直流輸電的運行和控制研究

張舒雅

摘 要：隨著我國電力網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的增速發(fā)展，電力建設(shè)層次不斷提升，而在電力各項技術(shù)應(yīng)用中，直流輸電技術(shù)則是最為主要的供電技術(shù)方式，被廣泛應(yīng)用到電力傳輸?shù)母鱾€環(huán)節(jié)。在傳統(tǒng)直流輸電技術(shù)中，多是使用半控型半導(dǎo)體材料晶閘管電流源換流器，往往會出現(xiàn)供電中斷的一系列問題，影響了供電效果，增加了電力企業(yè)經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，使用過程的缺陷，嚴(yán)重制約了電力擴(kuò)大發(fā)展，而輕型直流輸電技術(shù)主要是利用全控型半導(dǎo)體材料絕緣柵雙極晶體管電壓源換流器，這種設(shè)備大大提高了技術(shù)含量，不但在體積上變小，而且還能自由控制線路有功功率和無功功率比例關(guān)系。文章主要就輕型直流輸電技術(shù)運行進(jìn)行介紹，進(jìn)一步提出可行的控制措施與方法，以此全面提高技術(shù)應(yīng)用效果，保證電力良好穩(wěn)定供應(yīng)。

關(guān)鍵詞：直流輸電；運行和控制；電壓源換流器

目前，我國直流輸電線路還依然使用高壓輸電的基本控制方式，主要使用的是晶閘管技術(shù)和移相換流器技術(shù)，這兩項技術(shù)支撐電力運行，也是當(dāng)前使用頻率非常高的應(yīng)用技術(shù)，在電力的大功率和遠(yuǎn)距離傳輸過程中，起到重要的作用。但是，晶閘管有其自身的缺陷，在電力供應(yīng)過程中，因為自身存在問題，往往會造成換相時電量損耗較大的問題，同時，使用這項技術(shù)接線復(fù)雜，占地面積較大，個別線路存在諧波電流，整體功率性能指標(biāo)并不高，體現(xiàn)不出快捷與方便。在這種情況下，為了保證電力供應(yīng)的穩(wěn)定性，避免出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象，克服直流輸電問題，出現(xiàn)了輕型直流輸電技術(shù)，技術(shù)一經(jīng)面世則得到了廣泛好評，當(dāng)前已經(jīng)是最為普遍的應(yīng)用技術(shù)。

1 輕型直流輸電技術(shù)特點

1.1 自由控制功率

通過這種設(shè)備運行，可以大大降低事故率，同時還能自由控制線路中有功功率和無功功率指標(biāo)，使各項指標(biāo)趨于穩(wěn)定運行的狀態(tài)，同時，還能根據(jù)系統(tǒng)功能特點，設(shè)置功率因數(shù)，使不同部位的功率調(diào)節(jié)功能全面增強(qiáng)。

1.2 獨立控制

在強(qiáng)大信息技術(shù)支撐下，與計算機(jī)聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)了整流和逆變站之間的信息交換，而不像傳統(tǒng)技術(shù)那樣，在不斷的進(jìn)行通信數(shù)據(jù)交換與備份，這種技術(shù)獨立性強(qiáng)，可以使每個站功能形成獨立控制，保證供電的安全性。

1.3 系統(tǒng)不需添加無功補(bǔ)償裝置

采用先進(jìn)的脈寬調(diào)制技術(shù)，在運行過程中，只需交流側(cè)添加體積較小的高通濾波器，就可以實現(xiàn)功能補(bǔ)償。在技術(shù)的推動下，技術(shù)還在不斷發(fā)展過程中，當(dāng)前，已經(jīng)完全實現(xiàn)了不需要濾波器輔助就能進(jìn)行補(bǔ)償?shù)牧己眯ЧＯ到y(tǒng)直流側(cè)配置電容可以形成有效的濾波，全面有效降低系統(tǒng)諧波分量，且能夠在短時間內(nèi)實現(xiàn)對電能大量的存儲，使系統(tǒng)振蕩得到了有效的抑制，保證了系統(tǒng)安全性。

