多端高壓直流輸電技術及應用探究

郭天煒

摘要：隨著電力行業的發展，多端高壓直流輸電技術開始在城市電力工程中得以良好應用，進而實現了城市輸電技術的進一步創新。為了讓該技術發揮出更好的應用優勢，本文對該技術及其具體應用進行了分析，以此來為其合理應用提供參考。

關鍵詞：多端高壓;直流輸電技術;接線形式

引言：

在我國社會經濟的不斷發展中，人們生產生活中的用電需求也在不斷增加。而在這樣的情況下，傳統的兩端直流輸電模式難免存在局限性，難以滿足城市電網中的多路供電需求。基于此，多端高壓直流輸電技術就開始被應用到了城市電網中。但是因為其結構比較復雜，具體應用中依然有很多問題存在，所以電力企業與相關技術人員應加強該技術及其應用研究，以此來確保該技術的合理應用。

一、多端高壓直流輸電及其主要接線形式

（一）多端高壓直流輸電技術概述

多端高壓直流輸電技術指的是將三個或更多的換流站連結在一起，組成一個輸電系統。如果其中的某一換流站因故障而退出運行，其他的換流站之間依然可以進行功率交換，僅僅是轉移了系統平衡工作，并不會影響整體系統的正常運行[1]。相比較傳統的兩端高壓直流輸電技術而言，該技術可達到多點供電的效果，進而有效滿足當今城市的用電需求。

（二）多端高壓直流輸電的主要接線形式

多端直流高壓輸電系統的接線形式有很多種，主要可按照并聯、串聯以及串并聯結合來進行劃分，而并聯又可以按照環網式并聯以及反射式并聯來進行劃分。

在并聯結構中，運行電流等級一定要相同，在換流站內的電流發生改變之后，功率將能夠重新進行分配;串聯結構中的運行電流等級也需要保持相同，但需要通過直流電壓的分配來實現功率改變。在串并聯相結合的結構中，運行的直流電流等級可以不同，以此來實現直流靈活性的進一步提升。在對多端高壓直流輸電線路進行連接的過程中，技術人員需要對其靈活性、安全性以及成本投入等多個方面的因素進行綜合考慮，然后根據實際情況，結合實際需求來實現連接方式的合理選擇。

對于傳統的兩端高壓直流輸電而言，并聯電流會比串聯電流更具經濟性，且操作也更加簡單，所以其應用范圍也比較廣。出于這一因素的考慮，當今的多端高壓直流輸電也大多采用并聯形式。通過應用對比發現，相比較傳統的兩端高壓直流輸電技術而言，多端高壓直流輸電技術具有以下幾個方面的技術優勢：第一，該技術可以將大量的電力能源從基地傳輸給多個遠方負荷中心。第二，可以將電源或者是負荷接入到其輸電線路中間的分支中。第三，借助于直流輸電線路，可以讓幾個孤立的交流系統達到非同期聯絡效果。

隨著當今電子技術的良好發展，越來越多的新型直流高壓輸電技術也開始被引入到了城市電力工程中，再生發電也開始逐漸形成，這對于多端高壓直流輸電技術在城市電力工程中的應用和發展都十分有利。

二、多端高壓直流輸電技術的主要應用

（一）高壓直流斷路器的應用

在傳統的兩端高壓直流輸電技術應用中，因為晶閘管換流閥可將電流快速切斷，所以通常會將其用作整流器來直接完成直流停運，不需要進行直流斷路器的裝設。但是在多端高壓直流輸電系統中，若依然應用這種方法，則需要將整個系統短時間停運，以便將其中的故障清除，然后再將系統重啟。這樣的情況勢必對與之相連的交流系統造成較大沖擊，且會對弱交流系統產生更加顯著的影響，甚至會造成系統失穩現象。因此在此類輸電系統中，可選擇疊加振蕩電流法或者是電流轉移法形式的高壓直流斷路器。

疊加振蕩電流法的主要原理是借助于電弧所具有的負阻特征，將一個逐漸增大振幅的振蕩電流疊加到直流電流上，以此來實現電流零點的人工制造，讓直流電流開斷得以有效實現。憑借著結構簡單、控制方便等的優勢，此類直流斷路器已經在多端高壓直流輸電工程領域中得到了廣泛應用。但是如果電弧電流升高到了一定程度，其原來的負阻特征將會不再顯著，振蕩電流的振蕩也將不再穩定，振蕩所產生的幅值不一定能夠達到零點幅值，這就讓此類斷路器在電流開斷能力方面受到了一定程度的限制[2]。

