２０１７年５月上 电力讯息２１７ 高电压直流传输的研究 符 健（西北民族大学电气工程学院，甘肃省兰州Ｉ市７３０１２４） 【摘 要】在现阶段的发展趋势下，用来提高输电电压的交流传输方式已经不能符合具体要求，而直流传输技术不管是在技术上还是经济方 面，都体现出了非常显著的优势。基于此，本文对高电压直流传输进行了重点分析，有效保障了高电压传输的稳定性。 【关键词】高电压；直流传输；电力系统；稳定性 【中图分类号】ＴＭ７２１．１ 【文献标识码】Ａ 【文章编号】１００６—４２２２（２０１７）０９—０２１７—０２ 高电压直流传输技术是在２０世纪５０年代兴起的。至今 为止已经历经了６０多年的发展，变的越来越成熟。特别是自 ２０世纪８０年代以来．由于可控硅技术和电网技术迅速发展， 警｜Ｉ静 姑 ＪＩ－， 、一 缱世蜘娈¨、 ｛ｌｌ 一 十没吨抗器 高电压直流传输技术实现了跃进式的提高，不断完善高电压 直流传输系统，切实提高了系统的稳定性。目前，高电压直流 传输已经成为处理高电压、大容量、长距离输电的关键手段， 文章以此为前提，对高电压直流传输进行了全面分析，希望为 有关单位提供帮助 Ｊ－ 上 上 Ｔ Ｔ Ｔ 输 ｕ线 Ｊ－ Ｊ＿ ｒ Ｔ Ｔ Ｔ ｌ高电压直流传输技术分析 高电压直流传输主要是在稳定直流电无感抗、无容抗作 用以及无同步问题的优势下．利用整流器将交流电变成直流 电的形式．之后再以逆变器为基础．将直流电转变成交流电大 功率远距离直流传输的方式 其中最典型的双极高电压直流 传输系统结构图如图１所示 诺越器 驰朴惦 交｛螽谑波器羌功朴钳 图１双极高电压直流传输系统结构图 （１）变压器．．换流变压器能够为阀桥提供适当等级的不解地三 相电压．因为变压器阀侧不能接地．所以换流器的正端或负端 经常接地ｌｌｌ。（ 平波电抗器。由于平波电抗器的电感较大，经常 串联在换流器的直流输出端，能够控制直流电流的上升，导致 在主系统中．主要包括变压器、平波电抗器、谐波滤波器、 无功补偿设置以及整流器和逆变器等元件，各元件的作用为： ＋－量＋—量＋— ＋— ＋－ ＋一 ＋－量＋— —量＋＿ 发生事故。另外，还能抑制直流侧脉波的谐波分量，避免对高 频通道造成干扰 （ 谐波滤波器。谐波滤波器的设置能够起到 ＋．壬 ＋－ ＋＿圣＋＿圣 （１）解析法 该方法主要是利用配电网系统结构和元件功 是根据一些可靠性指标对设计方案进行评价或更改；②可靠 性排列法。对特定指标进行排序后选择可靠性强的方案；⑧可 靠性优化法 主要对方案使用的经济价值进行计算，以提高和 改善经济价值为主；④基于实际法。在保证配电网规划整体性 的基础上．合理规划安全、经济的通电线路．同时统一分析配 电网运行中所使用的设备．确定适合该地环境的设备类型，在 能之间的逻辑关系所建立的可靠性概率模型，并利用相关方 法对模型进行解析后得出结论。常见的解析方法有：①最小割 集法 利用直接割集和间接割集来分析各元件对负荷点可靠 性指标的影响程度进行分析；（ 概率分布法，主要利用计算机 技术对各种容量状态下的稳态概率指标进行计算；⑧网络等 值法．主要将复杂的配电系统网络结构更加趋于简单化； 故 障扩散法．主要基于故障模式与后果分析的方法，通过对故障 保证安全性的基础上．选择成本合理的方案．以提升配电网电 能运行的安全性和稳定性 所造成的影响分析来进行可靠性评估。解析法通过合理的数 学模型和算法，具有模型精度高、技术先进等优点，但缺点在 ４结语 综上所述，可靠性和经济性是保证配电网稳定运行的两 于负荷水平低，不适用于大规模的电力系统评估中。 个重要指标．在配电网规划中体现可靠性和经济性相协调的 （２）模拟法。随机对系统元件进行分析，井利用计算机技 意义在于．提高配电网整体规划质量．