長(cháng)期以來(lái)，DC輸電的發(fā)展與換流技術(shù)(尤其是高壓大功率換流設備)的發(fā)展密切相關(guān)。然而，近年來(lái)，除了電力電子技術(shù)的進(jìn)步之外，由于大量DC項目的運行，DC輸電的控制、保護、故障和可靠性等許多問(wèn)題變得日益重要。因此，多種新技術(shù)的綜合應用使DC傳輸技術(shù)取得了新的進(jìn)展。1.輕型直接觸發(fā)晶閘管的晶閘管觸發(fā)技術(shù)是DC輸電的關(guān)鍵技術(shù)之一。使用光觸發(fā)晶閘管，可以省去觸發(fā)電路板再次進(jìn)行光電轉換。但是晶閘管上需要集成相應的保護或測量電路，所以技術(shù)復雜，工藝要求嚴格。13 1992年投入運行的新DC擴建工程、1993年投入運行的北本線(xiàn)DC擴建工程、1999年投入運行的東清水變頻站(125千伏、2400安、300兆瓦)、2000年投入運行的吉一海峽DC電纜及架空線(xiàn)路系統均采用光直觸發(fā)晶閘管，標志著(zhù)DC輸電新時(shí)代的開(kāi)始。2.接地極引線(xiàn)故障測量裝置DC輸電線(xiàn)路接地極引線(xiàn)的運行電壓很低，采用傳統的換流站電流電壓測量方法很難檢測到接地極附近的接地短路故障。為了檢測接地電極的引線(xiàn)故障，近年來(lái)發(fā)展了脈沖回波、阻抗等接地和引線(xiàn)測量裝置。其基本原理是在換流站接地電極的兩根導線(xiàn)之間加入低壓和高頻脈沖，通過(guò)接收這些脈沖的回波來(lái)計算接地導線(xiàn)的阻抗。當導線(xiàn)的任何地方發(fā)生對地短路時(shí)，其阻抗的變化都會(huì )反映在測量裝置中，從而判斷是否發(fā)生故障以及故障發(fā)生在哪里。3.實(shí)時(shí)多處理器控制保護系統隨著(zhù)電子信息技術(shù)的發(fā)展，處理器的計算速度越來(lái)越快，存儲空間越來(lái)越大，并行運行的處理器越來(lái)越多。目前，微處理器技術(shù)已遍布DC系統設備的控制和保護，包括極控(或閥控)、站控(交流場(chǎng)/DC場(chǎng))、DC系統保護、換流器干式變壓器控制保護、交流/DC濾波控制保護、換流器冷卻系統控制保護、站用電系統控制保護等。4.在全球定位系統的高壓直流輸電系統中，為了便于事故分析和處理，需要同步分布在換流站和兩端換流站設備中的各控制保護系統的測量時(shí)間，以準確測量DC線(xiàn)路的故障位置。過(guò)去，DC輸電系統中各種設備之間和兩個(gè)站之間沒(méi)有統一的時(shí)間基準，暫態(tài)故障記錄與事件記錄不同步，無(wú)法顯示DC線(xiàn)路故障的正確位置，給檢修和維護帶來(lái)很大不便。使用全球定位系統，各種設備的時(shí)間誤差可以小于1毫秒。DC線(xiàn)的斷層位置可以精確到300米。5.輕型高壓直流輸電是ABB公司開(kāi)發(fā)的一種全新的輸電技術(shù)，特別適用于小型發(fā)電和輸電應用。它將高壓直流輸電的經(jīng)濟應用功率范圍降低到幾十兆瓦。該系統由放置在兩個(gè)或多個(gè)傳輸終端及其連接上的終端換流站組成。雖然傳統的DC架空線(xiàn)路可以作為連接，但如果我們使用地下電纜連接兩個(gè)變電站，整個(gè)系統將受益較大。在許多情況下，估計的電纜成本低于架空線(xiàn)路成本，并且在輕型高壓直流輸電系統中，更容易獲得使用電纜所需的環(huán)境許可證。與交流輸電和本地發(fā)電相比，輕型高壓直流輸電系統不僅具有成本優(yōu)勢，而且為改善交流電網(wǎng)的供電質(zhì)量提供了新的可能性。自1997年輕型高壓直流輸電提出以來(lái)，已有多條輸電線(xiàn)路投入商業(yè)運營(yíng)，其中較大容量達到330兆瓦。更多正在建設中。5.1高壓直流輸電線(xiàn)路之間的差異 #p#分頁(yè)標題#e#

