低压直流供电与柔性直流输电及超高压直流输电的研究

低压直流供电与柔性直流输电及超高压直流输电的研究

赵思远张辰禹黄珣陈鑫

（国网冀北电力有限公司经济技术研究院北京100000）

摘要：近年来，我国社会经济以及科学技术水平得到了有效提升，同时人们的生活水平也在不断的提高，人们对于高品质生活也有了新的追求，不同类型的用电设备能够为人们提供一定的便利，这样一来也提升了对于供电系统的技术要求。本文综合分析了不同类型的输电方式，包括低压直流供电、柔性直流输电以及超高压直流输电，深入探讨了各种输电方式的结构以及相应的维护控制方法，进而提出自己的建议与看法，希望能够为相关电力事业的发展做出一定的贡献。

关键词：低压直流供电；柔性直流供电；超高压直流输电

引言：

我国的电力主要以煤电和水电为主，在资源分配上有着十分不合理的现象，需要经常性的进行远距离电力输送。输配电水平的提升能够有效的提高我国总体电力供应质量，其中最具有代表性的输电方式包括低压直流供电、柔性直流供电以及超高压直流输电，本文对这三种输电模式进行了深入的分析，并且对其保护控制方法进行了一定研究，提出了相应的对策以及建议。

一、低压直流供电

（一）低压直流供电系统构成

为了保证电力系统正常运转，也就是在孤岛以及接入电网状态下实现电力系统稳定连续供电，需要运用到低压直流供电技术。在直流供电系统构成中，交直流转换装置是通过两个电源型整流器采取并联的方法形成，两个整流器普遍使用的控制方式为脉宽调制，并且配备了绝缘栅双极型晶体管，一方面能够对电压进行调节，使其持续稳定的保持在正常需求基础之上，另一方面也可以减少交流系统内部谐波的涌入，最终目的是为了提高系统运行的稳定性，能够使得系统在孤岛模式下进行作业。分布式发电设备利用电源型整流器，可以实现与直流系统的关联，目前技术水平下，这种方式相对比较简单便捷，稳定性高，可以保障供电的持续稳定。

（二）低压直流供电系统的质量可靠性

随着人们对于电力需求的不断提高，电力用户逐渐关注的重点在于电力供应的稳定性以及质量方面，电能质量对于敏感类负载有着较大影响，而可靠性对于应急负载有较大影响，数据类以及商业类负载对于两者同时有着更高的要求。所以使用直流供电可以有效的提升电能质量，并且增强供电稳定性，降低消耗与成本，进而提升经济效益。

对于供电可靠性有着较大影响的是电力电子器件，一旦电子元件发生故障就会影响到供电的稳定，而元件故障容易受到负载和温度的影响，所以低压直流供电系统中的电力电子元器件需要具备一定的承载能力，同时可以对温度波动有着良好的适应性。

（三）低压直流供电系统保护以及控制

低压直流供电系统运用了相当多的熔断器以及断路器，一旦出现电力过载或者短路的话，系统就可以自动的对电源进行切断，进而有效的保护系统运行安全。此外，在直流系统电压降低的时候也可以使用交流断路器，不过需要注意的是对保护整定方法进行重新制定。低压系统运行过程中常见的故障为就地故障，电流保护装置对于交流系统运行有着良好的保护作用，不过由于工作原理很难直接作用在直流系统运行中，因此需要作出另外的设计。

低压直流供电控制系统可以有效的解决不同设备控制器之间的冲突，并且降低瞬变状态对于供电稳定性的不利影响。此控制系统是在电流控制的基础上，实现对设计的法值和用户命令进行一定的应对，能够使用对电力的控制来完成对于电压的稳定控制。

二、柔性直流输电

（一）柔性直流输电换流器技术

柔性直流输电换流器主要分为可控电源型以及可控开关型，可控电源型换流器由于其内部不同桥臂中分散着储能电容，所以能够利用对桥臂等效电压的改变来实现交流侧输出电压的变化。具有代表性的就是模块化多电平换流器，能够根据改变桥臂内串联子模块数量从而完善等效电压，由于子模块的类型不同，一般划分为钳位双子模块型、全桥型等。模块化多电平换流器具备着很多应用优势，包括开关频率应力低、谐波含量少等等，不过其缺点也相对比较明显，由于串联的子模块较多，因此增加了系统处理所需要的数据量，对于控制系统的要求有了明显提高，同时很难在直流出现问题的时候实现交流格力，降低了系统运行稳定性。

