試析高壓直流供電技術(shù)及其應(yīng)用前景

崔祎+耿俊秋

摘 要：針對高壓直流供點技術(shù)及其應(yīng)用前景，結(jié)合理論實踐，在簡要闡述高壓直流供電技術(shù)相關(guān)概述和優(yōu)勢的基礎(chǔ)上，分析了高壓直流供電技術(shù)的應(yīng)用前景，最后通過深入分析，得出高壓直流供電技術(shù)對提高電力運行的穩(wěn)定性和安全性有重要意義的結(jié)論，希望對相關(guān)單位有些許參考價值。

關(guān)鍵詞：高壓直流供電技術(shù)；優(yōu)勢；應(yīng)用前景

中圖分類號：TM721 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）34-0149-02

引言

我國是在1882年開始應(yīng)用直流供電的方式來輸送電能，隨著我國科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，直流供電技術(shù)取得了快速發(fā)展，本文基于高壓直流供電技術(shù)的優(yōu)勢，對其具體的應(yīng)用前景做了如下分析。

1 高壓直流供電技術(shù)相關(guān)概述

一套完善的高壓直流供電系統(tǒng)主要由：換流器、換流變壓器、平波電抗器、交流濾波器、直流避雷器、控制保護(hù)設(shè)備等設(shè)備共同組成。在高壓直流供電系統(tǒng)中，只有在輸電階段為直流電，而用電系統(tǒng)和發(fā)電系統(tǒng)則仍然是交流電，當(dāng)交流電經(jīng)過換流變壓器升壓以后，再重新輸送到整流器當(dāng)中。而整流器的主要部件是硅變流器，其主要功能是把高壓交流電轉(zhuǎn)變?yōu)楦邏褐绷麟?，然后再次輸送到相關(guān)電力系統(tǒng)當(dāng)中，然后進(jìn)入逆變器當(dāng)中，把在高壓直流電轉(zhuǎn)化為高壓交流電，然后再通過相關(guān)環(huán)路器進(jìn)行降壓，然后輸送到相關(guān)設(shè)備當(dāng)中。

2 高壓直流供電技術(shù)的優(yōu)勢

2.1 技術(shù)方面的優(yōu)勢

2.1.1 大幅度提升了供電的可靠性和安全性

在供電系統(tǒng)中，應(yīng)用高壓直流供電技術(shù)的主要目的是提高電力系統(tǒng)運行的安全性和可靠性。傳統(tǒng)的UPS系統(tǒng)中組件大多數(shù)為串聯(lián)關(guān)系，單體可靠性遠(yuǎn)低于單個組件的可靠性。而直流供電系統(tǒng)而言，系統(tǒng)中各個模塊通過并聯(lián)的方式相互連接，因此，不可靠性是各組件連乘結(jié)果，其總體可靠性遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于單個組件的可靠性。無論是理論計算還是實際應(yīng)用案例都表明，高壓直流供電系統(tǒng)的可靠性遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于UPS系統(tǒng)。比如：某省與2012年引進(jìn)高壓直流供電系統(tǒng)，截止2016年底，一次電力系統(tǒng)癱瘓的故障也沒有發(fā)生。

2.1.2 能耗比較低

傳統(tǒng)UPS主機(jī)為在線雙邊換型，如果電力系統(tǒng)的負(fù)載超過50%以后，電能的轉(zhuǎn)化效率和開關(guān)電源基本一致。但是在具體應(yīng)用過程，為保證UPS系統(tǒng)的可靠性和安全性，往往采用n+1（n=1、2、3、4）的運行方式，再加上諧波和波峰因數(shù)的影響，UPS很難滿足具體需求。很多UPS系統(tǒng)通常情況下，使用到中后期的才能達(dá)到設(shè)計負(fù)載率，而其轉(zhuǎn)換效率也只有75%～80%[1]。

而直流電源供電技術(shù)在具體應(yīng)用過程中，采用了模塊化結(jié)構(gòu)，輸入負(fù)載可以進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，從而促使整流器模塊的負(fù)載率始終保持在較高的水平，其線損率往往在1.5%左右，大大降低了電量的損失率。

