特高压直流输电技术的分析与探究

特高压直流输电技术的分析与探究

张宏伟,杨栋渊

国网内蒙古东部电力有限公司检修分公司 内蒙古 通辽 028000

摘要：伴随着近年来我国城市化进程的加快，电力工程行业迎来了新的发展生机，特高压直流输电是远距离能量传输的最有竞争力方案。目前，特高压直流输电在中国和全球范围内获得了蓬勃发展，未来还会为大规模清洁能源的远距离送出和消纳提供强有力支撑。特高压直流输电线路由于横跨范围大、沿线环境复杂，线路发生故障的概率较大，快速、精确定位故障点对提高电力系统的安全稳定水平具有重要意义。基于此文章对特高压直流输电技术进行分析。

关键词：特高压；直流；输电技术

引言

随着我国建济的飞速发展和人民群众生活条件的日益提高，公共及居民用电量急剧增加。高压直流输电工程具有输送里程远、输送容量大等特点，目前在全国范围内已经广设分布。

1特高压直流输电技术概述

我国特高压直流输电是指±800kV及以上的电压，随着近几年我国各地区对输送电容量要求的不断提高，为了使我国电力资源得到合理开发和利用，对特高压直流输电技术的研究正不断深化，现已可以实现超远距离输电这一目标，解决了自然资源和能源分布不均的问题。直流输电的工作原理是通过换流器将交流电先整流再逆变，输电过程中注重稳定性以及安全性，该技术的应用能够节约设备占地面积、减少输电损耗，满足我国各地区用电逐年递增的使用需求。为推动能源革命，将其转变为绿色经济，我国电力专家开始广泛关注并对技术进行改进，要求在建项目不可破坏周边的生态环境，以此为基础分析未来发展趋势，总结特高压输电相关设备运行维护经验，确保我国的特高压直流输电技术不断创新完善。在如今全世界电力系统大规模采用直流输电的情况下，特高压直流输电技术的应用优势较为明显，综合比较现有的高

2特高压直流输电技术

2.1常用的行波波头标定方法

行波沿线路传输会产生色散，行波波头到达的真实时刻难以准确获得，工程上只能采用合适的方法标定行波波头到达的感知时刻。采用不同的标定方法，检测到的行波到达时刻会有所不同。一类波头时刻标定方法是采用固定幅值门槛。按此方法，门槛设置得越小，则检测到的行波到达时刻越早。固定门槛的波头时刻检测方法未能充分利用门槛值之后的行波波形信息，门槛值不容易确定，受行波信号幅度及噪声幅度影响较大。另一类方法是采用多尺度小波分析或类似方法。对于多尺度小波分析法，不同尺度的小波模极大值标定的时刻通常不同。采用多尺度分析类方法时，难以综合利用各个尺度的分析结果，且在某一具体尺度，信号的分析结果并不满足物理的因果律（在行波实际到达之前会存在非零的计算结果），且模极大值反映的是窄带信号的最强时段，在行波色散严重时与行波真实到达时刻的对应性较差。

2.3新型高温熔断式换流变降噪装置

换流变在运行中会产生低频噪音，按照环保要求，换流变都加装BOX-IN降噪装置，用来吸音降噪。但是当变压器发生火灾时，包裹在变压器周围的BOX-IN装置会阻碍水或泡沫液进入变压器着火部位，影响消防灭火。为有效解决该问题，青豫工程采用了新型高温熔断式换流变降噪装置。该装置配置3种不同功能模块，兼具火灾熔断性、防爆性、泄爆性3大特点。可在火灾发生后温度达到220~250℃时，熔断模块有效脱落，顶部模块脱落时间≤90 s，前端脱落时间≤180 s。套管周边的高强防爆模块（防爆）可经受峰值压力为240 kPa的冲击波作用。常规消防模块（泄爆）在经受峰值压力超过160 kPa的冲击波作用后，呈大块状脱落，能在设备发生爆炸时释放内部压力，减小爆炸破坏力，同时有利于爆炸后消防灭火。

