特高压直流输电技术的应用分析

特高压直流输电技术的应用分析

郑春祥

国网内蒙古东部电力有限公司内蒙古超特高压分公司±800kv锡盟换流站 内蒙古锡林浩特  026000

摘要：随着我国经济快速发展，对电力资源需求量持续增加，很大程度上推动了电力事业发展。用户对用电提出了更高要求，主要包括安全、稳定等方面，特高压直流输电输电能力更强、输电效率更高，可以满足实际发展所需。文章先介绍特高压直流输电系统及技术特点，并对特高压直流输电技术进行了分析。

关键词：特高压直流；输电技术；应用

1 前言

随着城市化发展进程不断加快，人们对电力需求有所提升，这使得特高压直流输电技术在我国被电力系统中有广泛的应用。而且，我国各个城市在电力行业建设过程中，对输电能力和输电效率的要求逐渐提升，为了实现电力系统安全可靠的运行，必须加强对特高压直流输电的研究力度，保证电力系统输电安全和提高电力系统容量的目的得以实现。

2 特高压直流输电系统

特高压直流输电的系统组成形式与超高压直流输电相同，但单桥个数、输送容量、电气一次设备的容量及绝缘水平等相差很大。换流站主接线的典型方式为每极2组12脉动换流单元串联，也可用每极2组12脉动换流单元并联。特高压直流输电采用对称双极结构，即每12脉动换流器的额定电压均为400kV，这样的接线方式使运行灵活性可靠性大为提高。特高压直流输电的运行方式有：双极运行方式、双极混合电压运行方式、单击运行方式和单极半压运行方式等。换流阀采用二重阀，空气绝缘，水冷却；控制角为整流器触发角15°；逆变器熄弧角17°。换流变压器形式为单相双绕组，油浸式；短路阻抗16%-18%；有载调压开关共29档，每档1.25%。换流站平面布置为高、低压阀厅及其换流变压器采用面对面布置方式，高压阀厅布置在两侧，低压阀厅布置在中间。

3 特高压直流输电技术的主要特点

（1）特高压直流输电系统中间不落点，可点对点、大功率、远距离直接将电力送往负荷中心。在送受关系明确的情况下，采用特高压直流输电，实现交直流并联输电或非同步联网，电网结构比较松散、清晰。（2）特高压直流输电可以减少或避免大量过网潮流，按照送受两端运行方式变化而改变潮流。特高压直流输电系统的潮流方向和大小均能方便地进行控制。（3）特高压直流输电的电压高、输送容量大、线路走廊窄，适合大功率、远距离输电。（4）在交直流并联输电的情况下，利用直流有功功率调制，可以有效抑制与其并列的交流线路的功率振荡，包括区域性低频振荡，明显提高交流的暂态、动态稳定性能。（5）大功率直流输电，当发生直流系统闭锁时，两端交流系统将承受大的功率冲击。

4特高压直流输电技术简介

4.1柔性直流输电

柔性直流输电技术通过改变VSC中全控型电力电子器件的开断状态，实现控制交流侧的无功和有功功率的目的，这样不仅可以保障电网稳定运行，还可以解决输电技术中的一些棘手问题。对于柔性直流输电系统而言，无论是采用多电平换流器还是使用两电平换流器，均为单极对称系统。并联换流站与串联换流站相比具有损耗更低，调节范围更大，扩展方法更加灵活等优点，所以目前正在运行的特高压柔性直流输电工程的换流站多采用并联接线方案。根据桥臂的等效特性，柔性直流输电系统中的换流器可分成2种常见的不同类型，分别是可控电源型和可控开关型。特高压直流输电工程多采用全桥式柔性直流换流器，一旦直流电压出现急剧降低威胁系统正常运行时，换流器仍通过交流电压支撑工作，最大程度上有效抑制交流侧短路电流的产生。

