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高壓直流供電范文第1篇

【關(guān)鍵詞】高壓直流電；供電技術(shù)；節(jié)約能耗

1 高壓直流供電技術(shù)的優(yōu)勢

1.1 在技術(shù)方面的優(yōu)勢

可靠性大幅提升，高壓直流供電技術(shù)引入的主要目的就在于提升系統(tǒng)的安全性。UPS系統(tǒng)本身僅并聯(lián)主機具有冗余備份，系統(tǒng)組件之間更多地是串聯(lián)關(guān)系，其可用性是各部分組件可靠性的連乘結(jié)果，總體可靠性低于單個組件的可靠性。反觀直流系統(tǒng)，系統(tǒng)的并聯(lián)整流模塊、蓄電池組均構(gòu)成了冗余關(guān)系，不可靠性是各組件連乘結(jié)果，總體可靠性高于單個組件的可靠性。

1.2 高壓直流供電能大大節(jié)約能耗

目前大量使用的UPS主機均為在線雙變換型，在負(fù)載率大于50％時，其轉(zhuǎn)換效率與開關(guān)電源相近。但一個不容忽視的現(xiàn)實是，為了保證UPS系統(tǒng)的可靠性，UPS主機均采用n+1(n=1、2、3)方式運行，加之受后端負(fù)載輸入的諧波和波峰因數(shù)的影響，UPS主機并不能滿足運行，通常UPS單機的設(shè)計最大穩(wěn)定運行負(fù)載率僅為35―53％。而受后端設(shè)備虛提功耗和業(yè)務(wù)發(fā)展的影響，很多UPS系統(tǒng)通常在壽命中后期才能達(dá)到設(shè)計負(fù)載率，甚至根本不能達(dá)到設(shè)計負(fù)載率，UPS主機單機長期運行在很低的負(fù)載率，其轉(zhuǎn)換效率通常為80％多，甚至更低。對于直流電源系統(tǒng)而言，因其采用模塊化結(jié)構(gòu)，可根據(jù)輸出負(fù)載的大小，由監(jiān)控模塊、監(jiān)控系統(tǒng)或現(xiàn)場值守人員靈活控制模塊的開機運行數(shù)量，使整流器模塊的負(fù)載率始終保持在較高的水平，從而使系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換效率保持在較高的水平。

1.3 直流供電的帶載能力大大提高

UPS系統(tǒng)帶載能力受兩個因素的制約，一是負(fù)載的功率因數(shù)，以國內(nèi)某大型UPS廠商的某型主機為例，在輸出功率因數(shù)為0.5（容性）時，其最大允許負(fù)載率僅為50％；二是負(fù)載的電流峰值系數(shù)，通常UPS主機的設(shè)計波峰因數(shù)為3，如果負(fù)載的電流峰值系數(shù)大于3，則UPS主機將降容使用。對于直流系統(tǒng)而言，不存在功率因數(shù)的問題；因其并聯(lián)了內(nèi)阻極低的大容量蓄電池組，加之整流器模塊有大量的富余（充電和備用），其負(fù)載高電流峰值系數(shù)的負(fù)荷能力很強，不需專門考慮安全富余容量。

2 高壓直流技術(shù)的應(yīng)用前景分析

2.1 高壓直流技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

目前對高壓直流供電的應(yīng)用，總體情況是電信運營商非常熱心，熱切希望大規(guī)模高壓直流供電，與電源系統(tǒng)廠商一起進(jìn)行了大量了理論研究，國內(nèi)業(yè)界已就包括高壓直流供電電壓、接地方式等關(guān)鍵問題達(dá)成了共識，高壓直流供電已在部分本地網(wǎng)進(jìn)行了試點。與之形成鮮明對比的是，到目前為止，后端IT設(shè)備還沒有針對高壓直流供電的電源技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，也沒有大型IT廠商宣布支持后端設(shè)備高壓直流供電。高壓直流供電有多種電壓可供選擇，因為缺乏后端設(shè)備廠商的響應(yīng)，國內(nèi)高壓直流供電的思路均是基于不對后端用電設(shè)備進(jìn)行改造，供電電壓的選擇就必須保證在電源系統(tǒng)各種運行模式下，后端設(shè)備均可正常工作，目前國內(nèi)業(yè)界對高壓直流供電的標(biāo)稱電壓已達(dá)成共識，即選用240V電壓等級。

