高壓直流輸電裝備核心技術(shù)研究分析

張柳艷

摘 要：想要從根本上實(shí)現(xiàn)電力資源的整體優(yōu)化配置，進(jìn)一步提高電網(wǎng)運(yùn)行的靈活性，獲得更高的性?xún)r(jià)比，做好智能化電網(wǎng)的建設(shè)，那么離不開(kāi)大量高端的電力裝備作為支持。由此來(lái)看，積極進(jìn)行高壓直流輸電裝備核心技術(shù)的研究，對(duì)促進(jìn)我國(guó)電網(wǎng)的協(xié)調(diào)發(fā)展、提高我國(guó)電力裝備制造水準(zhǔn)有著重要意義。本文就對(duì)一些高壓直流輸電裝備核心技術(shù)開(kāi)發(fā)相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行簡(jiǎn)介。

關(guān)鍵詞：高壓直流輸電；核心技術(shù)；輸電裝備

無(wú)論是在電網(wǎng)的發(fā)展還是運(yùn)行當(dāng)中，高壓直流輸電都起到重要作用。而我國(guó)對(duì)高壓直流輸電裝備的需求量也呈連年增加的趨勢(shì)。由于高壓直流輸電裝備核心技術(shù)國(guó)產(chǎn)化水平不高，這也直接阻礙到我國(guó)電網(wǎng)建設(shè)的可持續(xù)性發(fā)展。因此，需加強(qiáng)我國(guó)對(duì)高壓直流輸電裝備核心技術(shù)的研究。

一.有關(guān)高壓直流輸電裝備的需求分析

我國(guó)每年電網(wǎng)的輸送容量都呈大幅增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)，這邊對(duì)電力輸送技術(shù)提出了更高的要求，需要其實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離、高效率以及大規(guī)模的輸送。特高壓直流輸電正與這幾點(diǎn)要求相契合，其應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)在于輸送容量大、輸送距離遠(yuǎn)且損耗較低，非常適合于大容量、遠(yuǎn)距離的電力輸送，有著非常突出的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。

同時(shí)，就柔性直流輸電這一方式來(lái)說(shuō)，是當(dāng)前國(guó)際認(rèn)可的獨(dú)具技術(shù)優(yōu)勢(shì)的一種風(fēng)電接入方法，無(wú)論是哪一種形式的風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)都非常適合其應(yīng)用，尤其是將其應(yīng)用在超過(guò)百兆瓦遠(yuǎn)距離的海上風(fēng)電場(chǎng)中。進(jìn)行風(fēng)電并網(wǎng)時(shí)使用柔性直流輸電這一方式，是最為關(guān)鍵性的技術(shù)方法。

另外，高壓直流換流閥試驗(yàn)這一技術(shù)，是為高壓直流輸電裝備可靠性運(yùn)行起到保駕護(hù)航的作用。

做好對(duì)高壓直流輸電裝備所必需的試驗(yàn)工作，從根本上保證設(shè)備工作性能，才能進(jìn)一步為電網(wǎng)的可靠、安全運(yùn)行奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

現(xiàn)如今，我國(guó)正在建設(shè)以及已經(jīng)投入到運(yùn)行中的高壓直流工程不管是其數(shù)量還是輸送容量、線路長(zhǎng)度等方面，都已經(jīng)被歸入了直流大國(guó)的范圍，躋身到世界領(lǐng)先的地位，但我國(guó)在高壓/特高壓直流裝備核心技術(shù)的研發(fā)上還是有很大欠缺。所以，對(duì)高壓直流與柔性直流輸電相關(guān)的核心技術(shù)進(jìn)行研究，對(duì)于促進(jìn)我國(guó)電網(wǎng)發(fā)展速度的提高、控制工程造價(jià)、縮短工程建設(shè)時(shí)間、保證設(shè)備可靠運(yùn)行等諸多方面的內(nèi)容都具有重要的實(shí)際價(jià)值。

二.直流換流閥等效試驗(yàn)技術(shù)

我國(guó)在2009年成功完成對(duì)直流換流閥成套運(yùn)行與絕緣型式試驗(yàn)裝置的研發(fā)，并將其應(yīng)用到特高壓直流輸電工程中去進(jìn)行試驗(yàn)，取得較好效果。

現(xiàn)如今，已經(jīng)建成的直流換流閥試驗(yàn)?zāi)芰χ饕校航涣髂蛪涸囼?yàn)裝置、沖擊電壓試驗(yàn)裝置等等，皆可滿(mǎn)足±125、±500、±660以及±800kV系列電壓等級(jí)直流輸電換流閥的絕緣、運(yùn)行型試驗(yàn)要求。預(yù)計(jì)經(jīng)過(guò)進(jìn)一步的技術(shù)水平的提升，還可滿(mǎn)足未來(lái)±1100kV、5kA特高壓直流輸電工程換流閥以及±320kV柔性直流換流閥型式試驗(yàn)需求。這也為我國(guó)電網(wǎng)跨越式發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)性作用。

歸結(jié)大功率電力電子裝置的試驗(yàn)特點(diǎn)：第一，需同電力系統(tǒng)間有密切聯(lián)系；第二，不具十足的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)；第三，裝置復(fù)雜。在大功率的電子裝置容量日益提高的前提下，一個(gè)試驗(yàn)電源容量已經(jīng)無(wú)法繼續(xù)滿(mǎn)足試驗(yàn)的需求，應(yīng)使用等效試驗(yàn)方法。對(duì)各種各樣運(yùn)行工況下的復(fù)雜應(yīng)力環(huán)境采取合成試驗(yàn)的方法進(jìn)行模擬，在現(xiàn)如今已經(jīng)成為電力電子裝置閥試驗(yàn)的基本選擇。