4.2换流站数字孪生关键技术

一是智能传感技术，高准确度、高灵敏和微处理的感知监测系统是数字孪生实现的基础和站内设备互联感知的入口，虚拟设备对物理设备的全息复制和动态调整依赖实时的传感技术。二是异构通信技术，换流站数字孪生系统面临多系统、多设备、大连接和海量数据的双向传输需求，因此利用5G等新型异构网络技术实现高速率、高容量和低时延接入，确保物理设备海量传感器接入要求和虚拟设备精准控制指令的传达要求。三是数字建模技术，在数字空间中如何对换流站主设备进行建模取决于应用的需求。可通过不同类型的数学模型反映物理设备不同时间和空间尺度的元素组成、运行动态和决策影响，是数字孪生由实到虚的结果和由虚到实的基石。

4.3拓扑结构

目前特高压直流输电的拓扑结构有两种，分别是多端直流和公用接地极。其中多端直流是将多个换流站连接起来，构建出直流系统，随着电压源换流器的快速发展，出现了混合型多端直流和极联式多端直流，混合型多端直流可以对换流器位置合理分配，电源端和用户端分析形式是分散的。运用工程公用接地极方式来构建出公用接地极，成本会大大降低，同时接地极利用水平较高，经济效益明显。但也存在着问题，接地电流容易过大，检修技术要求较高等。拓扑结构和特高压直流输电技术应用效果关系密切，所以要引起足够重视。

4.4高电压與绝缘技术

在进行电能输送时，不论是在一般的电压等级下还是强电等级下，电压和绝缘都是相辅相成的关系，当电压升高时绝缘也要升高。如果绝缘不随电压等级相应提高，就会出现设备被烧毁、电网稳定运行状态遭到破坏，严重时还会导致人员伤亡等重大事故的发生。在普通绝缘不能保证电气设备与输电线路绝缘的前提下，就必须考虑使用复合材料来代替普通的瓷质和玻璃绝缘。但在选择绝缘材料的同时，也要和当地的气候条件、环境条件等复合判断。比如在气候比较湿润的南方它对绝缘子的表面要求就比较高。在污染比较严重的地区，由于绝缘套管、绝缘子表面等受到污浊的情况比较严重，因此在这些地区若使用一般材质的绝缘，就会出现击穿、短路、设备烧毁、严重的导致人员伤亡等。因此在不同环境气候下对绝缘套管、穿墙套管、绝缘子表面的材质要求也相对较高、较特殊。在我国的西电东输工程中，由于我国的地势西高东低，对于高海拔地区，也要把海拔对绝缘的影响考虑进去。

4.5晶闸管技术

在特高压直流输电中，晶闸管是必不可少的部件，从电触发晶闸管开始，逐渐发展出了光触发晶闸管、碳化硅晶闸管，功率不断提升，对特高压直流输电的实现起着重要保障作用。在近些年来，碳化硅晶闸管应用越来越加广泛，具有较高耐压水平和击穿电场强度，可以显著降低运行损耗，是未来发展的重要趋势。

4.6光电式电流互感器

为了有效解决电磁式互感器弊端，研制出了光电式电流互感器，其在特高压直流输电中也发挥着有效作用，常见的有源型光电式电流互感器和以同光程原理为基础、以旋光效应为基础的光电式电流互感器。将源型光电式电流互感器应用到特高压直流输电中，主要是在直流极母线、滤波器组等部件上，故障发生率比较高，而且维护难度较大。如果现场环境不够稳定，在使用以旋光效应为基础的光电式电流互感器时，测量精度会受到影响，无法满足规定要求。以同光程原理为基础的光电式电流互感器在实际应用中优势明显，不仅抗震性好，而且绝缘性优，并且没有饱和效应。特高压直流输电技术内容较多，要进行深入分析并应用，可以保证输电的稳定性。

5 结语

综上所述，特高压直流电源技术具有非常多的优良性能，在很多工业生产领域都有重要应用。随着电子电力科学技术快速发展，高压直流电源技术不断得到更新与发展，但在高压直流电源技术实际应用中也会不断出现新的问题及技术难点，因此仍需进一步加强对高压直流电源整流与逆变相关技术研究，以充分发挥高压直流电源技术应用水平，推动社会经济更好的发展。

参考文献

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