直流輸電的運(yùn)行和控制研究

張舒雅

摘 要：隨著我國(guó)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(xiàng)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€(gè)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(huì)出現(xiàn)供電中斷的一系列問(wèn)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(guò)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(wú)功功率比例關(guān)系。文章主要就輕型直流輸電技術(shù)運(yùn)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(yùn)行和控制；電壓源換流器

目前，我國(guó)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(xiàng)技術(shù)支撐電力運(yùn)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(guò)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(guò)程中，因?yàn)樽陨泶嬖趩?wèn)題，往往會(huì)造成換相時(shí)電量損耗較大的問(wèn)題，同時(shí)，使用這項(xiàng)技術(shù)接線復(fù)雜，占地面積較大，個(gè)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(wèn)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(píng)，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(diǎn)

1.1 自由控制功率

通過(guò)這種設(shè)備運(yùn)行，可以大大降低事故率，同時(shí)還能自由控制線路中有功功率和無(wú)功功率指標(biāo)，使各項(xiàng)指標(biāo)趨于穩(wěn)定運(yùn)行的狀態(tài)，同時(shí)，還能根據(jù)系統(tǒng)功能特點(diǎn)，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(dú)立控制

在強(qiáng)大信息技術(shù)支撐下，與計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)，實(shí)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(dú)立性強(qiáng)，可以使每個(gè)站功能形成獨(dú)立控制，保證供電的安全性。

1.3 系統(tǒng)不需添加無(wú)功補(bǔ)償裝置

采用先進(jìn)的脈寬調(diào)制技術(shù)，在運(yùn)行過(guò)程中，只需交流側(cè)添加體積較小的高通濾波器，就可以實(shí)現(xiàn)功能補(bǔ)償。在技術(shù)的推動(dòng)下，技術(shù)還在不斷發(fā)展過(guò)程中，當(dāng)前，已經(jīng)完全實(shí)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(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)電能大量的存儲(chǔ)，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(shí)還方便施工，掩埋起來(lái)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(jì)

這種設(shè)備集成性強(qiáng)，體積小，不占用更多的地方，同時(shí)使用起來(lái)也安裝方便，便于維護(hù)與保養(yǎng)，運(yùn)行過(guò)程中，沒(méi)有噪聲，不污染環(huán)境，放射波對(duì)人體的危害不大。整體來(lái)看，特別適用新能源發(fā)電直流輸電和向無(wú)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(shuō)，電壓、電流和功率是直流輸電系統(tǒng)最為重要的幾項(xiàng)參數(shù)，不論哪種情況，都會(huì)對(duì)參數(shù)產(chǎn)生影響，如果系統(tǒng)在運(yùn)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(dòng)，則會(huì)擾動(dòng)參數(shù)出現(xiàn)微妙變化，影響供電的穩(wěn)定可行，要想實(shí)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(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)，使系統(tǒng)運(yùn)行更加科學(xué)，要通過(guò)有效的控制，對(duì)動(dòng)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(jì)過(guò)程中，需要把握好幾個(gè)單元的概念：一是測(cè)量顯示單元的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)電氣、機(jī)械和熱量等參數(shù)信息實(shí)時(shí)進(jìn)行測(cè)量、記錄和顯示等，這樣才能保護(hù)系統(tǒng)良好運(yùn)行。二是設(shè)計(jì)脈沖產(chǎn)生單元，對(duì)脈沖輸出功能做控制。三是保護(hù)單元的設(shè)置，通過(guò)對(duì)系統(tǒng)的良好保護(hù)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)換流橋，防止系統(tǒng)工作過(guò)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(jì)，主要作用是在上述三個(gè)單元功能協(xié)調(diào)運(yùn)行基礎(chǔ)上，保證工況發(fā)生變化的時(shí)候，能夠快速反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)換流閥的良好控制，保護(hù)系統(tǒng)安全運(yùn)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(gè)換流器結(jié)構(gòu)是一樣的，屬于兩電平六脈動(dòng)型設(shè)置，直流側(cè)主要是對(duì)線路電壓進(jìn)行控制，換流器對(duì)線路濾波起到良好控制，交流濾波器則實(shí)現(xiàn)對(duì)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(gè)橋臂開(kāi)關(guān)的通斷時(shí)間。當(dāng)線路中的直流側(cè)電壓恒定時(shí)，脈寬調(diào)制中的正弦信號(hào)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(wú)功功率取決于其輸出電壓的相位和幅值，使用過(guò)程中，能夠通過(guò)控制脈寬對(duì)相應(yīng)信號(hào)進(jìn)行調(diào)解，保證線路有功功率和無(wú)功功率傳輸方向符合運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)，以此全面保證有功功率和無(wú)功功率實(shí)現(xiàn)相互獨(dú)立的調(diào)節(jié)作用，維護(hù)系統(tǒng)運(yùn)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(wú)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(zhǎng)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(shí)，大大提高了供電距離與效果，滿足了不同地區(qū)對(duì)電能的需求，同時(shí)也有效降低了運(yùn)行的成本，減少了投入費(fèi)用，對(duì)環(huán)境沒(méi)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(diǎn)。通過(guò)輕型直流輸電技術(shù)實(shí)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(guò)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(gè)固定值。在輕型直流輸電系統(tǒng)中，任何一個(gè)站都能夠獨(dú)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(yùn)行時(shí)，一定要保證有功潮流實(shí)現(xiàn)根本性的平衡，也就是說(shuō)，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(huì)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(gè)換流站一個(gè)用來(lái)完成對(duì)系統(tǒng)中功率的調(diào)節(jié)，而另外一個(gè)完成對(duì)系統(tǒng)直流電壓調(diào)節(jié)。為了實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定性，當(dāng)前最為常見(jiàn)的控制方式有如下幾種類(lèi)型。一是定直流電壓控制方式，通過(guò)這種方法，能夠保證對(duì)直流輸電線路中母線電壓和交流側(cè)無(wú)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(guò)這種方法，能夠?qū)χ甭冯娏骱蜔o(wú)功功率實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的控制，實(shí)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(shí)現(xiàn)對(duì)交流母線電壓科學(xué)良好的控制，保證了電壓運(yùn)行過(guò)程的穩(wěn)定。四是定無(wú)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(wú)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(yǔ)

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(shí)現(xiàn)了雙向流動(dòng)，從根本上降低輸電系統(tǒng)交流側(cè)諧波，在未來(lái)發(fā)展過(guò)程中，只有不斷創(chuàng)新技術(shù)形式，才能推動(dòng)電力發(fā)展，滿足不同條件下的電力需求。

參考文獻(xiàn)

[1]喻新強(qiáng).國(guó)家電網(wǎng)公司直流輸電系統(tǒng)可靠性統(tǒng)計(jì)與分析[J].電網(wǎng)技術(shù)，2009（l2）.

[2]陳泳.淺談高壓直流輸電與交流輸電的特點(diǎn)[J].機(jī)電信息，2011（15）.