多端直流输电与直流电网技术

申艳红 庞科伟 黄浩然

摘 要 多端直流输电与直流电网技术为有效对新能源并网问题进行解决的重要手段。因此，本文针对多端直流输电与直流电网技术做出了进一步探究，对两端直流输电技术、多端直流输电技术、直流电网技术给出了详细的分析，对技术的应用和未来的发展有重要的帮助作用。

【关键词】多端直流电 柔性直流 多端直流输电 直流电网

能源的短缺问题已经成为了世界性的问题，并且在不断的加剧。当前，世界上的各个国家已经开始意识到能源的开发利用一定要转变传统的能源使用方式，向可再生能源以及绿色能源等进行过渡。所以，我国对于能源优化问题给予高度的重视，建设了风力发电站、太阳能发电站等。但由于这些新能源的发电具有较大的随意性，为间歇式电源。对着对可再生能源的使用量越来越大，以往的發电设备以及电网的运行等已经不能接纳超大规模的可再生能源发电，因此要应用更高更有效的技术。现在，应用多端直流输电与直流电网技术能够有效解决这一问题。

1 两端直流输电技术

1.1 常规直流输电技术

对线换相换流器降当中的HVDC，在上个世纪50年代开始研究，一直到80年代，对其的探究达到了顶峰，其中一些重点技术的发展已经渐渐成熟，将其应用在实际工程当中的HVDC项目的电压等级有进一步提升。

因为晶匣管的功能只能进行触发开通，LCC系统当中的有功功率传输为利用触发角来进行调节和控制的。其中，很多无功功率在电力的发送端当中的整流设备和逆变器上进行消耗，这便需要使用交流测配置滤波器以及电容设备对无功进行补偿。尤其是在暂态的情况下，无功功率能够产生的变化范围特别大。当潮流出现反转的时候，HVDC系统当中的极性要进行反转。如果应用了电缆，对电容会在极性反转状态下的充电和放电问题要给予高度的重视。

1.2 柔性直流输电技术

随着功率半导体设备的逐步进步，绝缘栅大功率双极型晶体管的产生和脉宽调制的突破提升等，自换相的电压源换流器技术在近期的发展中得到了快速发展。

与LCC的相关技术进行比较，VSC-HVDC技术包含的无功有功可以单独进行控制，不需要滤波以及无功补偿的相关设备，可对无源负荷进行供电，在进行潮流翻转的过程中，电压的极性不会改变。

在现阶段，VSC-HVDC技术会因为新能源的并网要求提升发展的脚步，会不断出现各类新型的拓朴结构以及相应的调制方式等等，其最终的发展目标为将换流站的损失控制在1%以内，可以输送超过1500MV的容量，起到限制以及将直流侧故障电流进行切断的能力。

1.3 混合直流输电技术

该项技术为常规直流输电与柔性输电进行的结合，简单来说便是一端的电路线为LCC，另外一端的电路线为VSC。这样，该项技术可以将柔性直流输电技术当中涵盖的优势进行保留，有益于工程造价的优化。

该项混合技术应用在海上电网具备非常大的优势，其中电压源型换流设备在海上平台的使用非常适应，可以连接在电气孤岛上。该换流设备端可放在没有较高换流站体积规范的陆上，可与强电网进行连接。因此其电压极性可以固定，电流的流向也可以固定，所以功率潮流不可直接进行反转。在潮流进行反转的过程中，要将系统停止运行，并将其中一端的电压极性进行更改。当前使用的某些电压型换流器当中的拓扑结构，可对电压极性直接更改，实现将潮流进行反转的目的。为了进一步避免潮流进行反转的情况，在对混合线路进行规划的过程中只需要对其中的单向功率潮流进行考虑即可。

2 多端直流输电技术

多端直流输电为直流电网进行发展的第一阶段，利用三个或者三个以上的换流站，利用串联以及并联、混合连接形式的输电系统，可实现多个电源同时供电以及多个落点同时受电。如图1所示，为串联、混联以及放射式并联等具体的拓扑结构。

并联式的换流站与换流站之间能够应用同等级的直流电压进行运行，其功率的分配能够利用对不同换流站进行电流改变实现，对功率进行的分配能够利用对直流电压的改变实现。这样，既包含了并联又涵盖了串联，使多端直流接线的形式更加灵活多样。与串联的形式进行比较，并联形式消耗的损失最小，具有更大可以进行调节的范围，绝缘配合也更容易实现，可以以更加灵活的形式进行扩建，经济性非常突出。所以，对于当前所使用的多端直流输电工程，采用的接线方式都是并联式。

3 直流电网技术

多端直流系统在未来的发展当中，可能会出现的拓扑结构如图二所示，这是该系统当中最易实现的形式，可从交流系统当中将多个换流站引出来，利用多个点对点进行连接的形式与各个交流系统进行连接，多端直流当中并没有网格，也没有任何的冗余。因为其没有冗余，因此不能被称之为网络。如果拓扑当中一个换流站出现了故障，那么与线路相关的换流站便会退出运行，其可靠性非常低。

如把直流传输线在直流侧进行连接，构成点对点以及多点对一点的形式，便可构成直流电网。其中，每个交流系统都可以利用换流站连接直流电网，其中换流站之间会有很多直流线路可以利用直流断路器进行连接。在出现故障的时候，可利用断路器选择将哪条线路进行切除。

4 结束语

总之，多端直流输电是直流电网降进行发展的重要阶段，可真正实现多电源进行供电以及多落点进行受电。其中将直流传输线与直流侧进行有效连接，可构成直流电网。对于多端直流输电与直流电网技术的探究还有非常大的空间，在未来电网技术的发展会非常迅速，强交强直的互联网电网会逐步成为我国电网的基本架构。

参考文献

[1]李斌，何佳伟，冯亚东，李晔，李钢，邱宏.多端柔性直流电网保护关键技术[J].电力系统自动化，2016，40（21）：2-12.

[2]徐殿国，刘瑜超，武健.多端直流输电系统控制研究综述[J].电工技术学报，2015，30（17）：1-12.

[3]王杨宁.论多端直流输电与直流电网技术[J].低碳世界，2014（07）：60-61.

作者简介

申艳红（1977-），男，河南省许昌市人，硕士研究生，现为许继电气股份有限公司工程师，研究方向为直流输电技术研究。

作者单位

许继电气股份有限公司 河南省许昌市 461000