2.1.3 大大改善了輸入?yún)?shù)

通過大量測試發(fā)現(xiàn)，UPS主機(jī)加裝12次濾波器以后，其輸入功率因數(shù)通常在0.8～0.9，最大時能達(dá)到0.95，電流諧波含量經(jīng)常在7.6%左右。

而高壓直流供電系統(tǒng)在具體應(yīng)用過程中，如果系統(tǒng)處于額定工況下，開關(guān)整流器的輸入功率因數(shù)可以達(dá)到0.99，而電流諧波含量往往在5%以下。通過改善輸入?yún)?shù)可以大大降低前端設(shè)備的容量，也可以行之有效地降低補(bǔ)償電容的耐壓要求。

2.2 建設(shè)投資

大量實例表明，相比于UPS系統(tǒng)，在電力系統(tǒng)中采用高壓直流供電技術(shù)能夠降低建設(shè)投資約35%～40%。采用高壓直流供電，不但可以實現(xiàn)電源系統(tǒng)的分期建設(shè)，同時相關(guān)設(shè)備和模塊也可以見分期建設(shè)。就建設(shè)投資折現(xiàn)率而言，高壓直流供電方案的投資節(jié)約率明顯高于UPS系統(tǒng)[2]。

2.3 運維成本

電力系統(tǒng)的運維成本包括兩個方面：一方面電費成本，另一方面是維修成本，在具體應(yīng)用過程中雖然轉(zhuǎn)換率的提高，高壓直流供電系統(tǒng)能夠大大降低電費成本。同時高壓直流供電系統(tǒng)在具體應(yīng)用過程中，采用了模塊化的結(jié)構(gòu)，可以隨時進(jìn)行替換，維修加個可以根據(jù)市場價格逐步調(diào)整。

3 高壓直流供電技術(shù)的應(yīng)用前景

3.1 高壓直流技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

高壓直流技術(shù)在具體應(yīng)用過程中，有多種電壓可供選擇，但畢竟我國高壓直流供電技術(shù)的起步比較晚，在具體應(yīng)用過程中，極度缺乏后端設(shè)備的保障。因此，供電電壓選擇時，就必須充分保證整個電力系統(tǒng)可以在不同模式下都可以運行，目前我國高壓直流供電的標(biāo)稱電壓達(dá)成一致，比如：確定使用240V電壓等級。

近年來，我國社會經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，對供電電源的要求提出了更高的要求，高壓直流供電技術(shù)應(yīng)運而生，但是在具體應(yīng)用過程中，高壓直流電源的發(fā)展并不是非常順利，受到很多因素的制約。

第一，缺乏有保障的后端設(shè)備的支持，雖熱很多試點中后端設(shè)備能夠滿足高壓直流供電的具體需求，但是此種電源標(biāo)準(zhǔn)并不是后端設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)電源，使得整個系統(tǒng)在具體應(yīng)用過程中往往會存在較大風(fēng)險，包括：技術(shù)風(fēng)險，高壓直流供電的后端設(shè)備有很多，存在一些設(shè)備不支持高壓直流電源的問題，因此，在具體應(yīng)用過程中，需要對相關(guān)的設(shè)備進(jìn)行檢測，必須通過實際運行才能檢測出來，而此種檢測需要一定時間，也就是時候在檢測結(jié)果沒有出來之前，風(fēng)險也就得不到有效解決。法律風(fēng)險，如果高壓直流供電系統(tǒng)在改變合同約定的情況下進(jìn)行運行，運營商就會處于不利的境地，面臨極大的風(fēng)險考驗，導(dǎo)致電力的提供方和使用方都陷入法律糾紛當(dāng)中[3]。

第二，電源系統(tǒng)定型和定量的制約。發(fā)展至今，我國高壓直流供電技還沒有相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行支持，在具體應(yīng)用過程中比較缺乏相關(guān)技術(shù)的引導(dǎo)，導(dǎo)致高壓直流供電產(chǎn)品仍然沒有最終定型。

