直流输电的运行和控制研究

张舒雅

摘 要：随着我国电力网络规模的增速发展，电力建设层次不断提升，而在电力各项技术应用中，直流输电技术则是最为主要的供电技术方式，被广泛应用到电力传输的各个环节。在传统直流输电技术中，多是使用半控型半导体材料晶闸管电流源换流器，往往会出现供电中断的一系列问题，影响了供电效果，增加了电力企业经济负担，使用过程的缺陷，严重制约了电力扩大发展，而轻型直流输电技术主要是利用全控型半导体材料绝缘栅双极晶体管电压源换流器，这种设备大大提高了技术含量，不但在体积上变小，而且还能自由控制线路有功功率和无功功率比例关系。文章主要就轻型直流输电技术运行进行介绍，进一步提出可行的控制措施与方法，以此全面提高技术应用效果，保证电力良好稳定供应。

关键词：直流输电；运行和控制；电压源换流器

目前，我国直流输电线路还依然使用高压输电的基本控制方式，主要使用的是晶闸管技术和移相换流器技术，这两项技术支撑电力运行，也是当前使用频率非常高的应用技术，在电力的大功率和远距离传输过程中，起到重要的作用。但是，晶闸管有其自身的缺陷，在电力供应过程中，因为自身存在问题，往往会造成换相时电量损耗较大的问题，同时，使用这项技术接线复杂，占地面积较大，个别线路存在谐波电流，整体功率性能指标并不高，体现不出快捷与方便。在这种情况下，为了保证电力供应的稳定性，避免出现不稳定现象，克服直流输电问题，出现了轻型直流输电技术，技术一经面世则得到了广泛好评，当前已经是最为普遍的应用技术。

1 轻型直流输电技术特点

1.1 自由控制功率

通过这种设备运行，可以大大降低事故率，同时还能自由控制线路中有功功率和无功功率指标，使各项指标趋于稳定运行的状态，同时，还能根据系统功能特点，设置功率因数，使不同部位的功率调节功能全面增强。

1.2 独立控制

在强大信息技术支撑下，与计算机联网，实现了整流和逆变站之间的信息交换，而不像传统技术那样，在不断的进行通信数据交换与备份，这种技术独立性强，可以使每个站功能形成独立控制，保证供电的安全性。

1.3 系统不需添加无功补偿装置

采用先进的脉宽调制技术，在运行过程中，只需交流侧添加体积较小的高通滤波器，就可以实现功能补偿。在技术的推动下，技术还在不断发展过程中，当前，已经完全实现了不需要滤波器辅助就能进行补偿的良好效果。系统直流侧配置电容可以形成有效的滤波，全面有效降低系统谐波分量，且能够在短时间内实现对电能大量的存储，使系统振荡得到了有效的抑制，保证了系统安全性。

1.4 适合恶劣环境工作

线路设置上，也改用了新型直流电缆，这种线路有较高的强度，同时还方便施工，掩埋起来较安全，在恶劣的环境中能够正常工作，适用深海环境线路的铺设作业，满足不同环境、不同气候、不同地质的需求。

1.5 采用模块化的设计

这种设备集成性强，体积小，不占用更多的地方，同时使用起来也安装方便，便于维护与保养，运行过程中，没有噪声，不污染环境，放射波对人体的危害不大。整体来看，特别适用新能源发电直流输电和向无源交流网络供电，应用领域较广泛。

2 轻型直流输电控制系统结构和原理

2.1 控制系统的结构

可以说，电压、电流和功率是直流输电系统最为重要的几项参数，不论哪种情况，都会对参数产生影响，如果系统在运行中，供电负荷出现小的变化、电压呈现不稳定波动，则会扰动参数出现微妙变化，影响供电的稳定可行，要想实现安全供电，稳定供电，则需要在直流输电系统中做好动态设计，使系统运行更加科学，要通过有效的控制，对动态响应特性进行分析与预防，形成完善的控制策略，使结构组更加合理。在设计过程中，需要把握好几个单元的概念：一是测量显示单元的设计，实现对系统电气、机械和热量等参数信息实时进行测量、记录和显示等，这样才能保护系统良好运行。二是设计脉冲产生单元，对脉冲输出功能做控制。三是保護单元的设置，通过对系统的良好保护，实现系统换流桥，防止系统工作过程中出现意外事故，避免出现设备受损。四是程序控制单元的设计，主要作用是在上述三个单元功能协调运行基础上，保证工况发生变化的时候，能够快速反应，实现对换流阀的良好控制，保护系统安全运行。

