠壓保護(hù)

高壓直流輸電線路的微分欠壓保護(hù)技術(shù)是通過(guò)采用電壓幅值水平、電壓微分?jǐn)?shù)值對(duì)線路進(jìn)行有效保護(hù)，高壓直流輸電線路的主保護(hù)、后備保護(hù)是其主要形式。通過(guò)ABB、SIEMEN方案分析可得出，微分欠壓保護(hù)技術(shù)主要是利用電壓水及電壓微分的測(cè)量數(shù)據(jù)作為實(shí)現(xiàn)的依據(jù)。微分欠壓保護(hù)技術(shù)在測(cè)定20ms的電壓微分定值上升延展過(guò)程中，如發(fā)生行波保護(hù)退出運(yùn)行的情況，則此技術(shù)能用有效發(fā)揮其后備保護(hù)的作用。但與此同時(shí)，微分欠壓保護(hù)技術(shù)仍存在不少缺點(diǎn)，例如，耐過(guò)渡電阻性能有限及靈敏度較低等問(wèn)題，因此，電網(wǎng)企業(yè)需加強(qiáng)微分欠壓保護(hù)技術(shù)的研究，有效解決其缺陷和問(wèn)題。

2.2.2、行波暫態(tài)量保護(hù)

高壓直流輸電線路出現(xiàn)故障時(shí)產(chǎn)生的反行波現(xiàn)象，將會(huì)對(duì)高壓直流輸電線路系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定造成不利影響，因此，電網(wǎng)企業(yè)需采取有效的行波暫態(tài)量保護(hù)技術(shù)對(duì)高壓直流輸電線路進(jìn)行有效保護(hù)，以此保障線路運(yùn)行的穩(wěn)定性。行波暫態(tài)量保護(hù)可分為有通道行波保護(hù)及無(wú)通道行波保護(hù)，有通道行波保護(hù)又能夠分為行波電流極性比較式方向保護(hù)、行波幅值比較式方向保護(hù)、行波極性比較式方向保護(hù)、行波判別式比較式方向保護(hù)及行波差動(dòng)保護(hù)?，F(xiàn)如今，電網(wǎng)企業(yè)通常采用ABB、SIEMEN方案開(kāi)展行波保護(hù)，在ABB方案中，電網(wǎng)企業(yè)通過(guò)地模波與極波的測(cè)量原理，對(duì)反行波圖變量進(jìn)行有效檢測(cè)。同時(shí)，電網(wǎng)企業(yè)還能夠通過(guò)電流圖變量、微分啟動(dòng)圖變量、用電壓圖變量等方式，在特殊情況下對(duì)其進(jìn)行有效識(shí)別。SIEMEN方案主要利用電壓積分原理對(duì)反行波實(shí)行保護(hù)措施，相較ABB方案，其抗干擾能力有所提升，但是啟動(dòng)保護(hù)的速度則較為緩慢。兩種反行波保護(hù)措施在具體實(shí)施過(guò)程中也存在一定缺陷，如耐過(guò)渡電阻能力不理想、理論系統(tǒng)不嚴(yán)謹(jǐn)、整定依據(jù)缺乏等缺點(diǎn)。因此，電網(wǎng)企業(yè)需對(duì)其進(jìn)行有效、完善地處理，在行波保護(hù)判斷過(guò)程中，應(yīng)對(duì)故障線路通過(guò)不同電阻的電壓變量圖進(jìn)行合理分析，制定有效的保護(hù)方案，同時(shí)，結(jié)合高壓直流輸電線路的實(shí)際運(yùn)行狀況，選擇有效的行波保護(hù)措施，以此保障高壓直流輸電線路的安全穩(wěn)定。

2.3、縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)

通過(guò)使用雙、多端電氣量，有效保障線路故障時(shí)保護(hù)動(dòng)作的絕對(duì)選擇性，是縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)的技術(shù)原理。在高壓直流輸電線路的應(yīng)用過(guò)程中，電網(wǎng)企業(yè)利用構(gòu)造差動(dòng)判據(jù)及兩端加電流對(duì)線路進(jìn)行保護(hù)，極易忽略高壓直流輸電線路分布電容的影響作用，導(dǎo)致差動(dòng)保護(hù)的判據(jù)在暫態(tài)過(guò)程結(jié)束后才能成立。因此，縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)技術(shù)的主要作用是切除高阻故障，有效延長(zhǎng)確認(rèn)故障后投入的時(shí)間，屬于高壓直流輸電線路中的后備保護(hù)。

3、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，特高壓直流電源技術(shù)具有非常多的優(yōu)良性能，在很多工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域都有重要應(yīng)用。隨著電子電力科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展，高壓直流電源技術(shù)不斷得到更新與發(fā)展，但在高壓直流電源技術(shù)實(shí)際應(yīng)用中也會(huì)不斷出現(xiàn)新的問(wèn)題及技術(shù)難點(diǎn)，因此仍需進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)高壓直流電源整流與逆變相關(guān)技術(shù)研究，以充分發(fā)揮高壓直流電源技術(shù)應(yīng)用水平，推動(dòng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)更好的發(fā)展。

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