高壓直流輸電裝備核心技術研究分析

張柳艷

摘 要：想要從根本上實現電力資源的整體優化配置，進一步提高電網運行的靈活性，獲得更高的性價比，做好智能化電網的建設，那么離不開大量高端的電力裝備作為支持。由此來看，積極進行高壓直流輸電裝備核心技術的研究，對促進我國電網的協調發展、提高我國電力裝備制造水準有著重要意義。本文就對一些高壓直流輸電裝備核心技術開發相關內容進行簡介。

關鍵詞：高壓直流輸電；核心技術；輸電裝備

無論是在電網的發展還是運行當中，高壓直流輸電都起到重要作用。而我國對高壓直流輸電裝備的需求量也呈連年增加的趨勢。由于高壓直流輸電裝備核心技術國產化水平不高，這也直接阻礙到我國電網建設的可持續性發展。因此，需加強我國對高壓直流輸電裝備核心技術的研究。

一.有關高壓直流輸電裝備的需求分析

我國每年電網的輸送容量都呈大幅增長的態勢，這邊對電力輸送技術提出了更高的要求，需要其實現遠距離、高效率以及大規模的輸送。特高壓直流輸電正與這幾點要求相契合，其應用優點在于輸送容量大、輸送距離遠且損耗較低，非常適合于大容量、遠距離的電力輸送，有著非常突出的經濟優勢。

同時，就柔性直流輸電這一方式來說，是當前國際認可的獨具技術優勢的一種風電接入方法，無論是哪一種形式的風電場并網都非常適合其應用，尤其是將其應用在超過百兆瓦遠距離的海上風電場中。進行風電并網時使用柔性直流輸電這一方式，是最為關鍵性的技術方法。

另外，高壓直流換流閥試驗這一技術，是為高壓直流輸電裝備可靠性運行起到保駕護航的作用。

做好對高壓直流輸電裝備所必需的試驗工作，從根本上保證設備工作性能，才能進一步為電網的可靠、安全運行奠定堅實基礎。

現如今，我國正在建設以及已經投入到運行中的高壓直流工程不管是其數量還是輸送容量、線路長度等方面，都已經被歸入了直流大國的范圍，躋身到世界領先的地位，但我國在高壓/特高壓直流裝備核心技術的研發上還是有很大欠缺。所以，對高壓直流與柔性直流輸電相關的核心技術進行研究，對于促進我國電網發展速度的提高、控制工程造價、縮短工程建設時間、保證設備可靠運行等諸多方面的內容都具有重要的實際價值。

二.直流換流閥等效試驗技術

我國在2009年成功完成對直流換流閥成套運行與絕緣型式試驗裝置的研發，并將其應用到特高壓直流輸電工程中去進行試驗，取得較好效果。

現如今，已經建成的直流換流閥試驗能力主要有：交流耐壓試驗裝置、沖擊電壓試驗裝置等等，皆可滿足±125、±500、±660以及±800kV系列電壓等級直流輸電換流閥的絕緣、運行型試驗要求。預計經過進一步的技術水平的提升，還可滿足未來±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需求。這也為我國電網跨越式發展奠定了堅實的技術性作用。

歸結大功率電力電子裝置的試驗特點：第一，需同電力系統間有密切聯系；第二，不具十足的運行經驗；第三，裝置復雜。在大功率的電子裝置容量日益提高的前提下，一個試驗電源容量已經無法繼續滿足試驗的需求，應使用等效試驗方法。對各種各樣運行工況下的復雜應力環境采取合成試驗的方法進行模擬，在現如今已經成為電力電子裝置閥試驗的基本選擇。

進行等效試驗應考慮下面幾個關鍵性的問題：在實驗室里，怎么能以最少的代價來再現各種運行與故障情況下可作用在被試品上的一些應力，并保證盡可能的真實，依據于此來對被試組件其耐受的各種應力進行精準的評價。

三.±800kV特高壓直流換流閥設計技術

（一）換流閥電氣特性

研究的內容為：沖擊電壓之下電壓分布的特征與相應的保護舉措、換流閥運行應力分析以及晶閘管電熱模型的研究及應用等等。

（二）換流閥多物理數值分析

換流閥中有諸多種物理場，包括應力場、溫度場以及電磁場等等。它們是借助晶閘管等元器件進行耦合，起到相互影響、互為制約的作用。例如說換流閥電場分布會對晶閘管元件承受的電場強度、電壓應力造成巨大影響，同時，換流閥的冷卻系統與其溫度場，也會反過來影響到晶閘管電壓應力與電場強度的耐受能力。所以說，必須要對這些物理場做精準的數值分析。

（三）換流閥成套結構設計、電氣設計及監測設計技術

結構設計方面包括懸吊機構設計、走線方法設計、水路設計與步驟以及光纖回路設計等等，這些設計均需考量到降低局部放電的設計技巧這一點；電氣設計方面，包括電流、電壓設計以及損耗計算等；監測技術方面，包括晶閘管觸發與檢測系統、閥保護單元的設計等。

（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，而這些零部件的設計技術一直被國外跨國公司控制著，而且由他們進行生產供貨，因此，想實現換流閥的國產化也需經較長時間的進展。

（五）換流閥集成技術

換流閥集成的專用技術內容包括現場安裝、換流閥組裝、現場調試等，起到的主要作用是研究相關工廠組裝、現場安裝工藝，相應配套完成組裝與安裝供需所需的儀器儀表、專用工具的研究。

（六）±800kV特高壓直流換流閥

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

四.柔性直流輸電關鍵技術

柔性直流輸電技術一般將其應用在可再生能源發電并網、大型城市中心負荷供電以及電力市場交易等領域中，尤其是在大型城市中心負荷供電以及風力發電并網中的應用，更凸顯其應用優勢。另外，柔性直流輸電技術可增強系統動態的無功支撐，有利于改善電能的質量。由此可見，基于柔性直流輸電具備的優良特性，可使其成為電網智能化調節與控制的核心裝備，有利于促進智能電網建設以及運行的安全、可靠性。

結束語

對功能齊全的高壓直流換流閥成套形式試驗裝置進行研究，基于進一步的提升與擴展，可滿足未來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的要求。對柔性直流輸電系統裝備相關核心技術進行研究，可促使我國在智能電網高端裝備方面取得更大的突破，打破國外跨國公司壟斷，使我國科技水平躋身于世界前列。

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