1.4 適合惡劣環(huán)境工作

線路設(shè)置上，也改用了新型直流電纜，這種線路有較高的強(qiáng)度，同時還方便施工，掩埋起來較安全，在惡劣的環(huán)境中能夠正常工作，適用深海環(huán)境線路的鋪設(shè)作業(yè)，滿足不同環(huán)境、不同氣候、不同地質(zhì)的需求。

1.5 采用模塊化的設(shè)計

這種設(shè)備集成性強(qiáng)，體積小，不占用更多的地方，同時使用起來也安裝方便，便于維護(hù)與保養(yǎng)，運行過程中，沒有噪聲，不污染環(huán)境，放射波對人體的危害不大。整體來看，特別適用新能源發(fā)電直流輸電和向無源交流網(wǎng)絡(luò)供電，應(yīng)用領(lǐng)域較廣泛。

2 輕型直流輸電控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和原理

2.1 控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

可以說，電壓、電流和功率是直流輸電系統(tǒng)最為重要的幾項參數(shù)，不論哪種情況，都會對參數(shù)產(chǎn)生影響，如果系統(tǒng)在運行中，供電負(fù)荷出現(xiàn)小的變化、電壓呈現(xiàn)不穩(wěn)定波動，則會擾動參數(shù)出現(xiàn)微妙變化，影響供電的穩(wěn)定可行，要想實現(xiàn)安全供電，穩(wěn)定供電，則需要在直流輸電系統(tǒng)中做好動態(tài)設(shè)計，使系統(tǒng)運行更加科學(xué)，要通過有效的控制，對動態(tài)響應(yīng)特性進(jìn)行分析與預(yù)防，形成完善的控制策略，使結(jié)構(gòu)組更加合理。在設(shè)計過程中，需要把握好幾個單元的概念：一是測量顯示單元的設(shè)計，實現(xiàn)對系統(tǒng)電氣、機(jī)械和熱量等參數(shù)信息實時進(jìn)行測量、記錄和顯示等，這樣才能保護(hù)系統(tǒng)良好運行。二是設(shè)計脈沖產(chǎn)生單元，對脈沖輸出功能做控制。三是保護(hù)單元的設(shè)置，通過對系統(tǒng)的良好保護(hù)，實現(xiàn)系統(tǒng)換流橋，防止系統(tǒng)工作過程中出現(xiàn)意外事故，避免出現(xiàn)設(shè)備受損。四是程序控制單元的設(shè)計，主要作用是在上述三個單元功能協(xié)調(diào)運行基礎(chǔ)上，保證工況發(fā)生變化的時候，能夠快速反應(yīng)，實現(xiàn)對換流閥的良好控制，保護(hù)系統(tǒng)安全運行。

2.2 控制系統(tǒng)的原理

輕型直流輸電技術(shù)最關(guān)鍵的部件是電壓源換流器，輸電線路接受端和發(fā)送端都是這種設(shè)備，先進(jìn)的電壓源換流器，能夠保證電力供應(yīng)安全，兩個換流器結(jié)構(gòu)是一樣的，屬于兩電平六脈動型設(shè)置，直流側(cè)主要是對線路電壓進(jìn)行控制，換流器對線路濾波起到良好控制，交流濾波器則實現(xiàn)對交流側(cè)諧波濾除。輕型直流濾波技術(shù)主要是脈寬調(diào)制技術(shù)，將給定的正弦波和三角載波做比較，以決定線路中每個橋臂開關(guān)的通斷時間。當(dāng)線路中的直流側(cè)電壓恒定時，脈寬調(diào)制中的正弦信號和三角載波幅值的比值控制在0～1的范圍內(nèi)，且電壓源換流器中的有功功率和無功功率取決于其輸出電壓的相位和幅值，使用過程中，能夠通過控制脈寬對相應(yīng)信號進(jìn)行調(diào)解，保證線路有功功率和無功功率傳輸方向符合運行標(biāo)準(zhǔn)，以此全面保證有功功率和無功功率實現(xiàn)相互獨立的調(diào)節(jié)作用，維護(hù)系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。