(2)模塊化輕型DC是基于模塊化的概念，這使得換流站的尺寸由一系列標準組成。大多數設備可以在工廠(chǎng)包裝成模塊。然而，傳統DC通常需要根據具體應用條件定制轉換器設備。(3)光DC電路是雙極的，DC電路不接地，需要兩根導線(xiàn)(或電纜)。(4)換流站的光DC與換流站的傳統DC有很大不同。前者對應晶閘管，后者一般對應IGBT。傳統的DC是通過(guò)換流干式變壓器接入交流電網(wǎng)，而輕DC是串聯(lián)電抗器加干式變壓器。在濾波和無(wú)功功率補償中，傳統DC無(wú)功功率的50%左右在濾波器中，電容器應并聯(lián)。而光DC只需要一個(gè)小濾鏡。傳統的DC使用平滑電抗器和DC濾波器來(lái)平滑電流，而輕DC可以使用DC電容器。此外，傳統DC需要換流站之間的控制和通信功能，而輕型DC則不需要。(5)對交流系統的依賴(lài)輕DC不需要依賴(lài)交流系統保持電壓和頻率穩定的能力。與傳統的DC不同，短路容量并不重要。輕型DC可以在沒(méi)有同步電機的情況下向電網(wǎng)輸送負載。(6)可以像SVC(靜止無(wú)功補償器)一樣工作。傳統的DC傳輸終端可以通過(guò)切換濾波器和并聯(lián)電容器組或改變觸發(fā)角來(lái)控制無(wú)功功率和電壓。但是，這顯然需要額外的設備，從而增加投資。光DC可以快速改變相角和幅值，使得同時(shí)先立控制有功功率和無(wú)功功率成為可能。5.2光DC的典型實(shí)現：由VSC(電壓源變換器)實(shí)現，通常采用兩電平6脈沖式，每個(gè)橋臂由多個(gè)IGBT或GTO串聯(lián)而成。DC側電容的作用是為逆變器提供電壓支持，緩沖橋臂斷開(kāi)時(shí)的沖擊電流，減少DC側諧波；換流電抗器是VSC與交流側能量交換的紐帶，也起著(zhù)濾波的作用；交流濾波器的作用是濾除交流側諧波。在輕DC，VSC通常采用正弦脈寬調制(SPWM)技術(shù)。SPWM的基本原理是將給定的正弦波與三角載波進(jìn)行比較，確定每個(gè)橋臂的導通和關(guān)斷時(shí)間。當DC側電壓恒定時(shí)，VSC輸出電壓的幅度由SPWM的調制程度(正弦給定信號與三角載波幅度在0-1范圍內的比值)決定。正弦給定信號的頻率和相位決定了VSC輸出電壓的頻率和相位。VSC吸收的有功功率和無(wú)功功率取決于VSC輸出電壓的相位和幅度，因此通過(guò)控制速度

WM給定正弦信號的相位就可以控制有功功率的大小及輸送方向，通過(guò)控制SPWM的調制度就可以控制無(wú)功功率的大小及性質(zhì)(容性或感性)，從而可以實(shí)現對有功功率、無(wú)功功率同時(shí)且相互先立的調節。5.3輕型直流輸電技術(shù)特點(diǎn)(1)VSC電流能夠自關(guān)斷，可以工作在無(wú)源逆變方式，不需要外加的換相電壓?？朔藗鹘yHVDC受端必須是有源網(wǎng)絡(luò )的根本缺陷，使利用HVDC為遠距離的孤立負荷送電成為可能。(2)正常運行時(shí)VSC可以同時(shí)且相互先立控制有功功率、無(wú)功功率，控制更加靈活方便。(3)VSC不僅不需要交流側提供無(wú)功功率而且能夠起到STATCOM的作用，即動(dòng)態(tài)補償交流母線(xiàn)的無(wú)功功率，穩定交流母線(xiàn)電壓。這意味著(zhù)故障時(shí)，如VSC容量允許，那么HVDCLisht系統既可向故障系統提供有功功率的緊急支援又可提供無(wú)功功率緊急支援，從而提高系統功角電壓的穩定性。(4)潮流反轉時(shí)直流電流方向反轉而直流電壓極性不變，與傳統HVDC恰好相反。這個(gè)特點(diǎn)有利于構成既能方便地控制潮流又有較高可靠性的并聯(lián)多端直流系統。(5)由于VSC交流倒電流可以被控制，所以不會(huì )增加系統的短路功率。