長期以來，DC輸電的發(fā)展與換流技術(shù)(尤其是高壓大功率換流設(shè)備)的發(fā)展密切相關(guān)。然而，近年來，除了電力電子技術(shù)的進步之外，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題變得日益重要。因此，多種新技術(shù)的綜合應(yīng)用使DC傳輸技術(shù)取得了新的進展。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)電路板再次進行光電轉(zhuǎn)換。但是晶閘管上需要集成相應(yīng)的保護或測量電路，所以技術(shù)復(fù)雜，工藝要求嚴(yán)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電纜及架空線路系統(tǒng)均采用光直觸發(fā)晶閘管，標(biāo)志著DC輸電新時代的開始。2.接地極引線故障測量裝置DC輸電線路接地極引線的運行電壓很低，采用傳統(tǒng)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故障，近年來發(fā)展了脈沖回波、阻抗等接地和引線測量裝置。其基本原理是在換流站接地電極的兩根導(dǎo)線之間加入低壓和高頻脈沖，通過接收這些脈沖的回波來計算接地導(dǎo)線的阻抗。當(dāng)導(dǎo)線的任何地方發(fā)生對地短路時，其阻抗的變化都會反映在測量裝置中，從而判斷是否發(fā)生故障以及故障發(fā)生在哪里。3.實時多處理器控制保護系統(tǒng)隨著電子信息技術(shù)的發(fā)展，處理器的計算速度越來越快，存儲空間越來越大，并行運行的處理器越來越多。目前，微處理器技術(shù)已遍布DC系統(tǒng)設(shè)備的控制和保護，包括極控(或閥控)、站控(交流場/DC場)、DC系統(tǒng)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(tǒng)控制保護、站用電系統(tǒng)控制保護等。4.在全球定位系統(tǒng)的高壓直流輸電系統(tǒng)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(shè)備中的各控制保護系統(tǒng)的測量時間，以準(zhǔn)確測量DC線路的故障位置。過去，DC輸電系統(tǒng)中各種設(shè)備之間和兩個站之間沒有統(tǒng)一的時間基準(zhǔn)，暫態(tài)故障記錄與事件記錄不同步，無法顯示DC線路故障的正確位置，給檢修和維護帶來很大不便。使用全球定位系統(tǒng)，各種設(shè)備的時間誤差可以小于1毫秒。DC線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(yīng)用。它將高壓直流輸電的經(jīng)濟應(yīng)用功率范圍降低到幾十兆瓦。該系統(tǒng)由放置在兩個或多個傳輸終端及其連接上的終端換流站組成。雖然傳統(tǒng)的DC架空線路可以作為連接，但如果我們使用地下電纜連接兩個變電站，整個系統(tǒng)將受益較大。在許多情況下，估計的電纜成本低于架空線路成本，并且在輕型高壓直流輸電系統(tǒng)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(tǒng)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，已有多條輸電線路投入商業(yè)運營，其中較大容量達到330兆瓦。更多正在建設(shè)中。5.1高壓直流輸電線路之間的差異 #p#分頁標(biāo)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(biāo)準(zhǔn)組成。大多數(shù)設(shè)備可以在工廠包裝成模塊。然而，傳統(tǒng)DC通常需要根據(jù)具體應(yīng)用條件定制轉(zhuǎn)換器設(shè)備。(3)光DC電路是雙極的，DC電路不接地，需要兩根導(dǎo)線(或電纜)。(4)換流站的光DC與換流站的傳統(tǒng)DC有很大不同。前者對應(yīng)晶閘管，后者一般對應(yīng)IGBT。傳統(tǒng)的DC是通過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。在濾波和無功功率補償中，傳統(tǒng)DC無功功率的50%左右在濾波器中，電容器應(yīng)并聯(lián)。而光DC只需要一個小濾鏡。傳統(tǒng)的DC使用平滑電抗器和DC濾波器來平滑電流，而輕DC可以使用DC電容器。此外，傳統(tǒng)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(tǒng)的依賴輕DC不需要依賴交流系統(tǒng)保持電壓和頻率穩(wěn)定的能力。與傳統(tǒng)的DC不同，短路容量并不重要。輕型DC可以在沒有同步電機的情況下向電網(wǎng)輸送負載。(6)可以像SVC(靜止無功補償器)一樣工作。傳統(tǒng)的DC傳輸終端可以通過切換濾波器和并聯(lián)電容器組或改變觸發(fā)角來控制無功功率和電壓。但是，這顯然需要額外的設(shè)備，從而增加投資。光DC可以快速改變相角和幅值，使得同時先立控制有功功率和無功功率成為可能。5.2光DC的典型實現(xiàn)：由VSC(電壓源變換器)實現(xiàn)，通常采用兩電平6脈沖式，每個橋臂由多個IGBT或GTO串聯(lián)而成。DC側(cè)電容的作用是為逆變器提供電壓支持，緩沖橋臂斷開時的沖擊電流，減少DC側(cè)諧波；換流電抗器是VSC與交流側(cè)能量交換的紐帶，也起著濾波的作用；交流濾波器的作用是濾除交流側(cè)諧波。在輕DC，VSC通常采用正弦脈寬調(diào)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行比較，確定每個橋臂的導(dǎo)通和關(guān)斷時間。當(dāng)DC側(cè)電壓恒定時，VSC輸出電壓的幅度由SPWM的調(diào)制程度(正弦給定信號與三角載波幅度在0-1范圍內(nèi)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功功率取決于VSC輸出電壓的相位和幅度，因此通過控制速度

