特高壓直流輸電技術(shù)的應(yīng)用探究

史博仁 陳臣 任晨曦 詹穎威

摘要：隨著我國電網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，特高壓輸電線路被電網(wǎng)企業(yè)逐漸應(yīng)用到電網(wǎng)系統(tǒng)中，特高壓輸電線路具有著輸送電流容量大，功率調(diào)節(jié)便利的特點。本文從特高壓輸電技術(shù)概述出發(fā)，探討了相關(guān)技術(shù)的具體應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：特高壓直流輸電;技術(shù);應(yīng)用

引言

特高壓面向我國經(jīng)濟發(fā)展、環(huán)境保護、能源開發(fā)的迫切需求，是國家科技攻關(guān)計劃、科技支撐計劃和重大工程示范的項目。特高壓直流輸電技術(shù)極其復(fù)雜，國內(nèi)外沒有可借鑒的經(jīng)驗，研發(fā)難度極大。

1、特高壓輸電技術(shù)概述

特高壓直流輸電在很多行業(yè)及遠程電力輸送中有重要應(yīng)用，隨著電力電子技術(shù)快速發(fā)展，高壓直流電源性能不斷提高，其技術(shù)也不斷得到更新發(fā)展。相對于傳統(tǒng)交流輸電方式而言，高壓直流輸電用于遠距離或超遠距離輸電中具有更大經(jīng)濟效益，其除了具有常規(guī)直流輸電調(diào)節(jié)速度快、運行可靠等優(yōu)點外，經(jīng)濟性也非常顯著。首先，高壓直流輸電只需兩根導(dǎo)線，線路造價低，有效節(jié)約電纜費用。其次，高壓直流輸電運行電能損耗小，傳輸節(jié)能效果佳。直流輸電導(dǎo)線根數(shù)少，電阻發(fā)熱損耗小，沒有感抗和容抗的無功損耗，且傳輸功率的增加使單位損耗降低，大大提高了電力傳輸中的節(jié)能效果。此外，高壓直流輸電線路占地面積小，節(jié)約土地。

特高壓直流電源是一種將工頻電網(wǎng)電能轉(zhuǎn)變?yōu)樘胤N形式的電子儀器設(shè)備。按輸出電壓極性進行分類，高壓直流電源主要分為正極性、負極性兩種類型。隨著電力行業(yè)快速發(fā)展，高壓直流電源被廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域也有重要應(yīng)用。在具體應(yīng)用環(huán)節(jié)，該項技術(shù)具有較為顯著的節(jié)能效果。相較于傳統(tǒng)電流計算而言，高壓直流電源通常能夠節(jié)能約20%～30%。其重點是在供電系統(tǒng)效率以及后端設(shè)備效率上具有較為顯著的優(yōu)勢。而且供電技術(shù)需要逆變，就必定會對電能造成損傷，但是運用高壓直流電源技術(shù)就能有效防止該問題出現(xiàn)，實現(xiàn)電能的節(jié)約以及使用效率的提升。隨著高壓直流相關(guān)技術(shù)不斷發(fā)展，高壓直流電源應(yīng)用也不斷拓展，在應(yīng)用中體現(xiàn)出顯著的社會效益和經(jīng)濟效益，是一種非常有市場前景的應(yīng)用技術(shù)。

2、特高壓直流輸電技術(shù)的應(yīng)用探究

2.1、換流站數(shù)字孿生關(guān)鍵技術(shù)

一是智能傳感技術(shù)，高準(zhǔn)確度、高靈敏和微處理的感知監(jiān)測系統(tǒng)是數(shù)字孿生實現(xiàn)的基礎(chǔ)和站內(nèi)設(shè)備互聯(lián)感知的入口，虛擬設(shè)備對物理設(shè)備的全息復(fù)制和動態(tài)調(diào)整依賴實時的傳感技術(shù)。

二是異構(gòu)通信技術(shù)，換流站數(shù)字孿生系統(tǒng)面臨多系統(tǒng)、多設(shè)備、大連接和海量數(shù)據(jù)的雙向傳輸需求，因此利用5G等新型異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實現(xiàn)高速率、高容量和低時延接入，確保物理設(shè)備海量傳感器接入要求和虛擬設(shè)備精準(zhǔn)控制指令的傳達要求。