進(jìn)行等效試驗(yàn)應(yīng)考慮下面幾個(gè)關(guān)鍵性的問(wèn)題：在實(shí)驗(yàn)室里，怎么能以最少的代價(jià)來(lái)再現(xiàn)各種運(yùn)行與故障情況下可作用在被試品上的一些應(yīng)力，并保證盡可能的真實(shí)，依據(jù)于此來(lái)對(duì)被試組件其耐受的各種應(yīng)力進(jìn)行精準(zhǔn)的評(píng)價(jià)。

三.±800kV特高壓直流換流閥設(shè)計(jì)技術(shù)

（一）換流閥電氣特性

研究的內(nèi)容為：沖擊電壓之下電壓分布的特征與相應(yīng)的保護(hù)舉措、換流閥運(yùn)行應(yīng)力分析以及晶閘管電熱模型的研究及應(yīng)用等等。

（二）換流閥多物理數(shù)值分析

換流閥中有諸多種物理場(chǎng)，包括應(yīng)力場(chǎng)、溫度場(chǎng)以及電磁場(chǎng)等等。它們是借助晶閘管等元器件進(jìn)行耦合，起到相互影響、互為制約的作用。例如說(shuō)換流閥電場(chǎng)分布會(huì)對(duì)晶閘管元件承受的電場(chǎng)強(qiáng)度、電壓應(yīng)力造成巨大影響，同時(shí)，換流閥的冷卻系統(tǒng)與其溫度場(chǎng)，也會(huì)反過(guò)來(lái)影響到晶閘管電壓應(yīng)力與電場(chǎng)強(qiáng)度的耐受能力。所以說(shuō)，必須要對(duì)這些物理場(chǎng)做精準(zhǔn)的數(shù)值分析。

（三）換流閥成套結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、電氣設(shè)計(jì)及監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)技術(shù)

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面包括懸吊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、走線方法設(shè)計(jì)、水路設(shè)計(jì)與步驟以及光纖回路設(shè)計(jì)等等，這些設(shè)計(jì)均需考量到降低局部放電的設(shè)計(jì)技巧這一點(diǎn)；電氣設(shè)計(jì)方面，包括電流、電壓設(shè)計(jì)以及損耗計(jì)算等；監(jiān)測(cè)技術(shù)方面，包括晶閘管觸發(fā)與檢測(cè)系統(tǒng)、閥保護(hù)單元的設(shè)計(jì)等。

（四）直流輸電換流閥核心零部件

組成換流閥的核心零部件包括電抗器、散熱器、避雷器、屏蔽罩以及阻尼電阻等，而這些零部件的設(shè)計(jì)技術(shù)一直被國(guó)外跨國(guó)公司控制著，而且由他們進(jìn)行生產(chǎn)供貨，因此，想實(shí)現(xiàn)換流閥的國(guó)產(chǎn)化也需經(jīng)較長(zhǎng)時(shí)間的進(jìn)展。

（五）換流閥集成技術(shù)

換流閥集成的專(zhuān)用技術(shù)內(nèi)容包括現(xiàn)場(chǎng)安裝、換流閥組裝、現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試等，起到的主要作用是研究相關(guān)工廠組裝、現(xiàn)場(chǎng)安裝工藝，相應(yīng)配套完成組裝與安裝供需所需的儀器儀表、專(zhuān)用工具的研究。

（六）±800kV特高壓直流換流閥

基于上述這幾點(diǎn)基本的內(nèi)容，在掌握了核心技術(shù)的同時(shí)，可開(kāi)展±800kV特高壓直流換流閥技術(shù)的研究。其中使用新型的6英寸晶閘管，允許最大的電流可到5000A。

四.柔性直流輸電關(guān)鍵技術(shù)

柔性直流輸電技術(shù)一般將其應(yīng)用在可再生能源發(fā)電并網(wǎng)、大型城市中心負(fù)荷供電以及電力市場(chǎng)交易等領(lǐng)域中，尤其是在大型城市中心負(fù)荷供電以及風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)中的應(yīng)用，更凸顯其應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。另外，柔性直流輸電技術(shù)可增強(qiáng)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)的無(wú)功支撐，有利于改善電能的質(zhì)量。由此可見(jiàn)，基于柔性直流輸電具備的優(yōu)良特性，可使其成為電網(wǎng)智能化調(diào)節(jié)與控制的核心裝備，有利于促進(jìn)智能電網(wǎng)建設(shè)以及運(yùn)行的安全、可靠性。

結(jié)束語(yǔ)

對(duì)功能齊全的高壓直流換流閥成套形式試驗(yàn)裝置進(jìn)行研究，基于進(jìn)一步的提升與擴(kuò)展，可滿(mǎn)足未來(lái)容量更大的直流輸電工程換流閥與柔性直流換流閥型式試驗(yàn)的要求。對(duì)柔性直流輸電系統(tǒng)裝備相關(guān)核心技術(shù)進(jìn)行研究，可促使我國(guó)在智能電網(wǎng)高端裝備方面取得更大的突破，打破國(guó)外跨國(guó)公司壟斷，使我國(guó)科技水平躋身于世界前列。

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