2.2 控制系统的原理

轻型直流输电技术最关键的部件是电压源换流器，输电线路接受端和发送端都是这种设备，先进的电压源换流器，能够保证电力供应安全，两个换流器结构是一样的，属于两电平六脉动型设置，直流侧主要是对线路电压进行控制，换流器对线路滤波起到良好控制，交流滤波器则实现对交流侧谐波滤除。轻型直流滤波技术主要是脉宽调制技术，将给定的正弦波和三角载波做比较，以决定线路中每个桥臂开关的通断时间。当线路中的直流侧电压恒定时，脉宽调制中的正弦信号和三角载波幅值的比值控制在0～1的范围内，且电压源换流器中的有功功率和无功功率取决于其输出电压的相位和幅值，使用过程中，能够通过控制脉宽对相应信号进行调解，保证线路有功功率和无功功率传输方向符合运行标准，以此全面保证有功功率和无功功率实现相互独立的调节作用，维护系统运行的稳定性。

3 轻型直流输电系统控制方式

轻型直流输电系统控制方式应用较为普遍，技术应用主要体现在发电、供电、配电及无功补偿等领域，充分发挥着重要的作用，保证供电用电的安全与稳定。如果使用了轻型直流输电技术，则能够实现长远距离的电力供应，使油田、矿井和山区用电成为现实，大大提高了供电距离与效果，满足了不同地区对电能的需求，同时也有效降低了运行的成本，减少了投入费用，对环境没有任何的污染与破坏。不占用更多的建立电站所需土地，体积不大，充分体现了占地小、功能强的特点。通过轻型直流输电技术实现小规模发电厂和电网之间有机连接，能够降低电网连接成本，允许发电机在工作过程中采用不同的电网频率或者采用变频率工作方式，将交流电压稳定在一个固定值。在轻型直流输电系统中，任何一个站都能够独立完成不同的功能，这种拓展的功能，大大提高了供电的稳定性与可靠性，运行时，一定要保证有功潮流实现根本性的平衡，也就是说，需要确保电网有功潮流和电网有功功率跟直流损耗之差是相一致的，如果出现差异，就会造成系统电压不稳定，出现快速调节，导致供电事故的发生。要想保证供电的稳定，则需要两个换流站一个用来完成对系统中功率的调节，而另外一个完成对系统直流电压调节。为了实现稳定性，当前最为常见的控制方式有如下几种类型。一是定直流电压控制方式，通过这种方法，能够保证对直流输电线路中母线电压和交流侧无功功率的良好控制，确保供电稳定。二是定直流电流控制方式，通过这种方法，能够对直路电流和无功功率实现稳定的控制，实现供电系统整体功能发挥。三是定交流电压控制方式，这种方法的应用，大大提高了供电安全性，实现对交流母线电压科学良好的控制，保证了电压运行过程的稳定。四是定无功功率控制方式，这种方法的出现，能够大大保证交流侧输出无功功率得到有效控制。通常，定直流电压和电流控制方式常用在两端都连接有源网络的输电线路中。

4 结束语

技术的发展与进步，大大提高了供电用电的稳定性，随着轻型直流输电技术的推广与普及，多数供电单位均选择了先进的电压源换流器方式，这种新型高压输电技术大大提高了供电能力，是传统直流输电技术的创新形式。电路功率也实现了双向流动，从根本上降低输电系统交流侧谐波，在未来发展过程中，只有不断创新技术形式，才能推动电力发展，满足不同条件下的电力需求。

参考文献

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