在保证配电网电能输送 术进行实际情况模拟．以对需要评估的可靠性指标进行估算， 稳定的同时．还需对成本进行有效控制。以提升配电网规划方 该方法适用于非指数分布的元件、计划和检修中，模拟法主要 案的可行性和实用性，促进配电网的持续发展。 包括以下几种：（Ｄ蒙塔卡罗模拟法，该方法主要利用概率的随 机特点．渗透分析元件的故障率、预停电计划、检修作业等对 参考文献 可靠性评估造成影响的因素，以得到相对系统、直观的可靠性 ［１］ｆ￣林，焦岗，田浩．可靠性与经济性相协调的配电网规划方法ＩＪ］． 指标：（ ２）人工神经网络模拟法，这是对人脑工作状态及思想进 电网技术，２０１０，３４，３２４（１１）：１Ｏ６～１１０． 行模拟的一种方法，具有高精度、高效率的特点，可在短时间 内处理多个故障问题．但这种方式在应用过程中对数据要求 较高．同时也不适用于规模较大的电力系统中。 ［２１４￣－雄．可靠性与经济性相协调的配电网规划方法…．科技展望， ２０１６，２６（３２）：７８． 『３１穆永铮，鲁宗相，周勤勇，等．基于可靠性均衡优化的含风电电网协 （３）混合法。结合实际情况将模拟法和解析法有机结合起 来．这是目前使用最为广泛的方法，综合比较这两种方法的优 点和缺点，在利用解析法的过程中，若系统规模过大，可使用 模拟法进行评估 ３．２．２配电网经济性评估方法 调规划叨．电网技术，２０１５，３９（１）：１６￣２２． 收稿日期：２０１７—４—１９ 作者简介：彭斌（１９８３一），男，工程师，本科，主要从事配电网 规划工作。 配电网经济性评估的方法有：①绝对可靠性评价法。主要 ２１８电力讯息 ２０１７年５月上 控制谐波、降低旋转电机和电容器谐波损耗的作用．避免局部 过热或谐波谐振，同时还能预防音频通道受到干扰。 无功补 偿装置。一般来说．直流线路中是不需要无功功率的，但是换 流器在运行过程中会造成无功功率的大量损耗．针对这种状 信线路及交流输电线路之间的距离进行合理选择．尽量避免 干扰，使线路中心线和其他设备之间保持一定的距离。通常来 说对于＋５００ｋＶ的直流传输系统，其走廊宽度要大于５０１ｎ： －２ 对地距离以及交叉跨越间距 在确定对地距离及交叉跨越间 况，一定要设置无功补偿装置．．，５）整流器和逆变器．．要想在高 电压直流传输中顺利完成整流和逆变．一般要接成３相桥式 距时．要先确定影响导线对地最小距离的决定因素．即合成场 强和离子流密度。为了确保系统的安全性．对地距离一般控制 电路。单桥式的组成包括６个晶闸管。直流电压是６脉动，双 桥式由两个单桥式组成．直流电压为的ｌ２脉动 、 在１６～２０ｍ之间，如果高电压直流传输线路和公路、弱电线 ２高电压直流传输技术在应用中存在的问题 对于高电压直流传输应用而言．其中仍然存在着一些问 题．具体包括以下几点：①直流偏磁存在问题．．当直流电流通 路、电力线路以及铁路等出现交叉现象时，交叉跨越间距就会 增大。在这种情况下，线路路径选择要认真分析地形条件．减 小交叉跨越间距和高度，防止出现大高差、大跨越的情况＿］ｌ ４＿３突发性恶劣天气的应对 过接地极流入大地中时．不仅会选择符合要求的金属管件流 通电流，对管件造成腐蚀．在周围还会形成一个固定的直流电 场．而电场的强度会随着接地极与之距离的增加而减小。在变 压器绕组中直流电流较大时．变压器铁心磁会出现饱和现象． 从而出现损耗增加、温度上升、噪音增加等问题．对变压器的 运行造成严重影响。因此，控制变压器的直流偏磁是一个亟待 解决的问题１２］：（２）高电压直流传输谐波传变特性与谐波不稳定 问题 ，高电压直流传输换流器是一个有效的变换装置，能够将 电压、电流变换成为另外一种状态。如果在理想情况下，高电 压直流传输的两侧只是会产生特征谐波．