2.2 制約高壓直流技術(shù)大規(guī)模應(yīng)用的主要因素

2.2.1 后端設(shè)備的適應(yīng)性

從目前運營商的試點情況來看，盡管采用單相UPS電源供電的后端設(shè)備絕大多數(shù)都支持高壓直流供電，高壓直流供電基本可保障后端設(shè)備的運行。但高壓直流供電畢竟不是后端設(shè)備的電源標(biāo)準(zhǔn)，采用高壓直流供電實質(zhì)上是改變了設(shè)備電源的標(biāo)稱運行環(huán)境，因而對運營商而言存在較多的風(fēng)險：技術(shù)風(fēng)險：使用UPS電源供電的后端設(shè)備種類繁多，從目前運營商的試點情況來看，還是有部分設(shè)備不支持高壓直流供電，對于具體的設(shè)備能否支持高壓直流供電，能否在高壓直流供電的額定輸出電壓、最低輸出電壓、最高輸出電壓下正常運行，只能針對具體設(shè)備進(jìn)行電路分析和實際實驗。對于在高壓直流供電下能正常運行的后端設(shè)備，也需要用時間來檢驗其壽命是否會發(fā)生變化。法律風(fēng)險：改變設(shè)備的電源運行環(huán)境，實質(zhì)上是改變了采購合同約定的運行條件，如后端設(shè)備發(fā)生故障，運營商將處于較為不利的法律地位，面臨著較大的風(fēng)險。同時，對于高壓直流供電最大應(yīng)用場合的IDC機房，運營商通常與客戶簽訂有嚴(yán)格的SLA（服務(wù)等級協(xié)議），供電電源的改變也會將運營商推向不利的地位，一旦客戶托管設(shè)備發(fā)生故障，尤其是涉及到對服務(wù)連續(xù)性極為敏感的金融、大型SP等客戶時，雙方可能陷入長時間的糾紛，或以運營商的讓步而告終。從現(xiàn)網(wǎng)試點情況來看，運營商普遍的心態(tài)還是感覺“高壓直流電源穩(wěn)定可靠，不會出現(xiàn)問題”，還沒有從法律層面認(rèn)真思考可能遇到的法律糾紛。

2.2.2 配套器件

高壓直流供電涉及的元器件中，整流器模塊所需的功率電子器件、電容、變壓器等器件較為通用，供應(yīng)不存在任何問題，但熔斷器、斷路器等配電保護(hù)元件就較為匱乏。高壓直流供電系統(tǒng)日常運行電壓（浮充電壓）即已達(dá)到270V，普通熔斷器均為交流熔斷器，已不能支持這一電壓等級，只能選用專用的直流熔斷器，但目前直流熔熔斷器生產(chǎn)廠家很少，市面上也難以見到。斷路器的情況要好一些，普通熱磁脫扣型塑殼斷路器單極工作電壓已可達(dá)250V，ABB、施耐德等大型廠商也可提供直流工作電壓達(dá)220V的微型斷路器，這兩類斷路器雙極使用時工作電壓均遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于高壓直流系統(tǒng)可能的最高電壓（均充電壓）288V，可為高壓直流系統(tǒng)保護(hù)。但采用這兩類斷路器也存在較多的問題：1.技術(shù)問題：整定值易漂移；塑殼斷路器安裝尺寸較大；微型斷路器易被碰刮誤斷、整定值通常不能調(diào)整、分?jǐn)喽搪冯娏麟娏餍　?.商務(wù)問題：產(chǎn)量較小，價格較高，供貨周期長。

3 高壓直流技術(shù)應(yīng)用的推廣

制約高壓直流供電技術(shù)大規(guī)模應(yīng)用的因素也許還有很多，根本的原因還在于沒有后端設(shè)備高壓直流供電的標(biāo)準(zhǔn)化，鑒于后端設(shè)備，尤其是IT設(shè)備，絕大部分的應(yīng)用還在于社會的其他行業(yè)，僅僅依靠通信行業(yè)的力量難以有效推動電源標(biāo)準(zhǔn)的改進(jìn)的，應(yīng)該積極推動全社會對高壓直流供電的認(rèn)知，進(jìn)而產(chǎn)生體現(xiàn)國家意志的法律、政府規(guī)章和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，推動使用高壓直流供電的IT設(shè)備的大規(guī)模生產(chǎn)和應(yīng)用。在后端設(shè)備具備高壓直流供電的條件，并大規(guī)模商用后，電源系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化將迎刃而解，市場這只無形的手將推動前端電源零部件及整機廠商全力進(jìn)行研發(fā)和生產(chǎn)，現(xiàn)階段前端電源系統(tǒng)存在的種種制約將不復(fù)存在。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙俊莉.電氣化鐵道用有源電力濾波器方案研究[J].機車電傳動.2000