第三，配套器對高壓直流供電技術(shù)發(fā)展的制約。在高壓直流供電系統(tǒng)中，有很多比較罕見的器件，包括：熔斷器、斷路器等保護(hù)元件。這些元件對運行環(huán)境有很高的要求，如果處理不當(dāng)勢必會對高壓直流供電技術(shù)的發(fā)展造成嚴(yán)重限制。endprint

3.2 高壓直流供電技術(shù)應(yīng)用的推進(jìn)

大量實例表明，影響高壓職工供電技術(shù)難以大規(guī)模應(yīng)用因素有很多，最嚴(yán)重的原因在于缺乏后端設(shè)備高壓直流供電的標(biāo)準(zhǔn)化。但我國后端設(shè)備極度缺乏保障技術(shù)，特別是IT設(shè)備，大多數(shù)的IT設(shè)備被應(yīng)用在互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)、高新技術(shù)行業(yè)等新技術(shù)領(lǐng)域，在電力企業(yè)的應(yīng)用還比較少，僅僅憑借通信行業(yè)很難有效退訂電源標(biāo)準(zhǔn)的改進(jìn)，同時也要通過電視、廣播、網(wǎng)絡(luò)、雜志，宣傳高壓直流供電技術(shù)應(yīng)用的重要性，提高社會各界人士對高壓直流供電認(rèn)知度[4]。同時編制具有國家法律效應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，同時積極推動高壓直流供電的IT設(shè)備的應(yīng)用。當(dāng)后端設(shè)備能夠切實滿足高壓直流供電的需求以后，并大規(guī)模商用以后，電源系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化的相關(guān)問題也就迎刃而解了。同時市場化也將進(jìn)一步推動前端電源零部件的研發(fā)和生產(chǎn)，就可以行之有效地解決電源系統(tǒng)對高壓直流供電技術(shù)應(yīng)用的限制。

3.3 高壓直流供電技術(shù)的應(yīng)用前景

高壓直流供電技術(shù)在可靠性、安全性、節(jié)能性等方面比傳統(tǒng)UPS系統(tǒng)有非常大優(yōu)點，當(dāng)后端設(shè)備的適應(yīng)性、電源系統(tǒng)的定型與量產(chǎn)、配套器件等問題解決以后，高壓直流供電的相關(guān)技術(shù)一定會得到廣泛的運用。比如：寧東-山東直流輸電工程±660千伏在2011年2月28日投入使用，山東省的外送電能從350萬千瓦提升到了750萬千瓦，通過不完全統(tǒng)計，當(dāng)±660千伏高壓直流供電工程落實以后，每年大約節(jié)約原煤1120萬噸，減少二氧化碳排放5.7萬噸，二氧化碳年排放量降低了1.2個百分點，對建立環(huán)境友好型社會奠定了良好基礎(chǔ)[5]。

4 結(jié)束語

綜上所述，高壓直流供電在電網(wǎng)互聯(lián)、長距離運輸?shù)确矫嬗蟹浅Ｖ匾淖饔?，目前我國電力資源主要表現(xiàn)為西電東送，南北互供的狀態(tài)，通過科學(xué)合理的應(yīng)用高壓直流供電技術(shù)充分提高電力運行的穩(wěn)定性和安全性。從中可以看出，隨著新技術(shù)和新能源的開發(fā)應(yīng)用，高壓直流供電技術(shù)仍然有非常廣泛的前景。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳偉鋒.240V高壓直流供電技術(shù)在通信行業(yè)的運用分析[J].通訊世界，2016（04）：18-19.

[2]王振中.高壓直流供電技術(shù)及其應(yīng)用[J].現(xiàn)代電視技術(shù)，2016（02）：96-99+70.

[3]王國志.高壓直流供電技術(shù)及其應(yīng)用前景[J].福建質(zhì)量管理，2015（12）：209.

[4]焦金濤，李寶巖，楊博.我國高壓直流供電技術(shù)應(yīng)用探析[J].通信電源技術(shù)，2015，32（01）：64-66+70.

[5]齊國富，田雨，杜玉剛，等.論240V高壓直流供電技術(shù)在油田信息機(jī)房中應(yīng)用的可行性分析[J].中國管理信息化，2014，17（13）：52-53.endprint