高压直流输电装备核心技术研究分析

摘 要：想要从根本上实现电力资源的整体优化配置，进一步提高电网运行的灵活性，获得更高的性价比，做好智能化电网的建设，那么离不开大量高端的电力装备作为支持。由此来看，积极进行高压直流输电装备核心技术的研究，对促进我国电网的协调发展、提高我国电力装备制造水准有着重要意义。本文就对一些高压直流输电装备核心技术开发相关内容进行简介。

关键词：高压直流输电；核心技术；输电装备

无论是在电网的发展还是运行当中，高压直流输电都起到重要作用。而我国对高压直流输电装备的需求量也呈连年增加的趋势。由于高压直流输电装备核心技术国产化水平不高，这也直接阻碍到我国电网建设的可持续性发展。因此，需加强我国对高压直流输电装备核心技术的研究。

一.有关高压直流输电装备的需求分析

我国每年电网的输送容量都呈大幅增长的态势，这边对电力输送技术提出了更高的要求，需要其实现远距离、高效率以及大规模的输送。特高压直流输电正与这几点要求相契合，其应用优点在于输送容量大、输送距离远且损耗较低，非常适合于大容量、远距离的电力输送，有着非常突出的经济优势。

同时，就柔性直流输电这一方式来说，是当前国际认可的独具技术优势的一种风电接入方法，无论是哪一种形式的风电场并网都非常适合其应用，尤其是将其应用在超过百兆瓦远距离的海上风电场中。进行风电并网时使用柔性直流输电这一方式，是最为关键性的技术方法。

另外，高压直流换流阀试验这一技术，是为高压直流输电装备可靠性运行起到保驾护航的作用。

做好对高压直流输电装备所必需的试验工作，从根本上保证设备工作性能，才能进一步为电网的可靠、安全运行奠定坚实基础。

现如今，我国正在建设以及已经投入到运行中的高压直流工程不管是其数量还是输送容量、线路长度等方面，都已经被归入了直流大国的范围，跻身到世界领先的地位，但我国在高压/特高压直流装备核心技术的研发上还是有很大欠缺。所以，对高压直流与柔性直流输电相关的核心技术进行研究，对于促进我国电网发展速度的提高、控制工程造价、缩短工程建设时间、保证设备可靠运行等诸多方面的内容都具有重要的实际价值。

二.直流换流阀等效试验技术

我国在2009年成功完成对直流换流阀成套运行与绝缘型式试验装置的研发，并将其应用到特高压直流输电工程中去进行试验，取得较好效果。

现如今，已经建成的直流换流阀试验能力主要有：交流耐压试验装置、冲击电压试验装置等等，皆可满足±125、±500、±660以及±800kV系列电压等级直流输电换流阀的绝缘、运行型试验要求。预计经过进一步的技术水平的提升，还可满足未来±1100kV、5kA特高压直流输电工程换流阀以及±320kV柔性直流换流阀型式试验需求。这也为我国电网跨越式发展奠定了坚实的技术性作用。

归结大功率电力电子装置的试验特点：第一，需同电力系统间有密切联系；第二，不具十足的运行经验；第三，装置复杂。在大功率的电子装置容量日益提高的前提下，一个试验电源容量已经无法继续满足试验的需求，应使用等效试验方法。对各种各样运行工况下的复杂应力环境采取合成试验的方法进行模拟，在现如今已经成为电力电子装置阀试验的基本选择。

进行等效试验应考虑下面几个关键性的问题：在实验室里，怎么能以最少的代价来再现各种运行与故障情况下可作用在被试品上的一些应力，并保证尽可能的真实，依据于此来对被试组件其耐受的各种应力进行精准的评价。

三.±800kV特高压直流换流阀设计技术

（一）换流阀电气特性

研究的内容为：冲击电压之下电压分布的特征与相应的保护举措、换流阀运行应力分析以及晶闸管电热模型的研究及应用等等。

（二）换流阀多物理数值分析

换流阀中有诸多种物理场，包括应力场、温度场以及电磁场等等。它们是借助晶闸管等元器件进行耦合，起到相互影响、互为制约的作用。例如说换流阀电场分布会对晶闸管元件承受的电场强度、电压应力造成巨大影响，同时，换流阀的冷却系统与其温度场，也会反过来影响到晶闸管电压应力与电场强度的耐受能力。所以说，必须要对这些物理场做精准的数值分析。

（三）Q流阀成套结构设计、电气设计及监测设计技术

结构设计方面包括悬吊机构设计、走线方法设计、水路设计与步骤以及光纤回路设计等等，这些设计均需考量到降低局部放电的设计技巧这一点；电气设计方面，包括电流、电压设计以及损耗计算等；监测技术方面，包括晶闸管触发与检测系统、阀保护单元的设计等。

（四）直流输电换流阀核心零部件

组成换流阀的核心零部件包括电抗器、散热器、避雷器、屏蔽罩以及阻尼电阻等，而这些零部件的设计技术一直被国外跨国公司控制着，而且由他们进行生产供货，因此，想实现换流阀的国产化也需经较长时间的进展。

（五）换流阀集成技术

换流阀集成的专用技术内容包括现场安装、换流阀组装、现场调试等，起到的主要作用是研究相关工厂组装、现场安装工艺，相应配套完成组装与安装供需所需的仪器仪表、专用工具的研究。

（六）±800kV特高压直流换流阀

基于上述这几点基本的内容，在掌握了核心技术的同时，可开展±800kV特高压直流换流阀技术的研究。其中使用新型的6英寸晶闸管，允许最大的电流可到5000A。

四.柔性直流输电关键技术

柔性直流输电技术一般将其应用在可再生能源发电并网、大型城市中心负荷供电以及电力市场交易等领域中，尤其是在大型城市中心负荷供电以及风力发电并网中的应用，更凸显其应用优势。另外，柔性直流输电技术可增强系统动态的无功支撑，有利于改善电能的质量。由此可见，基于柔性直流输电具备的优良特性，可使其成为电网智能化调节与控制的核心装备，有利于促进智能电网建设以及运行的安全、可靠性。

结束语

对功能齐全的高压直流换流阀成套形式试验装置进行研究，基于进一步的提升与扩展，可满足未来容量更大的直流输电工程换流阀与柔性直流换流阀型式试验的要求。对柔性直流输电系统装备相关核心技术进行研究，可促使我国在智能电网高端装备方面取得更大的突破，打破国外跨国公司垄断，使我国科技水平跻身于世界前列。

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