特高壓直流輸電技術的應用探究

史博仁 陳臣 任晨曦 詹穎威

摘要：隨著我國電網技術的發展，特高壓輸電線路被電網企業逐漸應用到電網系統中，特高壓輸電線路具有著輸送電流容量大，功率調節便利的特點。本文從特高壓輸電技術概述出發，探討了相關技術的具體應用。

關鍵詞：特高壓直流輸電;技術;應用

引言

特高壓面向我國經濟發展、環境保護、能源開發的迫切需求，是國家科技攻關計劃、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極其復雜，國內外沒有可借鑒的經驗，研發難度極大。

1、特高壓輸電技術概述

特高壓直流輸電在很多行業及遠程電力輸送中有重要應用，隨著電力電子技術快速發展，高壓直流電源性能不斷提高，其技術也不斷得到更新發展。相對于傳統交流輸電方式而言，高壓直流輸電用于遠距離或超遠距離輸電中具有更大經濟效益，其除了具有常規直流輸電調節速度快、運行可靠等優點外，經濟性也非常顯著。首先，高壓直流輸電只需兩根導線，線路造價低，有效節約電纜費用。其次，高壓直流輸電運行電能損耗小，傳輸節能效果佳。直流輸電導線根數少，電阻發熱損耗小，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能效果。此外，高壓直流輸電線路占地面積小，節約土地。

特高壓直流電源是一種將工頻電網電能轉變為特種形式的電子儀器設備。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。隨著電力行業快速發展，高壓直流電源被廣泛應用于各行各業，在農業領域也有重要應用。在具體應用環節，該項技術具有較為顯著的節能效果。相較于傳統電流計算而言，高壓直流電源通常能夠節能約20%～30%。其重點是在供電系統效率以及后端設備效率上具有較為顯著的優勢。而且供電技術需要逆變，就必定會對電能造成損傷，但是運用高壓直流電源技術就能有效防止該問題出現，實現電能的節約以及使用效率的提升。隨著高壓直流相關技術不斷發展，高壓直流電源應用也不斷拓展，在應用中體現出顯著的社會效益和經濟效益，是一種非常有市場前景的應用技術。

2、特高壓直流輸電技術的應用探究

2.1、換流站數字孿生關鍵技術

一是智能傳感技術，高準確度、高靈敏和微處理的感知監測系統是數字孿生實現的基礎和站內設備互聯感知的入口，虛擬設備對物理設備的全息復制和動態調整依賴實時的傳感技術。

二是異構通信技術，換流站數字孿生系統面臨多系統、多設備、大連接和海量數據的雙向傳輸需求，因此利用5G等新型異構網絡技術實現高速率、高容量和低時延接入，確保物理設備海量傳感器接入要求和虛擬設備精準控制指令的傳達要求。

三是數字建模技術，在數字空間中如何對換流站主設備進行建模取決于應用的需求。可通過不同類型的數學模型反映物理設備不同時間和空間尺度的元素組成、運行動態和決策影響，是數字孿生由實到虛的結果和由虛到實的基石。

2.2、繼電保護技術的應用

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是通過采用電壓幅值水平、電壓微分數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，微分欠壓保護技術主要是利用電壓水及電壓微分的測量數據作為實現的依據。微分欠壓保護技術在測定20ms的電壓微分定值上升延展過程中，如發生行波保護退出運行的情況，則此技術能用有效發揮其后備保護的作用。但與此同時，微分欠壓保護技術仍存在不少缺點，例如，耐過渡電阻性能有限及靈敏度較低等問題，因此，電網企業需加強微分欠壓保護技術的研究，有效解決其缺陷和問題。

2.2.2、行波暫態量保護

高壓直流輸電線路出現故障時產生的反行波現象，將會對高壓直流輸電線路系統運行穩定造成不利影響，因此，電網企業需采取有效的行波暫態量保護技術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定性。行波暫態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。現如今，電網企業通常采用ABB、SIEMEN方案開展行波保護，在ABB方案中，電網企業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，電網企業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、理論系統不嚴謹、整定依據缺乏等缺點。因此，電網企業需對其進行有效、完善地處理，在行波保護判斷過程中，應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定。

2.3、縱聯電流差動保護

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，是縱聯電流差動保護的技術原理。在高壓直流輸電線路的應用過程中，電網企業利用構造差動判據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，導致差動保護的判據在暫態過程結束后才能成立。因此，縱聯電流差動保護技術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、結語

綜上所述，特高壓直流電源技術具有非常多的優良性能，在很多工業生產領域都有重要應用。隨著電子電力科學技術快速發展，高壓直流電源技術不斷得到更新與發展，但在高壓直流電源技術實際應用中也會不斷出現新的問題及技術難點，因此仍需進一步加強對高壓直流電源整流與逆變相關技術研究，以充分發揮高壓直流電源技術應用水平，推動社會經濟更好的發展。

參考文獻：

[1]魯江，董云龍，楊建明，俞翔，田杰.特高壓混合直流輸電系統線路故障清除策略研究[J].湖北電力，2020，44（06）：8-17.

[2]張義，梁藝，汪步云.特高壓直流輸電單極大地金屬回線轉換過程分析[J].電力設備管理，2020（11）：61-63.

[3]羅磊，艾紅杰.特高壓直流輸電中性點偏移保護的研究[J].電氣技術，2020，21（11）：71-75.

[4]劉澤洪.±1100kV特高壓直流輸電工程創新實踐[J].中國電機工程學報，2020，40（23）：7782-7792.