多端直流輸電與直流電網技術

申艷紅 龐科偉 黃浩然

摘 要 多端直流輸電與直流電網技術為有效對新能源并網問題進行解決的重要手段。因此，本文針對多端直流輸電與直流電網技術做出了進一步探究，對兩端直流輸電技術、多端直流輸電技術、直流電網技術給出了詳細的分析，對技術的應用和未來的發展有重要的幫助作用。

【關鍵詞】多端直流電 柔性直流 多端直流輸電 直流電網

能源的短缺問題已經成為了世界性的問題，并且在不斷的加劇。當前，世界上的各個國家已經開始意識到能源的開發利用一定要轉變傳統的能源使用方式，向可再生能源以及綠色能源等進行過渡。所以，我國對于能源優化問題給予高度的重視，建設了風力發電站、太陽能發電站等。但由于這些新能源的發電具有較大的隨意性，為間歇式電源。對著對可再生能源的使用量越來越大，以往的發電設備以及電網的運行等已經不能接納超大規模的可再生能源發電，因此要應用更高更有效的技術。現在，應用多端直流輸電與直流電網技術能夠有效解決這一問題。

1 兩端直流輸電技術

1.1 常規直流輸電技術

對線換相換流器降當中的HVDC，在上個世紀50年代開始研究，一直到80年代，對其的探究達到了頂峰，其中一些重點技術的發展已經漸漸成熟，將其應用在實際工程當中的HVDC項目的電壓等級有進一步提升。

因為晶匣管的功能只能進行觸發開通，LCC系統當中的有功功率傳輸為利用觸發角來進行調節和控制的。其中，很多無功功率在電力的發送端當中的整流設備和逆變器上進行消耗，這便需要使用交流測配置濾波器以及電容設備對無功進行補償。尤其是在暫態的情況下，無功功率能夠產生的變化范圍特別大。當潮流出現反轉的時候，HVDC系統當中的極性要進行反轉。如果應用了電纜，對電容會在極性反轉狀態下的充電和放電問題要給予高度的重視。

1.2 柔性直流輸電技術

隨著功率半導體設備的逐步進步，絕緣柵大功率雙極型晶體管的產生和脈寬調制的突破提升等，自換相的電壓源換流器技術在近期的發展中得到了快速發展。

與LCC的相關技術進行比較，VSC-HVDC技術包含的無功有功可以單獨進行控制，不需要濾波以及無功補償的相關設備，可對無源負荷進行供電，在進行潮流翻轉的過程中，電壓的極性不會改變。

在現階段，VSC-HVDC技術會因為新能源的并網要求提升發展的腳步，會不斷出現各類新型的拓樸結構以及相應的調制方式等等，其最終的發展目標為將換流站的損失控制在1%以內，可以輸送超過1500MV的容量，起到限制以及將直流側故障電流進行切斷的能力。

1.3 混合直流輸電技術

該項技術為常規直流輸電與柔性輸電進行的結合，簡單來說便是一端的電路線為LCC，另外一端的電路線為VSC。這樣，該項技術可以將柔性直流輸電技術當中涵蓋的優勢進行保留，有益于工程造價的優化。

該項混合技術應用在海上電網具備非常大的優勢，其中電壓源型換流設備在海上平臺的使用非常適應，可以連接在電氣孤島上。該換流設備端可放在沒有較高換流站體積規范的陸上，可與強電網進行連接。因此其電壓極性可以固定，電流的流向也可以固定，所以功率潮流不可直接進行反轉。在潮流進行反轉的過程中，要將系統停止運行，并將其中一端的電壓極性進行更改。當前使用的某些電壓型換流器當中的拓撲結構，可對電壓極性直接更改，實現將潮流進行反轉的目的。為了進一步避免潮流進行反轉的情況，在對混合線路進行規劃的過程中只需要對其中的單向功率潮流進行考慮即可。

2 多端直流輸電技術

多端直流輸電為直流電網進行發展的第一階段，利用三個或者三個以上的換流站，利用串聯以及并聯、混合連接形式的輸電系統，可實現多個電源同時供電以及多個落點同時受電。如圖1所示，為串聯、混聯以及放射式并聯等具體的拓撲結構。

并聯式的換流站與換流站之間能夠應用同等級的直流電壓進行運行，其功率的分配能夠利用對不同換流站進行電流改變實現，對功率進行的分配能夠利用對直流電壓的改變實現。這樣，既包含了并聯又涵蓋了串聯，使多端直流接線的形式更加靈活多樣。與串聯的形式進行比較，并聯形式消耗的損失最小，具有更大可以進行調節的范圍，絕緣配合也更容易實現，可以以更加靈活的形式進行擴建，經濟性非常突出。所以，對于當前所使用的多端直流輸電工程，采用的接線方式都是并聯式。

3 直流電網技術

多端直流系統在未來的發展當中，可能會出現的拓撲結構如圖二所示，這是該系統當中最易實現的形式，可從交流系統當中將多個換流站引出來，利用多個點對點進行連接的形式與各個交流系統進行連接，多端直流當中并沒有網格，也沒有任何的冗余。因為其沒有冗余，因此不能被稱之為網絡。如果拓撲當中一個換流站出現了故障，那么與線路相關的換流站便會退出運行，其可靠性非常低。

如把直流傳輸線在直流側進行連接，構成點對點以及多點對一點的形式，便可構成直流電網。其中，每個交流系統都可以利用換流站連接直流電網，其中換流站之間會有很多直流線路可以利用直流斷路器進行連接。在出現故障的時候，可利用斷路器選擇將哪條線路進行切除。

4 結束語

總之，多端直流輸電是直流電網降進行發展的重要階段，可真正實現多電源進行供電以及多落點進行受電。其中將直流傳輸線與直流側進行有效連接，可構成直流電網。對于多端直流輸電與直流電網技術的探究還有非常大的空間，在未來電網技術的發展會非常迅速，強交強直的互聯網電網會逐步成為我國電網的基本架構。

參考文獻

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作者簡介

申艷紅（1977-），男，河南省許昌市人，碩士研究生，現為許繼電氣股份有限公司工程師，研究方向為直流輸電技術研究。

作者單位

許繼電氣股份有限公司 河南省許昌市 461000