特高压交直流电网输电技术及运行特性综述

作者：***

来源：《中国科技纵横》2018年第14期

        摘 要：随着全球各个国家发生的能源问题越来越多，并不断趋于严重化，所消耗的化石能源日益增多，对自然环境造成了严重的威胁，因此，探寻出可以代替传统能源的环保能源愈发开始具有了越来越重要的意义。其中，我国现如今具有较为严重的能源问题为，能源分布较为集中，且一次能源以及负荷呈逆向分布状态，所以，有关部门十分有必要着重于发展容量较大且传输距离较远的特高压交直流电网输电技术，以有效降低我国各类能源问题产生的几率以及其可能造成的不良影响。

        关键词：特高压；交直流电网；输电技术；运行特性

        中图分类号：TM721.1 文献标识码：A 文章编号：1671-20（2018）14-0175-02

        现如今，我国电网正处于发展“强直弱交”的关键阶段，多种新形态故障出现的频率普遍较高，因此，十分有必要对电网实施更为有效的控制。同时，特高压交直流混联电网的出现，使相应资源的配置规模得以大幅度提升以及使相应优化措施的实效性职能更为充分的发挥了出来，促进了直流发电在特高压工程中的有效发展。

        1 特高压交直流输电技术比较

        此类技术中的交流输电特征包括：第一，输电性能较强、应用区域较广、低耗损以及所需应用的输电走廊数量较少，多应用在距离较近、容量较大的输电区域中。第二，可以以实际的电源分布以及电力传输特点等，实施具体的骨干网建设操作。

        此类技术中的直流输电特征包括：第一，输电容量较大以及线路走廊直径较小等，较为广泛的应用于距离较远、功率较大的输电区域内。第二，无落点，相对架构较为精简，可直接对电能实施运输至负荷中心的操作，且不需要同时进行网间操作。第三，处于直流系统闭锁状态时，将会使得两端的交流系统遭受功率相对较大的冲击影响，并对相应设备等造成损害[1]。

        2 特高压交直流输电运行特性研究

        我国在具体实施特高压输电网发展操作时，普遍较为注重促进交直流的共同发展，通过将超高压交流电网利用特高压交流输电骨干网进行合理替代，以及对特高压交直流输电技术实施有效应用的方式，推进相应技术以及电网的发展进程，使得个别区域能源的开发外送以及电能的外送操作可以发挥出更为优良的实效性作用。同时，虽然现如今我国的特高压混联电网已经取得了较为可观的发展，但基于特高压直流输电发展脚步的大幅度加快，电网的运行特性所具有的变化日益显著，使得对“强直弱交”模式是否依旧具有较高的合理性进行深入探究，逐渐引起了有关部门以及人员的广泛关注，进而开始加大了对各种相关的输电网安全问题实施研究的力度[2]。

        2.1 交直流混合电网稳定性探究

        基于直流系统具有的自身性质使然，相应的暂态过程普遍会表现出极强的繁琐性，其可对系统产生的影响具体可分为如下三个方面：

        第一，基于直流侧故障的产生，而出现的暂态电压波动，将对系统的运动条件产生影响，使得无功功率补偿出力产生较为显著的改变。其中，无源补偿元件基于此类状况下，是否可以给予直流系统充足的功率，是有待深入探究的，究其原因为，其可以对交直流系统间所交换无功功率的大小起到直接影响，大幅度降低电压的可靠性。

        第二，多馈入直流系统普遍存在缺乏充足无功支撑的情况，使得电压的调节特性大幅度降低。同时，直流系统以及常规机组中无功电压调节具有的特性相反。此外，在换相操作失败以后，会致使直流电流加大等问题出现，进而对受端的侧电压造成不良影响。其中，在直流侧无功出现显著变化时，交流侧母线的电压幅值也将产生较为明显的改变，使得直流控制器作用显现出来，且经由控制器引发的功率变化，将对受端电压产生较大影响。最后，在消除送端交流侧发生的故障以后，直流输送会随着系统电压的逐渐恢复而开始趋于正常化，但基于无功需求的大幅度提升等，会使得受端侧受到短暂的无功冲击，进而致使相应电压的稳定性降低。

        在实施直流闭锁操作的过程中，基于会实施多种相应的保护措施，因此，会大幅度提升受端侧电压暂态过程的繁琐性。同时，所出现的新型保护操作为基于对交流母线位置的电容器组实施有效保留操作的方式，使得电压暂态过程始终可以处于较为稳定的状态下，简而言之为，在出现故障的初期，直到利用无功设备对其实施清除操作以后，受端处形成的多余无功将发挥出促进系统电压提高的职能，且可以在无功补偿消失以后，使得两端电压处于相对较为平衡的状态下，相应的交流电压也会开始趋于常态化变化[3]。

        第三，倘若混联电网所具有的频率调节性能大幅度降低，将会对频率的稳定性造成极大的不良影响。其中，相应的频率调节性能主要会受到交流系统的转动惯量以及机组的调频性能影响。首先，系统转动惯量，可对电网具备的有机冲击承受能力以及频率能力大小起到关键性影响。现如今，虽然以往的常规机组已经逐渐被规模较大的直流馈入以及新型的能源机组所取代，但基于上述两者缺乏转动惯量特性，致使相应系统所具有的调频性能所发挥出的实效性大幅度下降。其次，我国现下的常规机组，已经开始经由多种新型能源机组等代替，但与此同时，基于电网只针对于传统的常规机组设置了严格要求，导致相应的频率调节性能大幅度降低，对频率的稳定性造成了极大影响。