由于桥臂中有着大量的串联开关器件，因此需要注意由于开关通断引发的动态静态均压故障。两电平换流器运行起来相对比较简单便捷，不过在交直流侧都存在着大量的谐波，必须要装置滤波器才能保证其正常运行，此外，其开关频率相对较高，加大了换流器的损耗。三电平换流器的开关频率低，谐波含量也少，不过其应用结构相对复杂，成本较高，不利于稳定性提升。

（二）柔性直流输电控制和保护

柔性直流输电控制系统能够满足对于有功以及无功两种类型控制器的启停操作，同时也能够对其稳态的功率进行调节。无功控制器可以实现对于交流电压和无功功率的控制，有功控制器能够实现对于直流电压和有功功率的控制，在系统运行的同时，两者相互合作，最大化的保证系统安全稳定运行。

柔性直流输电控制保护系统与传统的直流输电有着较大差异，其阀级的控制保护系统更加复杂多变，尤其是在模块化多电平柔性直流输电系统中，其阀体保护主要来自于阀级控制器，换流站及控制器的作用难以得到良好的体现，所以需要正确的把握保护控制实际，要保证高速同步控制，进而实现控制系统的实时性保护控制。

三、超高压直流输电系统

（一）超高压直流输电结构

超高压直流输电系统主要包含了换流变压器、平波电抗器、控制保护装置等等方面。其中换流器也被称作为换流阀，是换流站运行的关键装置，可以实现整流以及逆变，换流阀的导通主要依靠阳极到阴极施加正向电压或者在扪及上市价适当的电压，当电流降为零并且换流阀的电压变为返乡的时候，换流阀会出现导通情况，由于换流阀具有着承受正反向电压的能力，因此能够实现交流以及直流的转换。平波电抗器具有降低直流线路的谐波电压和电流、防止逆变器换相失败、避免轻负荷电流不稳定等功能，所以有可能会造成电容器以及电机过热，并且影响到远动通信系统，所以通常情况下，在直流侧以及交流侧都安装有滤波设备。

（二）超高压直流输电系统故障分析

其故障类型包含很多种，换流阀短路故障是相对比较严重的故障类型，整流器阀正常情况下能够承载大量的反向电压，如果反向电压持续提升或者整流器阀出现系统运行故障的时候就容易导致绝缘体损坏，进而造成换流阀短路，引发较大的电力事故。逆变器阀在很多时候能够承受正向电压，不过电压如果过高的话或者上升的幅度以及速率过大，那么就有可能造成短路现象。此外，还有很多比较常见的故障，例如换相失败。由于换流器阀需要在承受反向电压的前提下才可以实现关断，因此，如果在这段时间范围内，换流器阀没有恢复其应有的阻断能力，或者一直没有完成应有的换相，那么在换流器阀处于正电压的时候，就会出现倒换相，使得原本应该开通的阀出现关断现象，进而造成换相失败。

此外，还有阀开通故障，由于直流控制系统故障会造成触发脉冲异常，从而引发换流器的工作出现异常，造成阀出现无开通或者是没有开通的情况。

四、结语

电力系统内部结构复杂，综合了各种不同的技术手段。而随着我国社会经济的不断发展，人们在生产以及生活中对于用电稳定性都提出了更高的要求，电力系统必须要结合不断提升科学技术进行有效创新，尤其是在输配电方面，必须要在国家节能减排的标准下实现最优化输电，本文对于低压直流供电、柔性直流输电以及超高压直流输电三种输电系统进行了系统的分析，包括其系统组成结构以及其相应的保护控制措施，同时提出了自身独特的见解，希望相关的电力工作者能够进行一定的参考，并且在自身实际情况基础之上对方案进行升级和改进，从而有效促进我国电力事业的可持续健康发展。

参考文献：

[1]杨道培.低压直流供电系统稳定性研究[D].上海电力学院，2015.

[2]李子青.超高压直流输电系统故障诊断新方法[J].通信电源技术，2010，（06）：39-43.