三是數(shù)字建模技術(shù)，在數(shù)字空間中如何對換流站主設(shè)備進行建模取決于應(yīng)用的需求?？赏ㄟ^不同類型的數(shù)學(xué)模型反映物理設(shè)備不同時間和空間尺度的元素組成、運行動態(tài)和決策影響，是數(shù)字孿生由實到虛的結(jié)果和由虛到實的基石。

2.2、繼電保護技術(shù)的應(yīng)用

2.2.1、微分欠壓保護

高壓直流輸電線路的微分欠壓保護技術(shù)是通過采用電壓幅值水平、電壓微分數(shù)值對線路進行有效保護，高壓直流輸電線路的主保護、后備保護是其主要形式。通過ABB、SIEMEN方案分析可得出，微分欠壓保護技術(shù)主要是利用電壓水及電壓微分的測量數(shù)據(jù)作為實現(xiàn)的依據(jù)。微分欠壓保護技術(shù)在測定20ms的電壓微分定值上升延展過程中，如發(fā)生行波保護退出運行的情況，則此技術(shù)能用有效發(fā)揮其后備保護的作用。但與此同時，微分欠壓保護技術(shù)仍存在不少缺點，例如，耐過渡電阻性能有限及靈敏度較低等問題，因此，電網(wǎng)企業(yè)需加強微分欠壓保護技術(shù)的研究，有效解決其缺陷和問題。

2.2.2、行波暫態(tài)量保護

高壓直流輸電線路出現(xiàn)故障時產(chǎn)生的反行波現(xiàn)象，將會對高壓直流輸電線路系統(tǒng)運行穩(wěn)定造成不利影響，因此，電網(wǎng)企業(yè)需采取有效的行波暫態(tài)量保護技術(shù)對高壓直流輸電線路進行有效保護，以此保障線路運行的穩(wěn)定性。行波暫態(tài)量保護可分為有通道行波保護及無通道行波保護，有通道行波保護又能夠分為行波電流極性比較式方向保護、行波幅值比較式方向保護、行波極性比較式方向保護、行波判別式比較式方向保護及行波差動保護?，F(xiàn)如今，電網(wǎng)企業(yè)通常采用ABB、SIEMEN方案開展行波保護，在ABB方案中，電網(wǎng)企業(yè)通過地模波與極波的測量原理，對反行波圖變量進行有效檢測。同時，電網(wǎng)企業(yè)還能夠通過電流圖變量、微分啟動圖變量、用電壓圖變量等方式，在特殊情況下對其進行有效識別。SIEMEN方案主要利用電壓積分原理對反行波實行保護措施，相較ABB方案，其抗干擾能力有所提升，但是啟動保護的速度則較為緩慢。兩種反行波保護措施在具體實施過程中也存在一定缺陷，如耐過渡電阻能力不理想、理論系統(tǒng)不嚴(yán)謹、整定依據(jù)缺乏等缺點。因此，電網(wǎng)企業(yè)需對其進行有效、完善地處理，在行波保護判斷過程中，應(yīng)對故障線路通過不同電阻的電壓變量圖進行合理分析，制定有效的保護方案，同時，結(jié)合高壓直流輸電線路的實際運行狀況，選擇有效的行波保護措施，以此保障高壓直流輸電線路的安全穩(wěn)定。

2.3、縱聯(lián)電流差動保護

通過使用雙、多端電氣量，有效保障線路故障時保護動作的絕對選擇性，是縱聯(lián)電流差動保護的技術(shù)原理。在高壓直流輸電線路的應(yīng)用過程中，電網(wǎng)企業(yè)利用構(gòu)造差動判據(jù)及兩端加電流對線路進行保護，極易忽略高壓直流輸電線路分布電容的影響作用，導(dǎo)致差動保護的判據(jù)在暫態(tài)過程結(jié)束后才能成立。因此，縱聯(lián)電流差動保護技術(shù)的主要作用是切除高阻故障，有效延長確認故障后投入的時間，屬于高壓直流輸電線路中的后備保護。

3、結(jié)語

綜上所述，特高壓直流電源技術(shù)具有非常多的優(yōu)良性能，在很多工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域都有重要應(yīng)用。隨著電子電力科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展，高壓直流電源技術(shù)不斷得到更新與發(fā)展，但在高壓直流電源技術(shù)實際應(yīng)用中也會不斷出現(xiàn)新的問題及技術(shù)難點，因此仍需進一步加強對高壓直流電源整流與逆變相關(guān)技術(shù)研究，以充分發(fā)揮高壓直流電源技術(shù)應(yīng)用水平，推動社會經(jīng)濟更好的發(fā)展。

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