電流轉移法的主要原理是借助于預充電電容放電的形式生成一個方向與系統電流相反的電流，以此來實現電流零點的人工制造。通過這種方法，可以在短時間內完成較大的直流電流開斷，但是因此類斷路器控制起來比較復雜，所以其可靠性方面略弱一些。

由此可見，在多端高壓直流輸電技術的具體應用中，直流斷路器的研究、制造與完善屬于一項重點技術內容。

（二）多端直流基本控制模式分析

在對多端直流輸電系統進行研究時，可完全按照兩端高壓直流輸電系統的原理來進行研究。雖然兩者在接線方式上存在明顯的不同，但是其系統原理卻具有相通性，只是在控制方式上存在差異。在并聯形式的多端高壓直流輸電系統中，其控制方式主要可按四種來進行劃分，其一是定電流控制;其二是電壓限制控制;其三是最小關斷角控制;其四是分散控制。而在此基礎上還可以延伸出更多的控制模式，這就需要技術人員根據實際情況、結合實際需求來加以研究和應用。在串聯形式的多端高壓直流輸電系統中，因為每一個換流站以及直流線路中通過的電流都相同，所以一般需要將一個換流站選作定電流控制方式，其他的所有換流器都來控制直流電壓，或者是通過定觸熄弧角、定觸發角的形式來進行控制。

（三）多端直流控制系統問題

因為多端高壓直流控制系統中的電流具有多樣化特征，所以在具體應用中，各個直流電源需要做到協調配合，以此來實現系統中所有換流站的集中控制。所以在其控制系統中，相比較多端直流而言，對大局進行控制的系統裝置會更加繁瑣，且其控制也具有更大難度。總體來看，在并聯形式的多端高壓直流輸電系統中，每一個換流站都需要具有足夠的能力來實現相互協調;而在串聯形式的多端高壓直流輸電系統中，每一個換流站中的直流電壓只要保持在平衡狀態即可[3]。因此，通過兩者對比來看，在該輸電技術的具體應用中，并聯系統在協調控制方面具有更大的問題，為實現該輸電技術的良好應用，就需要將其協調問題作為首要解決的問題。

（四）多端直流控制系統仿真技術分析

相比較傳統的兩端高壓直流輸電而言，多端高壓直流輸電具有更加復雜的整流、逆變以及協調控制模式，所以其仿真分析所面臨的模型準確性問題也更加顯著，尤其是在對直流換相特性以及控制保護系統進行仿真的過程中，其準確性更是難以保障。基于此，在具體的系統仿真過程中，技術人員可將當今先進的全數字實時仿真技術加以合理應用，以此來進行大功率器件電磁暫態過程的快速仿真模擬。通過這樣的方式，便可實現整個系統的科學仿真，以此來及時發現系統中存在的問題，并根據實際情況來進行相應問題的合理解決。

結束語：

綜上所述，在當今城市用電需求的不斷提升中，其直流高壓輸電模式也從原本的兩端輸電模式轉變為了多端輸電模式。但是因為這種輸電模式更加復雜，所以其技術應用依然存在著一定的問題。這就需要電力企業與技術人員加強此項技術的應用研究，通過先進的科學技術來解決其中存在的問題。這樣才可以有效確保多端高壓直流輸電技術在當今城市電力工程

中的應用優勢，充分滿足當今城市的用電需求，促進城市電力工程的良好發展。

參考文獻：

[1]黎衛國，楊旭，張長虹，黃忠康，楚金偉，南振樂.多端直流輸電工程直流高速開關直流燃弧特性試驗分析[J].高壓電器，2021（08）：17-22+31.

[2]胡宏，陳浩，丁浩寅，李曉棟，王國騰，徐政.特高壓混合級聯多端直流輸電系統的協調控制策略研究[J].電力工程技術，2021（04）：42-51.

[3]梅勇，付超，李詩旸，張建新，徐光虎，朱澤翔，周劍，洪潮，謝惠藩，邱建.昆柳龍多端直流線路故障恢復及換流站在線退站的系統穩定特性分析[J].南方電網技術（）：1-8.