高壓直流輸電裝備核心技術(shù)研究分析

張柳艷

摘 要：想要從根本上實現(xiàn)電力資源的整體優(yōu)化配置，進一步提高電網(wǎng)運行的靈活性，獲得更高的性價比，做好智能化電網(wǎng)的建設(shè)，那么離不開大量高端的電力裝備作為支持。由此來看，積極進行高壓直流輸電裝備核心技術(shù)的研究，對促進我國電網(wǎng)的協(xié)調(diào)發(fā)展、提高我國電力裝備制造水準有著重要意義。本文就對一些高壓直流輸電裝備核心技術(shù)開發(fā)相關(guān)內(nèi)容進行簡介。

關(guān)鍵詞：高壓直流輸電；核心技術(shù)；輸電裝備

無論是在電網(wǎng)的發(fā)展還是運行當中，高壓直流輸電都起到重要作用。而我國對高壓直流輸電裝備的需求量也呈連年增加的趨勢。由于高壓直流輸電裝備核心技術(shù)國產(chǎn)化水平不高，這也直接阻礙到我國電網(wǎng)建設(shè)的可持續(xù)性發(fā)展。因此，需加強我國對高壓直流輸電裝備核心技術(shù)的研究。

一.有關(guān)高壓直流輸電裝備的需求分析

我國每年電網(wǎng)的輸送容量都呈大幅增長的態(tài)勢，這邊對電力輸送技術(shù)提出了更高的要求，需要其實現(xiàn)遠距離、高效率以及大規(guī)模的輸送。特高壓直流輸電正與這幾點要求相契合，其應(yīng)用優(yōu)點在于輸送容量大、輸送距離遠且損耗較低，非常適合于大容量、遠距離的電力輸送，有著非常突出的經(jīng)濟優(yōu)勢。

同時，就柔性直流輸電這一方式來說，是當前國際認可的獨具技術(shù)優(yōu)勢的一種風(fēng)電接入方法，無論是哪一種形式的風(fēng)電場并網(wǎng)都非常適合其應(yīng)用，尤其是將其應(yīng)用在超過百兆瓦遠距離的海上風(fēng)電場中。進行風(fēng)電并網(wǎng)時使用柔性直流輸電這一方式，是最為關(guān)鍵性的技術(shù)方法。

另外，高壓直流換流閥試驗這一技術(shù)，是為高壓直流輸電裝備可靠性運行起到保駕護航的作用。

做好對高壓直流輸電裝備所必需的試驗工作，從根本上保證設(shè)備工作性能，才能進一步為電網(wǎng)的可靠、安全運行奠定堅實基礎(chǔ)。

現(xiàn)如今，我國正在建設(shè)以及已經(jīng)投入到運行中的高壓直流工程不管是其數(shù)量還是輸送容量、線路長度等方面，都已經(jīng)被歸入了直流大國的范圍，躋身到世界領(lǐng)先的地位，但我國在高壓/特高壓直流裝備核心技術(shù)的研發(fā)上還是有很大欠缺。所以，對高壓直流與柔性直流輸電相關(guān)的核心技術(shù)進行研究，對于促進我國電網(wǎng)發(fā)展速度的提高、控制工程造價、縮短工程建設(shè)時間、保證設(shè)備可靠運行等諸多方面的內(nèi)容都具有重要的實際價值。

二.直流換流閥等效試驗技術(shù)

我國在2009年成功完成對直流換流閥成套運行與絕緣型式試驗裝置的研發(fā)，并將其應(yīng)用到特高壓直流輸電工程中去進行試驗，取得較好效果。

現(xiàn)如今，已經(jīng)建成的直流換流閥試驗?zāi)芰χ饕校航涣髂蛪涸囼炑b置、沖擊電壓試驗裝置等等，皆可滿足±125、±500、±660以及±800kV系列電壓等級直流輸電換流閥的絕緣、運行型試驗要求。預(yù)計經(jīng)過進一步的技術(shù)水平的提升，還可滿足未來±1100kV、5kA特高壓直流輸電工程換流閥以及±320kV柔性直流換流閥型式試驗需求。這也為我國電網(wǎng)跨越式發(fā)展奠定了堅實的技術(shù)性作用。

歸結(jié)大功率電力電子裝置的試驗特點：第一，需同電力系統(tǒng)間有密切聯(lián)系；第二，不具十足的運行經(jīng)驗；第三，裝置復(fù)雜。在大功率的電子裝置容量日益提高的前提下，一個試驗電源容量已經(jīng)無法繼續(xù)滿足試驗的需求，應(yīng)使用等效試驗方法。對各種各樣運行工況下的復(fù)雜應(yīng)力環(huán)境采取合成試驗的方法進行模擬，在現(xiàn)如今已經(jīng)成為電力電子裝置閥試驗的基本選擇。