        2.2 交直流之间的交互影响

        据有关实践证明，我国电网中较为频发的故障为单相短路，极易导致多回或单回直流换相操作无法顺利开展以及实施，进而使得交流断面承受极大的冲击，甚至引发直流系统闭锁问题，使得功率传输过程中断。换流母线中存在电压直流的高低，将对换流操作的实效性发挥起到决定性影响，且一旦出现故障问题，基于所产生的畸形电压波形的影响，极易导致换相失败。经由相关的理论分析表明，致使换相失败出现的因素包括电压过零点偏移以及电压的幅值大幅度下降。其中，基于前者所具有的影响几乎可以忽略不计，所以，文章主要针对后者实施简要论述[4]。

        在系统实施正常运行操作的过程中，倘若将逆变侧的触发角设置成α；换相角设置成μ；熄弧角设置成g，且α+μ+g=p。在故障出现以后，电压的幅值发生明显下降，基于晶闸管出发时间不发生改变的情况下，g减少、μ增大。同时，若果换相电压照比相应临界值而言，相对较低，即g

        （1）

        上述公式中，Id、I’d具体指发生故障以前以及之后的直流电流；IdFL主要指电流的额定大小。

        换相失败的产生，会使得功率的波动产生明显变化。且其中，即使故障发生的时间相对较短，但其产生波动的时间照比换相失败时间而言，却高达100到200倍以上。同时，换相失败，会导致相应时间内的送端电网直流功率无法实施顺利的输入以及输出操作，极易引发短时间内的大功率量大幅度增加，使得送端交流侧受到严重影响。此外，基于故障的产生以及恢复，需要依靠吸收大量的无功作为支撑，对促进电网运行的安全性以及稳定性提升具有不利意义。

        直流输电的容量，可对基于换相失败而形成的冲击强度产生关键性影响，因此，十分有必要对构建具备较高实效性的主网架构提起高度重视，有助于大幅度降低大规模潮流冲击出现的可能性。总而言之，基于特高压交直流电网所具有的运行特性，其中的交流以及直流间，形成交互影响的可能性较大。且会由于受端交流侧出现的各类故障问题等，引发直流换相失败，既会使得受端遭受极大的功率冲击，也会将相应冲击传送至送端，进而对其稳定性造成较大威胁。

        3 有关问题及对策分析

        3.1 着重于构建主网结构

        现如今存在的交流电网，不论是就强度还是规模而言，与相对规模较大的直流运行实际需求依旧具有较大差异，不利于促进电网运行的可靠性以及安全性提升。因此，十分有必要通过采取多种有效手段的方式，使交流电网的规模可以得到大幅度扩增，并可以良好的降低基于送端直流闭锁冲击而产生的各类影响。此外，也需要通过提升交流电网强度的方式，有效降低直流故障等可对其造成的不良影响[5]。

        对智能电网实施有效性建设的主要目的在于，促进实体电网的可靠性以及运行安全性提升，进而使其可以更为充分的发挥出自身的实效性。尤其是就交流电网而言，理应使其可以良好满足于直流容量等的具体需求，进而大幅度提升电网运行的稳定性以及安全性。

        3.2 促进交直流输电效率提高的技术

        3.2.1 在线安全分析技术

        我国现下存在的相对规模较大的电网，在实施具体的运行操作时，普遍需要以有效实行具备较高现代化的调度模式作为支撑。同时，在线安全分析技术的主要职能为，使得实时调度可以不断趋于主动型以及分析型发展，打破以往只能以相关经验作为基础，进行分析的模式。现如今，基于此类技术存在的缺陷较多，例如，适应性差、时效性较低以及缺乏较为优良的自动定位职能等，所以，可以通过应用多种现代化技术手段，创设出一套实效性较高的在线安全分析系统的方式，对相应缺陷实施有效完善。

        3.2.2 换流技术

        现如今，在对直流输电中的换流技术实施有效分析时，主要是对其中的柔性直流输电以及电容换相等实施具体研究。其中，即使我国相关领域已经可以对LGG换流技术进行较为有效的应用，但在实际的操作过程中，依旧存在个别亟待解决的问题，例如，基于输送容量的增大，会使得送受端的无功平衡受到严重影响，且倘若其中个别受端中的各直流在实施具体的换相操作时，并未成功，将会大幅度降低相应区域电网的运行安全性。同时，随着LGG的发展，CCC换流技术得以产生，其中，为了有效将低无功大量缺失问题产生的可能性，需要对换流系统以及相应电容器实施合理的并联操作，有助于大幅度提高系统可靠性。此外，虽然此类技术可以发挥出较为优良的实效性作用，但所具有的经济性却相对较低。

        4 结语

        综上所述，就我国能源等的实际分布情况而言，对特高压交直流混联电网进行大范围的应用，是时代的必然趋势走向，因此，十分有必要通过促进此类电网有效发展的方式，经由合理运用特高压直流，实施高质量的长距离传输环保能源的且具备较高稳定性以及安全性的特高压电网建设工作。相信，通过不断的研究与时间，这一技术的应用成效将愈加显著。

        参考文献

        [1]姜春海，宋志永，李向.“输煤转输电”效应模拟分析与利益补偿机制设计——基于三区域CGE模型的山西—山东案例[J].产业经济评论（山东大学），2017，16（04）：26-55.

        [2]张福轩，万建成，程更生，等.架空输电线路铁塔组立施工技术标准体系优化研究与建议[J].中国电力，2017，50（11）：59-.

        [3]王先炼，张桂华.输电线路覆冰勘察技术——野外覆冰调查中覆冰性质、覆冰外径判断及调查点的定位[J].低碳世界，2017，（31）：61-62.