這意味著(zhù)增加新的輕型直流輸電線(xiàn)路后，交流系統的保護整定基本不需改變。(6)VSC通常采用SPWM技術(shù)，開(kāi)關(guān)頻率相對較高，經(jīng)過(guò)低通濾波后就可得到所需交流電壓，可以不用干式變壓器，所需濾波裝置容量也大大減小.(7)但IGBT損耗大，不利于大型直流工程的采用。今后集成門(mén)極換相晶閘管（IGCT）和碳化硅等新型半導體器件的開(kāi)發(fā)，給直流輸電技術(shù)的發(fā)展將創(chuàng )造更好的條件。同時(shí)，日本電力研究所正在研制以GTO為功率器件、9脈沖PWM控制的300MWVSC，并稱(chēng)之為高性能自換相交直流換流器，該項研究的目的是用于將來(lái)的直流輸電，目前，GTO的串聯(lián)均壓等技術(shù)難題已試驗成功。輕型直流潛在的用途包括遠距離無(wú)源網(wǎng)絡(luò )送電、發(fā)電廠(chǎng)的連接及用來(lái)構成大城市內多端直流輸電系統代替傳統的交流配電網(wǎng)等。目前，由于器件容量及其串聯(lián)技術(shù)限制，輕型直流可達到的容量有限，還不能取代傳統HVDC用于大功率直流輸電。以GTO為功率器件的大容量VSC一旦研制成功將較大幅度提高輕型輸電容量。6.直流輸電系統可靠性技術(shù)在分析直流輸電系統設備可靠性指標時(shí)，通常按以下幾種故障的原因分析，即交流設備及其輔助設備、換流閥及其冷卻系統、換流站控制保護和通信設備、直流一次設備、直流線(xiàn)路或電纜，以及其它原因，如人為的或不明的原因。直流系統可靠性的分析方法通常包括對世界已投運的直流工程進(jìn)行可靠性指標的統計及原因分析；對影響可靠性的主要因素進(jìn)行敏感性分析；建立直流系統可靠性計算的數學(xué)模型，并對相關(guān)的計算條件和參數進(jìn)行收集和假設，然后按照有關(guān)的計算方法進(jìn)行計算分析；對可靠性的等效經(jīng)濟指標進(jìn)行評估；較后提出工程可靠性的指標要求，主要是單極和雙極的年強迫停運次數和系統的可用率，并按此提出相關(guān)的設計、制造、建設、運行和檢修要求。直流可靠性的計算方法通常是建立描述系統可靠性的數學(xué)模型，根據狀態(tài)之間的轉移關(guān)系列出狀態(tài)概率的狀態(tài)方程進(jìn)行有關(guān)計算，如馬爾可夫過(guò)程研究方法，這是一種數學(xué)解析方法。另一種是模擬法，它是對系統進(jìn)行數字仿真模擬，然后采用統計試驗方法進(jìn)行分析，如蒙特卡洛模擬法。在直流輸電系統中，根據工程經(jīng)驗，對直流系統可靠性分析中較敏感的故障因素是交流系統故障、換流干式變壓器故障、換流站控制保護系統和換流閥及其輔助設備，其中又以電纜、換流干式變壓器和換流閥的返修時(shí)間較長(cháng)，影響系統可用率為較嚴重。對各設備元件的可靠性分析中，主要考慮的因素為設備的故障率、備品備件的數量、設備的維修周期和故障后修理和運輸的時(shí)間，以及各子系統是否雙重化和自動(dòng)切換等。直流系統可靠性的經(jīng)濟評估主要涉及到：在強迫停運期間，要有補償的送電容量，可能需要增加系統的備用容量以避免直流系統的停運給用戶(hù)用電帶來(lái)過(guò)大的影響，這種臨時(shí)的容量往往價(jià)格較高。此外，就是故障的修復費用。由于直流系統通常配有完全先立的雙重化快速極控制保護系統、根據系統要求設計的雙極或單極過(guò)負荷能力，以及可降壓運行的性能，這些特點(diǎn)或使直流輸電系統的雙極和單極停運率大大減少；或使得當一極停運時(shí)不僅不影響另一極的運行，另一極還可采用過(guò)負荷運行方式；或者線(xiàn)路絕緣水平降低時(shí)還可降壓運行；這些都將使故障時(shí)發(fā)生的輸送容量的變化減至較小，而系統的可靠性和可用率大大提高。#p#分頁(yè)標題#e#