進行等效試驗應(yīng)考慮下面幾個關(guān)鍵性的問題：在實驗室里，怎么能以最少的代價來再現(xiàn)各種運行與故障情況下可作用在被試品上的一些應(yīng)力，并保證盡可能的真實，依據(jù)于此來對被試組件其耐受的各種應(yīng)力進行精準的評價。

三.±800kV特高壓直流換流閥設(shè)計技術(shù)

（一）換流閥電氣特性

研究的內(nèi)容為：沖擊電壓之下電壓分布的特征與相應(yīng)的保護舉措、換流閥運行應(yīng)力分析以及晶閘管電熱模型的研究及應(yīng)用等等。

（二）換流閥多物理數(shù)值分析

換流閥中有諸多種物理場，包括應(yīng)力場、溫度場以及電磁場等等。它們是借助晶閘管等元器件進行耦合，起到相互影響、互為制約的作用。例如說換流閥電場分布會對晶閘管元件承受的電場強度、電壓應(yīng)力造成巨大影響，同時，換流閥的冷卻系統(tǒng)與其溫度場，也會反過來影響到晶閘管電壓應(yīng)力與電場強度的耐受能力。所以說，必須要對這些物理場做精準的數(shù)值分析。

（三）換流閥成套結(jié)構(gòu)設(shè)計、電氣設(shè)計及監(jiān)測設(shè)計技術(shù)

結(jié)構(gòu)設(shè)計方面包括懸吊機構(gòu)設(shè)計、走線方法設(shè)計、水路設(shè)計與步驟以及光纖回路設(shè)計等等，這些設(shè)計均需考量到降低局部放電的設(shè)計技巧這一點；電氣設(shè)計方面，包括電流、電壓設(shè)計以及損耗計算等；監(jiān)測技術(shù)方面，包括晶閘管觸發(fā)與檢測系統(tǒng)、閥保護單元的設(shè)計等。

（四）直流輸電換流閥核心零部件

組成換流閥的核心零部件包括電抗器、散熱器、避雷器、屏蔽罩以及阻尼電阻等，而這些零部件的設(shè)計技術(shù)一直被國外跨國公司控制著，而且由他們進行生產(chǎn)供貨，因此，想實現(xiàn)換流閥的國產(chǎn)化也需經(jīng)較長時間的進展。

（五）換流閥集成技術(shù)

換流閥集成的專用技術(shù)內(nèi)容包括現(xiàn)場安裝、換流閥組裝、現(xiàn)場調(diào)試等，起到的主要作用是研究相關(guān)工廠組裝、現(xiàn)場安裝工藝，相應(yīng)配套完成組裝與安裝供需所需的儀器儀表、專用工具的研究。

（六）±800kV特高壓直流換流閥

基于上述這幾點基本的內(nèi)容，在掌握了核心技術(shù)的同時，可開展±800kV特高壓直流換流閥技術(shù)的研究。其中使用新型的6英寸晶閘管，允許最大的電流可到5000A。

四.柔性直流輸電關(guān)鍵技術(shù)

柔性直流輸電技術(shù)一般將其應(yīng)用在可再生能源發(fā)電并網(wǎng)、大型城市中心負荷供電以及電力市場交易等領(lǐng)域中，尤其是在大型城市中心負荷供電以及風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)中的應(yīng)用，更凸顯其應(yīng)用優(yōu)勢。另外，柔性直流輸電技術(shù)可增強系統(tǒng)動態(tài)的無功支撐，有利于改善電能的質(zhì)量。由此可見，基于柔性直流輸電具備的優(yōu)良特性，可使其成為電網(wǎng)智能化調(diào)節(jié)與控制的核心裝備，有利于促進智能電網(wǎng)建設(shè)以及運行的安全、可靠性。

結(jié)束語

對功能齊全的高壓直流換流閥成套形式試驗裝置進行研究，基于進一步的提升與擴展，可滿足未來容量更大的直流輸電工程換流閥與柔性直流換流閥型式試驗的要求。對柔性直流輸電系統(tǒng)裝備相關(guān)核心技術(shù)進行研究，可促使我國在智能電網(wǎng)高端裝備方面取得更大的突破，打破國外跨國公司壟斷，使我國科技水平躋身于世界前列。

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