但是实际情况却不 理想，如交流系统电源较大、存在换相电抗等．这些都有可能 导致非特征谐波的产生 另外．除了在正常运行方式产生非特 征谐波之外．发生故障时也会产生，导致高电压直流传输谐波 存在不稳定的问题 ３高电压直流传输谐波稳定性控制措施 在高电压直流传输中，谐波不稳定具有非常大的危害，要 想控制ＨＶＤＣ谐波的稳定性．最有效的方法就是在交流侧或 者是直流侧设置一组滤波器，用来修改交、直流系统中的谐振 频率，从而使系统中的谐振点错开谐波源的频率．．｝Ｂ如，某直 流传输工程在发生了多次谐波谐振问题之后．就在换流母线 上面安装了一台滤波器．其调谐点为五次谐波．正式投运之 后．取得了非常好的效果，谐坡情况有所改善．再没有发生谐 波不稳定的情况．．再比如．某背靠背工程在发生二次谐波之后 就变的非常不稳定．这时在交流母线上面安装一个滤波器，就 能有效消除谐振现象，使问题得到很好的解决。在变压器发生 直流偏磁之后．就会向交流系统中灌入幅值比较大的三次谐 波．为了防止产生较大的危害，换流母线也应该通过配置三次 谐波滤波器的方式来消除其中存在的影响 ４高电压直流传输策略 ４．１科学选择换流站站址及接地极极址 对于高电压直流传输工程来说，换流站是其中非常重要 的一个建设项目，只有科学选择换流站站址．才能切实保障高 电压直流传输系统的稳定运行 在实际选址过程中，通常要遵 循以下原则：（１）该站址是否满足大规模设备运输的要求；②该 站址是否接近水源．能够在短时间内获取足够的水源；⑧该站 址是否会造成环境损坏，尤其是电磁影响．是否会对周围的通 信线路产生干扰 而对于接地极极址的选择而言，要认真遵循以下原则：④ 要求极址场地可用面积足够、土壤具有较强的导电性、导热性 能好以及表层土壤厚度高等；（ 如果两个或者多个接地极在 同一个地区内．那么要对其共用极址方案进行认真论证。 ４．２合理选择线路路径 线路路径的选择主要包括以下几点：①走廊的宽度。对通 前几年，由于全国大范围内降雪，导致我国电网遭受了非 常严重的影响，无法在大雪天气得正常运行，其经济损失非常 严峻 通过这场大雪带来的教训，在之后设计高电压直流传输 工程时，要对这种恶劣天气进行充分考虑．从而确保电网的正 常运行。在应对这种突定性的恶劣天气时．最重要的一个环节 就是选择导线，这是高电压直流传输中不可缺少的一个环节． 对传输特性、环境问题、经济状况以及线路输送容量等具有严 重的影响 ．导线的选择原则为：（ 不能对整条线路的传输能力 进行限制； 要具有较强的机械强度和过载能力；⑧对于冰荷 栽下的铝导线，其安全系数一定要特别高．避免重冰区线路出 现断股现象：④要具有较好的弧垂特性，尽可能降低杆塔的高 度：⑧充分满足环境参数的需求。 ５结束语 综上所述，高电压直流传输在我国电力开发、海岛电缆供 电以及大电网互联等方面有着非常可观的前景，不仅成本低、 损耗小、稳定性强．而且还能保证系统的正常运行 尤其是 ＨＶＤＣ技术的应用．更加促进了高电压直流传输系统的发展 参号文献 ［１］孙蔚，姚良忠，李琰，王志冰，迟永宁．考虑大规模海上风电接八的 多电压等级直流电网运行控制策略研究ｆＪ１．中国电机工程学报， ２０１５，０４：７７６￣７８５． ［２］常非，王一．王一振，许树楷．基于模块化多电平变换器的高压直 流输电故障特性与控制保护ｌＪ１．高电压技术，２０１５，０７：２４２８～２４３４． ［３】曾丹，姚建国，杨胜春，王珂，李亚平．柔性直流输电不同电压等级 的经济性比较【ｊ１．电力系统自动化，２０１１，２（１：９８～１０２． 收稿日期：２０１７—４—３ 作者简介：符健（１９９４一），男，土家族，贵州贵阳人，学生，在读 本科生．研究方向为高压变频调速器中的技术研究
