直流電力電子模塊在輸電線路中的應用

楊加成

摘要：針對當前電力輸電線路中存在的穩定特性偏弱、電壓控制能力差等現象，文章首先從電力電子技術的定義入手，在充分了解該技術的基礎上，對電力電子模塊在輸電線路中的應用進行詳細分析，具體包括HVDC技術、FACTS技術以及定制電力技術，以此期望為我國電力輸電線路研究起到參考作用。

關鍵詞：電力電子；輸電線路；柔性交流輸電

近年來，隨著國民經濟的快速增長，電力成為當前需求量最大的能源。為滿足部分地區對電能的基本需求，我國提出“西電東送”這一電力資源輸送戰略，將煤炭、水資源等轉換為電能，輸送至電力相對緊缺的東部沿海地區。在項目開展過程中，電力輸電系統在其中扮演著極其重要的角色，是電力資源得以輸送的關鍵。在此背景下，電力輸電系統正面臨著前所未有的壓力，在輸電過程中逐步暴露出種種問題，其中最具代表的問題為輸送電壓不穩' 據筆者調查發現，電壓不穩是困擾當前電力輸電工作的主要難題，也是引發眾多電壓失穩事故的源頭。基于此，為了提高我國電力輸電電壓穩定性，本文將分別對直流電力電子模塊中，各項關鍵技術在輸電線路中的應用進行分析，以此提高電力系統在輸電過程中電壓控制能力。

1 電力電子技術的定義

電力電子技術是一種專門用作電力領域的新興技術，對輸電線路中的電能起到變換以及控制的作用。在實際應用過程中，電力電子技術主要利用自身所具備的各類器件，實現對輸送電能電壓穩定性的控制。經過電力電子技術變換后的電力，將會實現最大功率與最小功率之間的自由變換。其中，最大功率可高達1 GW，最小功率可低至1 W。電力電子技術一向以實現電能從生產至使用各環節工作為發展目的，比如電能的生產、調度及電壓負載的配置等，使其已充分滲透至電力工作的方方面面中，實現電能使用效率最大化。從另一角度來看，電能使用效率最大化也就等于再生資源利用效率最大化，也就是說電力技術對當今環保工作也起到一定的貢獻。據筆者調查了解，當前較為常用的電力電子技術為4種，分別為高壓直流輸電（High Voltage DirectCurrent Transmission，HVDC），柔性交流輸電（FlexibleAC transmission，FACTS），Custom Power以及可控串聯補償裝置（Thyristor Controlled Series Compensation，TCSC）技術[2]。以下將對HVDC，FACTS，Custom Power在電力輸電線路中的應用進行詳細分析。

2 HVDC技術在輸電線路中的應用

2.1 HVDC技術簡介

HVDC高壓直流輸電技術早在1954年就被用于瑞典某輸電工程中，是一項極具吸引力的電力電子技術。HVDC技術在實際應用過程中，具備電能損耗低這一顯著優勢，能夠為輸電工程減少大量傳輸線纜及輸電線纜占地，節省不必要的成本費用，最為適合用作遠距離輸電項目中。比如，某一輸電項目的輸電線路容量為600 kW，若是在技術方面選用傳統800 kV交流輸電技術，那么輸電項目進程為1500公里時，電能損耗率就已高達7%以上；若是在技術方面采用相同單位的直流輸電技術，就能將相同距離內，電能損耗降低至5%以下。由此看出，HVDC在遠距離輸電項目中，發揮著節能降損的關鍵作用[3]。除此之外，HVDC技術還具備另一個優勢，那就是能夠將風電場與電網進行連接，并對潮流波動進行相應的補償，以此提高風電場電力輸出的可靠性與穩定性。同時，當前眾多工業用電中心普遍遠離城市，遠距離輸電項目將會越來越多，HVDC高壓直流輸電技術所面臨的市場需求也將逐漸擴大。

2.2 HVDC技術的應用

HVDC技術在輸電過程中主要采用直流電進行遠距離直流輸電，相較于眾多不同電流，直流電具有無感抗、容抗、無同步問題等多項優勢，能夠充分支持HVDC技術在輸電環節中的應用。當前，HVDC技術最為常用的輸電項目為海底電纜輸電，具體輸電過程主要由3大步驟組成。首先，換流變壓器將發電機發出的電能進行升壓，并將升壓后的電能傳送至晶閘管整流器中；然后，晶閘管整流器在接收到高壓電能后，將其轉換為高壓直流，并通過直流輸電線路傳送至電能接收端中；最終，利用晶閘管逆變器將接收端中的直流電能轉換為交流電能，由變壓器進行降壓處理后進行相應配送。相較于高壓交流點技術，HVDC技術不僅更具遠距離輸電優勢，而且在應用過程中對輸電系統的控制也更加便捷，能夠將電力系統穩定性提高至一定水準。