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，通過控制SPWM的調(diào)制度就可以控制無功功率的大小及性質(zhì)(容性或感性)，從而可以實現(xiàn)對有功功率、無功功率同時且相互先立的調(diào)節(jié)。5.3輕型直流輸電技術(shù)特點(1)VSC電流能夠自關(guān)斷，可以工作在無源逆變方式，不需要外加的換相電壓。克服了傳統(tǒng)HVDC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VSC可以同時且相互先立控制有功功率、無功功率，控制更加靈活方便。(3)VSC不僅不需要交流側(cè)提供無功功率而且能夠起到STATCOM的作用，即動態(tài)補償交流母線的無功功率，穩(wěn)定交流母線電壓。這意味著故障時，如VSC容量允許，那么HVDCLisht系統(tǒng)既可向故障系統(tǒng)提供有功功率的緊急支援又可提供無功功率緊急支援，從而提高系統(tǒng)功角電壓的穩(wěn)定性。(4)潮流反轉(zhuǎn)時直流電流方向反轉(zhuǎn)而直流電壓極性不變，與傳統(tǒng)HVDC恰好相反。這個特點有利于構(gòu)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(tǒng)。(5)由于VSC交流倒電流可以被控制，所以不會增加系統(tǒng)的短路功率。這意味著增加新的輕型直流輸電線路后，交流系統(tǒng)的保護整定基本不需改變。(6)VSC通常采用SPWM技術(shù)，開關(guān)頻率相對較高，經(jīng)過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。今后集成門極換相晶閘管（IGCT）和碳化硅等新型半導(dǎo)體器件的開發(fā)，給直流輸電技術(shù)的發(fā)展將創(chuàng)造更好的條件。同時，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源網(wǎng)絡(luò)送電、發(fā)電廠的連接及用來構(gòu)成大城市內(nèi)多端直流輸電系統(tǒng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)可靠性技術(shù)在分析直流輸電系統(tǒng)設(shè)備可靠性指標(biāo)時，通常按以下幾種故障的原因分析，即交流設(shè)備及其輔助設(shè)備、換流閥及其冷卻系統(tǒng)、換流站控制保護和通信設(shè)備、直流一次設(shè)備、直流線路或電纜，以及其它原因，如人為的或不明的原因。直流系統(tǒng)可靠性的分析方法通常包括對世界已投運的直流工程進行可靠性指標(biāo)的統(tǒng)計及原因分析；對影響可靠性的主要因素進行敏感性分析；建立直流系統(tǒng)可靠性計算的數(shù)學(xué)模型，并對相關(guān)的計算條件和參數(shù)進行收集和假設(shè)，然后按照有關(guān)的計算方法進行計算分析；對可靠性的等效經(jīng)濟指標(biāo)進行評估；較后提出工程可靠性的指標(biāo)要求，主要是單極和雙極的年強迫停運次數(shù)和系統(tǒng)的可用率，并按此提出相關(guān)的設(shè)計、制造、建設(shè)、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(tǒng)可靠性的數(shù)學(xué)模型，根據(jù)狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)移關(guān)系列出狀態(tài)概率的狀態(tài)方程進行有關(guān)計算，如馬爾可夫過程研究方法，這是一種數(shù)學(xué)解析方法。另一種是模擬法，它是對系統(tǒng)進行數(shù)字仿真模擬，然后采用統(tǒng)計試驗方法進行分析，如蒙特卡洛模擬法。在直流輸電系統(tǒng)中，根據(jù)工程經(jīng)驗，對直流系統(tǒng)可靠性分析中較敏感的故障因素是交流系統(tǒng)故障、換流干式變壓器故障、換流站控制保護系統(tǒng)和換流閥及其輔助設(shè)備，其中又以電纜、換流干式變壓器和換流閥的返修時間較長，影響系統(tǒng)可用率為較嚴(yán)重。對各設(shè)備元件的可靠性分析中，主要考慮的因素為設(shè)備的故障率、備品備件的數(shù)量、設(shè)備的維修周期和故障后修理和運輸?shù)臅r間，以及各子系統(tǒng)是否雙重化和自動切換等。直流系統(tǒng)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?shù)乃碗娙萘浚赡苄枰黾酉到y(tǒng)的備用容量以避免直流系統(tǒng)的停運給用戶用電帶來過大的影響，這種臨時的容量往往價格較高。此外，就是故障的修復(fù)費用。由于直流系統(tǒng)通常配有完全先立的雙重化快速極控制保護系統(tǒng)、根據(jù)系統(tǒng)要求設(shè)計的雙極或單極過負荷能力，以及可降壓運行的性能，這些特點或使直流輸電系統(tǒng)的雙極和單極停運率大大減少；或使得當(dāng)一極停運時不僅不影響另一極的運行，另一極還可采用過負荷運行方式；或者線路絕緣水平降低時還可降壓運行；這些都將使故障時發(fā)生的輸送容量的變化減至較小，而系統(tǒng)的可靠性和可用率大大提高。#p#分頁標(biāo)題#e#