3子模块电容电压平衡控制策略

级联H桥子模块由于输出电压相移等因素存在电容电压不平衡的问题，需要采取一定的控制策略维持子模块电容电压平衡。系统中采用的子模块电容电压平衡控制策略，其适用于级联H桥的每个子模块。各子模块根据各自电容电压的控制情况产生附加控制量u cvpi*加到上层通用控制量u cpa*、u cpb*、u cpc*上。规定可控电压源电压与电流采用关联参考方向，附加控制量u cvpi*的正负由PI调节器输出的控制量和子模块所在相变压器二次侧电流瞬时值的正负共同决定。当PI调节器输出的控制量为正时，表明实测电容电压小于设定值，此时u cvpi*和i p正负相同，从而使电容吸收有功功率，电容电压逐渐增大到设定值；当PI调节器输出的控制量为负时，说明实测电容电压大于设定值，此时u cvpi*和i p反向，从而使电容发出有功功率，电容电压逐渐减小至设定值。子模块电容电压平衡控制机构产生的合成控制量送入调制机构产生PWM信号，对每个子模块开关进行控制。为了降低输出谐波，提高等效开关频率，级联H桥采用单极性倍频移相载波调制方式。

3.1柔性直流输电

柔性直流输电技术可以解决输电技术中的一些棘手问题，为了能够控制交流侧的无功和有功功率，需要改变VSC电子器件的开断状态，从而保障电网稳定运行。柔性直流输电系统采用两电平换流器，并联换流站与串联换流站相比具有损耗更低，根据桥臂的等效特性扩展方法更加灵活等优点，换流站可采用并联接线方案，换流器仍通过交流电压支撑工作，从而使调节范围进一步扩大，更好地控制电流的传送速度。同时柔性直流输电系统也可以采用全桥式柔性直流换流器，电压出现急剧下降启动保护，对系统中出现的短路电流进行控制，抑制侧短路电流的产生，从而避免因短路而造成容量增大。

3.2基于自学习的神经网络框架

故障发生后，使用经历史故障数据训练后的BP神经网络对故障原因进行识别。故障原因辨识结束后，将实际的故障原因与模型识别结果进行对比，通过对比结果来判断是否要修改神经网络训练库。如果实际故障原因与判别结果有差异，则通过反向传播将这次故障的实际原因加入神经网络的训练样本，并重新进行训练，得到修正后的BP神经网络模型，从而实现自学习，使故障原因辨识更准确。如果辨识结果与实际故障原因没有差异，则不需要修改样本，而是记录这一故障，然后每隔一定的时间对样本数据进行更新，以达到更为精确的故障原因辨识。

3.3换流变压器冷却器

伊克昭站换流变压器冷却器由两路交流电源供电。当单路交流电源供电故障时，系统延时5 s后备用电源投入使用，在此期间汇控柜与风冷控制柜交流电源失电，同时导致控制回路失电，设备停机。当两路交流电源同时故障时，将导致整个换流变压器冷却系统无法工作，必须停机检修。当单路交流电源电压值低于欠压定值0.85（p.u.）时，自动切换装置启动，断开一路电源，合上另一路电源。伊克昭站换流变压器冷却器电源切换装置电压监视继电器为欠压继电器，冷却风机电动机可在50%工频电源下正常工作。当发生换相失败时，电压跌至90%，持续800 ms，未达到冷却风机停机电压及切换电源定值，不影响冷却器正常运行。通过分析，该系统欠压定值设置合理，当逆变侧换相失败导致整流侧母线电压波动时，换流变压器冷却器可以避开波动范围。

结语

随着全球能源互联网建设的逐步推进，特高压直流输电工程趋于稳定，但若想在世界保持领先地位，我国还需进一步完善特高压直流输电技术，提高系统对环境的适应性，在此基础上深入研究特高压直流输电系统的技术与经济性。

参考文献：

[1]张潇.±800kV特高压直流输电线路跨越高铁架线施工技术初探[J].低碳世界，2019.

[2]韩启云，单长孝，汪以文，等.±1100kV特高压直流输电线路工程架线施工技术研究[J].电力与能源，2020

[3]郑兴.论±800kV特高压直流输电线路架线施工技术[J].低碳世界，2019.