3 輕型直流輸電系統(tǒng)控制方式

輕型直流輸電系統(tǒng)控制方式應(yīng)用較為普遍，技術(shù)應(yīng)用主要體現(xiàn)在發(fā)電、供電、配電及無功補(bǔ)償?shù)阮I(lǐng)域，充分發(fā)揮著重要的作用，保證供電用電的安全與穩(wěn)定。如果使用了輕型直流輸電技術(shù)，則能夠?qū)崿F(xiàn)長遠(yuǎn)距離的電力供應(yīng)，使油田、礦井和山區(qū)用電成為現(xiàn)實，大大提高了供電距離與效果，滿足了不同地區(qū)對電能的需求，同時也有效降低了運行的成本，減少了投入費用，對環(huán)境沒有任何的污染與破壞。不占用更多的建立電站所需土地，體積不大，充分體現(xiàn)了占地小、功能強(qiáng)的特點。通過輕型直流輸電技術(shù)實現(xiàn)小規(guī)模發(fā)電廠和電網(wǎng)之間有機(jī)連接，能夠降低電網(wǎng)連接成本，允許發(fā)電機(jī)在工作過程中采用不同的電網(wǎng)頻率或者采用變頻率工作方式，將交流電壓穩(wěn)定在一個固定值。在輕型直流輸電系統(tǒng)中，任何一個站都能夠獨立完成不同的功能，這種拓展的功能，大大提高了供電的穩(wěn)定性與可靠性，運行時，一定要保證有功潮流實現(xiàn)根本性的平衡，也就是說，需要確保電網(wǎng)有功潮流和電網(wǎng)有功功率跟直流損耗之差是相一致的，如果出現(xiàn)差異，就會造成系統(tǒng)電壓不穩(wěn)定，出現(xiàn)快速調(diào)節(jié)，導(dǎo)致供電事故的發(fā)生。要想保證供電的穩(wěn)定，則需要兩個換流站一個用來完成對系統(tǒng)中功率的調(diào)節(jié)，而另外一個完成對系統(tǒng)直流電壓調(diào)節(jié)。為了實現(xiàn)穩(wěn)定性，當(dāng)前最為常見的控制方式有如下幾種類型。一是定直流電壓控制方式，通過這種方法，能夠保證對直流輸電線路中母線電壓和交流側(cè)無功功率的良好控制，確保供電穩(wěn)定。二是定直流電流控制方式，通過這種方法，能夠?qū)χ甭冯娏骱蜔o功功率實現(xiàn)穩(wěn)定的控制，實現(xiàn)供電系統(tǒng)整體功能發(fā)揮。三是定交流電壓控制方式，這種方法的應(yīng)用，大大提高了供電安全性，實現(xiàn)對交流母線電壓科學(xué)良好的控制，保證了電壓運行過程的穩(wěn)定。四是定無功功率控制方式，這種方法的出現(xiàn)，能夠大大保證交流側(cè)輸出無功功率得到有效控制。通常，定直流電壓和電流控制方式常用在兩端都連接有源網(wǎng)絡(luò)的輸電線路中。

4 結(jié)束語

技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步，大大提高了供電用電的穩(wěn)定性，隨著輕型直流輸電技術(shù)的推廣與普及，多數(shù)供電單位均選擇了先進(jìn)的電壓源換流器方式，這種新型高壓輸電技術(shù)大大提高了供電能力，是傳統(tǒng)直流輸電技術(shù)的創(chuàng)新形式。電路功率也實現(xiàn)了雙向流動，從根本上降低輸電系統(tǒng)交流側(cè)諧波，在未來發(fā)展過程中，只有不斷創(chuàng)新技術(shù)形式，才能推動電力發(fā)展，滿足不同條件下的電力需求。

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