低壓直流供電與柔性直流輸電及超高壓直流輸電的研究

1、    低壓直流供電與柔性直流輸電及超高壓直流輸電的研究    劉谞摘 要：隨著經(jīng)濟的發(fā)展和科學技術水平的提高，人們的生活水平也在不斷的提高，各類新型的用電設備在提高生活水平的同時也提高了對于供電系統(tǒng)的要求。本文從各類輸電方式出發(fā)，對低壓直流供電、柔性直流輸電、超高壓直流輸電進行分析，包括他們的結構及其相應的故障類型和保護控制方法，旨在為相關的從業(yè)人員提供參考意見。關鍵詞：低壓直流供電；柔性直流輸電；超高壓直流輸電；1、低壓直流供電1、1低壓直流供電系統(tǒng)結構為了能夠滿足電力系統(tǒng)的要求，即在孤島和接入電網(wǎng)的狀態(tài)下正常運行、連續(xù)供電性、電壓穩(wěn)定行、可擴展性等

2、，在符合現(xiàn)行規(guī)范標準的前提下，提出了低壓直流供電系統(tǒng)的結構，如圖1所示1。直流供電系統(tǒng)結構中ac/dc裝置是由兩個電源型整流器通過并聯(lián)方式構成的，這兩個整流器都采用了脈寬調(diào)制的控制方法，并配備了絕緣柵雙極型晶體管，調(diào)節(jié)電壓并穩(wěn)定在正常需求水平上，同時也能降低交流系統(tǒng)中諧波的流入，其目的是為了提高系統(tǒng)的可靠性，使系統(tǒng)能夠在孤島模式下進行工作。分布式發(fā)電設備通過電源型整流器來實現(xiàn)與直流系統(tǒng)的連接，這種方法比較簡單，穩(wěn)定性比較好，能夠保證供電的連續(xù)性。1、2低壓直流供電系統(tǒng)的質(zhì)量可靠性電力的穩(wěn)定性和質(zhì)量是用戶比較關注的重點，其中電能質(zhì)量對敏感類負載的影響較大，可靠性對應急負載的影響較大，數(shù)據(jù)類和商業(yè)

3、類的負載對于二者都有較高的要求。因此使用直流供電能夠有效的提高電能質(zhì)量，并能進一步的提高供電的可靠性，減低損耗，減少成本，提高經(jīng)濟效益。電力電子器件會影響供電的可靠性，而元件的故障率受負載和溫度的影響比較大，因此低壓直流供電系統(tǒng)中的電力電子器件需要能夠承受一定的負載，并且對溫度的波動有較好的的適應性2。1、3低壓直流供電系統(tǒng)的保護和控制在低壓直流供電系統(tǒng)中使用了較多的熔斷器和斷路器，當出現(xiàn)過載情況和短路的時候，系統(tǒng)能夠自動的切斷電源，保護了系統(tǒng)的運行安全。同時在直流系統(tǒng)降低電壓的時候也可以應用交流斷路器，但要注意的是需要重新的研究保護整定方法。在低壓系統(tǒng)中比較容易出現(xiàn)就地故障，剩余電流保護裝置

4、雖對交流系統(tǒng)有較好的的保護作用，但是因為工作原理而無法直接用在直流系統(tǒng)中，所以需要另行設計。低壓直流供電系統(tǒng)的控制結構如圖2所示，該系統(tǒng)能夠有效的緩解各設備控制器之間的沖突，并減小瞬變狀態(tài)對供電連續(xù)性和質(zhì)量的不良影響。該控制系統(tǒng)的基礎是電流控制，能夠針對設計的閾值以及用戶的指令來作出相應的反應，可通過對電流的控制來完成電壓的穩(wěn)定控制。2、柔性直流輸電2、1柔性直流輸電換流器技術柔性直流輸電換流器根據(jù)橋臂等效特性將換流器分為可控電源型和可控開關型，可控電源型換流器的各個橋臂中分散著儲能電容，因此可以通過對橋臂等效電壓的改變來實現(xiàn)交流側輸出電壓的變化3。比較典型的代表就是模塊化多電平換流器，可通過

5、改變橋臂內(nèi)串聯(lián)子模塊個數(shù)來完成等效電壓的改變，根據(jù)子模塊的類型可分為鉗位雙子模塊型、全橋型、半橋型等；級聯(lián)兩電平換流器也屬于可控電源換流器，它是由半橋電路級聯(lián)而成的。模塊化多電平換流器具有無需濾波裝置、模塊化設計、開關頻率應力低、諧波含量少、電壓畸變率低等優(yōu)點。但是缺點也比較明顯，因為串聯(lián)的子模塊很多，所以增加了系統(tǒng)處理的數(shù)據(jù)量，加大了對控制系統(tǒng)的要求，并且無法在直流出現(xiàn)故障的時候對交流進行隔離，使得安全性不高?？煽亻_關型換流器可以通過相應的脈寬調(diào)制技術來控制橋臂的斷通，但是因為橋臂存在大量的串聯(lián)開關器件，所以需要注意因開關通斷引起的動態(tài)靜態(tài)均壓問題。兩電平換流器的運行控制和拓撲結構都比較簡單