3 FACTS技術在輸電線路中的應用

3.1 FACTS技術簡介

FACTS柔性交流輸電技術是一種起源于1980年的輸電技術，能夠起到增大電力電子元件單件功率以及提高電力傳輸性能的作用。在實際應用過程中，FACTS技術主要通過在電力電子技術的基礎上，引入現代控制技術，達到增強輸電系統阻抗能力、電壓調控能力的目的。同時，FACTS技術還具備控制交流輸電功率潮流的能力。由此可見，對于電力輸電環節而言，FACTS技術不僅能夠起到提高輸電系統穩定性的作用，還能降低電力系統事故發生率[4]。

3.2 FACTS技術的應用

FACTS技術在應用至輸電線路過程中，主要利用大功率電力電子器件達到優化輸電環節的目的。由于大功率電力電子器件具備極強的快速響應能力，FACTS技術對其加以應用可實現對各節點電壓的平滑控制，如有功潮流、無功潮流等。利用FACTS技術，可實現在不破壞電力系統穩定性的基礎上，最大程度改善電壓質量，從而達到降低電能損耗以及投資成本的目的。FACTS技術技術發展至今，已由最初的基于自換相半控器件發展成為基于可關斷器件變流器，能夠為電力輸電事業起到支持作用。

4 Custom Power技術在輸電線路中的應用

4.1 Custom Power技術簡介

Custom Power定制電力技術出現于20世紀后期，是一種由美國電力研究協會（Electric Power Research Institute，EPRI）所提出的電力電子技術。Custom Power技術在應用至電力輸電線路時，將起到對電力質量進行控制的作用。同時，Custom Power技術還可根據電力客戶不同需求，為其提供某些特定需要電力。對于電力企業而言，Custom Power技術是解決電能質量各項問題的關鍵技術。Custom Power技術在應用過程中，主要將用戶電力需求為基礎，本著電力可靠性原則及電能質量要求，通過采用大功率電力電子技術和配電自動化技術結合的方式，實現對用戶需求電力的配置。

4.2 Custom Power技術的應用

Custom Power技術在輸電線路應用過程中，旨在解決輸電線路中存在的電壓跌落問題。據相關電能質量報告表明，在當前發生的眾多配電事故中，電壓跌落是發生概率最大的事故。同時，電壓跌落事故發生時，不僅會給社會造成極大的經濟損失，情況嚴重者還將對人們生命安全造成威脅。電壓跌落事故產生的主要原因在于電壓的不穩定。由此可見，電壓跌落是當前電力輸電環節中面臨的重大問題，若不及時加以解決，將造成不可預計的嚴重后果。Custom Power技術在輸電線路的實際應用時，主要利用大功率可關斷電力電子器件，比如IGBT，IGCT等，以及數字信號處理測控技術（Digital Signal Processing，DSP），對輸電系統中供電電壓進行動態調節，并且針對部分電壓驟降現象進行相應補償，以此提高電力輸電環節的電壓穩定性，避免出現由電壓不穩而引發的電壓跌落事故[5]。

5 結語

綜上所述，電力輸電環節是實現新興能源可持續發展的關鍵。針對當前在電能輸送方面存在的種種問題，皆可利用先進電力電子技術得以解決。通過上文對電力電子技術在輸電線路應用的分析后可了解，HVDC，FACTS以及CustomPower能夠在現有電力輸電系統的基礎上，起到提高電力輸電能力的關鍵作用。同時，HVDC還能應用至長距離、大容量輸電項目中，對部分電力資源配置進行優化，從而提高電力輸電穩定性降低電能損耗。另外，Custom Power技術具備防止電壓跌落事故能力，能夠提高當前輸電質量。

[參考文獻]

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[3]劉乃桓.柔性輸電技術在智能電網中的應用分析[J].科技經濟市場，2017（12）：25-27.

[4]閆濤，惠東，許守平，等基于電力電子模塊技術的電力儲能接入系統研究[J].河北電力技術，2009⑶：17-20.

[5]王建岡，阮新波，吳偉，等.倒裝芯片集成電力電子模塊[J].中國電機工程學報，2005（17）：32-36.