6、，但是交直流側含有大量的諧波，需要加裝濾波器，同時開關頻率也比較高，使得換流器的損耗比較大；三電平換流器的開關頻率比較低，諧波含量比較少，但是結構卻比較復雜，經(jīng)濟性不好，可靠性不高。2、2柔性直流輸電控制和保護柔性直流換流站級控制系統(tǒng)可以滿足系統(tǒng)正常的啟停操作和穩(wěn)態(tài)的功率調(diào)節(jié)，包括無功和有功兩類控制器，無功控制器實現(xiàn)了對于交流電壓、無功功率的控制，有功控制器實現(xiàn)了對直流電壓、有功功率的控制，運行的時候，二者互相配合又獨立控制，保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性4。柔性直流輸電控制保護系統(tǒng)不同于常規(guī)的直流輸電，其閥級的控制保護系統(tǒng)更加復雜，特別是在模塊化多電平柔性直流輸電系統(tǒng)中，對于閥體的保護主要由閥級

7、控制器來完成，換流站級控制器的作用微乎其微。因此對于保護控制的時機要求比較高，必須要高速同步控制，滿足控制系統(tǒng)的實時性需求。3、超高壓直流輸電系統(tǒng)3、1超高壓直流輸電結構超高壓直流輸電系統(tǒng)主要包括換流變壓器、換流器、平波電抗器、直流避雷器、交流濾波器及控制保護設備等。換流器又被稱為換流閥，它是換流站的關鍵設備，能夠實現(xiàn)整流和逆變，陽極到陰極施加正向電壓或者在門級上施加適當?shù)碾妷耗軌蛴|發(fā)換流閥導通，當電流將為零且閥的電壓變成反向的時候，閥才不會出現(xiàn)導通情況，因為換流閥具備承受正反向電壓的能力，所以可以實現(xiàn)交流和直流的變換5。平波電抗器具有降低直流線路的諧波電壓和電流、避免逆變器換相失敗、防止輕負

8、荷電流不連續(xù)等功能。諧波濾波器，換流器在直流和交流側均會產(chǎn)生諧波電流和諧波電壓，它們可能會導致電容器和電機過熱，同時干擾遠動通信系統(tǒng)，所以在直流側和交流側都裝有濾波裝置。3、2超高壓直流輸電系統(tǒng)故障分析換流器常出現(xiàn)的故障有很多，換流閥短路故障是較為嚴重的故障之一，整流器閥大部分情況下承受反向電壓，在經(jīng)歷反向電壓增大或者閥的系統(tǒng)故障時候將會造成絕緣損壞，導致閥短路；逆變器閥大部分情況下承受正向電壓，在電壓過高以及電壓上升幅度過大的時候會導致閥短路。換相失敗也是比較常見的故障，因為換流器閥需要在承受反向電壓的前提下才能實現(xiàn)關斷，所以如果在這段時間當中閥沒有恢復阻斷能力，或者換相一直沒有完成的情況下

9、，當閥為正電壓的時候，便會發(fā)生倒換相，使得應該開通旳閥出現(xiàn)關斷情況，導致?lián)Q相失敗6。閥開通故障，因為直流控制系統(tǒng)的故障會導致觸發(fā)脈沖異常，造成換流器的工作出現(xiàn)異常，導致閥出現(xiàn)誤開通或者是沒有開通的情況。結束語：文章對低壓直流供電、柔性直流輸電、超高壓直流輸電進行了一系列的分析，對它們的結構進行了簡單的介紹，簡單分析了保護措施和控制方法。相關人員在進行參考的時候需要結合實際情況，對其進行方法改進和優(yōu)化，不斷的推動電力事業(yè)的發(fā)展和進步。參考文獻：1楊道培. 低壓直流供電系統(tǒng)穩(wěn)定性研究d.上海電力學院，2015.2馬為民，吳方劼，楊一鳴，張濤. 柔性直流輸電技術的現(xiàn)狀及應用前景分析j. 高電壓技術，2014，（08）：2429-2439.3湯廣福，賀之淵，龐輝. 柔性直流輸電工程技術研究、應用及發(fā)展j. 電力系統(tǒng)自動化，2013，（15）：3-14.4雍靜，徐欣，曾禮強，李露露. 低壓直流供電系統(tǒng)研究綜述j. 中國電機工程學報，2013，（07）：42-52+20.5李子青. 超高壓直流輸電系統(tǒng)故障診斷新方法j. 通信電源技術，2010，（06）：39-40+43.6林秀麗. 超高壓直