[2]李春林.配電網(wǎng)中諧波源識別方法比較[J].東北電力技術(shù).2004

高壓直流供電范文第2篇

[關(guān)鍵詞]功率半導(dǎo)體器件；高壓直流輸電；電力電子技術(shù)

中圖分類號：TM72 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2014）17-0241-01

1 引言

功率半導(dǎo)體器件是用于電力設(shè)備的電能變換和控制電路方面的大功率電子器件。廣泛應(yīng)用于涉及電力系統(tǒng)的各個方面，涉及發(fā)電、輸電、配電和用電的各個領(lǐng)域。

高電壓、大容量的功率半導(dǎo)體器件的迅速發(fā)展，促使高壓直流輸電技術(shù)發(fā)生了重大變革，使得高壓直流輸電系統(tǒng)迅速發(fā)展。同時，隨著高壓直流輸電系統(tǒng)的電壓等級不斷提高，使得各部分裝置所承受的電壓不斷提高，對功率半導(dǎo)體器件的性能提出了更高的要求。本文從功率半導(dǎo)體器件在HVDC中的應(yīng)用領(lǐng)域和對HVDC發(fā)展的影響兩方面進(jìn)行了闡述，從辨證的角度分析二者的關(guān)系，對功率器件的發(fā)展方向進(jìn)行了展望。

2 功率半導(dǎo)體器件的發(fā)展?fàn)顩r

20世紀(jì)80年代中期，4.5kV的GTO得到廣泛應(yīng)用，并成為在接下來的十年內(nèi)大功率變流器的首選器件，一直到IGBT的阻斷電壓達(dá)到3.3kV之后，才開始改變GTO獨占市場的局面。至2005年，以晶閘管為代表的半控型器件已達(dá)到7×107W/9000V的水平，全控器件也發(fā)展到了十分高的水平。當(dāng)前，功率半導(dǎo)體器件的水平基本穩(wěn)定在109～1010WHz左右，已逼近了由于寄生二極管制約而能達(dá)到的材料極限。

高品質(zhì)電能變換所內(nèi)涵的高耐壓、高速、高電流密度、高集成度和低導(dǎo)通電阻等給人們提出不少科學(xué)與技術(shù)問題，并不斷推動著功率半導(dǎo)體的發(fā)展。為了使功率半導(dǎo)體器件適應(yīng)便攜式、綠色電源、節(jié)能減排的發(fā)展需要，功率器件正不斷采用新技術(shù)，不斷改進(jìn)材料性能或開發(fā)新的應(yīng)用材料、繼續(xù)優(yōu)化完善結(jié)構(gòu)設(shè)計、制造工藝和封裝技術(shù)等，提高器件功率集成密度，減少功率損耗。

2.2 功率半導(dǎo)體器件未來發(fā)展方向

現(xiàn)代大功率半導(dǎo)體器件正朝以下幾個方向發(fā)展：[1]

（1）大電流、高耐壓：現(xiàn)代電力電子器件正向大電流高壓方向發(fā)展，以適應(yīng)高壓領(lǐng)域?qū)﹄娏﹄娮悠骷焖傩枨蟮内厔?，尤其在高壓直流輸電、高壓電力無功補償、高壓電機、變頻器等領(lǐng)域。

（2）高頻化：從高壓大電流的GTO到高頻多功能的IGBT、MOSFET，其頻率已從數(shù)千HZ到幾十KHZ、MHZ。這標(biāo)志著電力電子技術(shù)已進(jìn)入高頻化時代。

（3）集成化、智能化：幾乎所有全控型器件都由許多的單元胞管子并聯(lián)而成（IGBT、GTO）。

功率半導(dǎo)體器件的發(fā)展日新月異，HVDC 技術(shù)正在不斷的進(jìn)步和成熟，輸電容量和電壓等級逐漸提高，使其在輸電系統(tǒng)中越來越具有競爭力。隨著西電東送和全國聯(lián)網(wǎng)的不斷發(fā)展，電能質(zhì)量和電網(wǎng)運行的靈活性和可靠性的要求越來越高，HVDC技術(shù)必將得到越來越廣泛的應(yīng)用。為了滿足我國軌道交通、智能電網(wǎng)、新能源等國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展重要領(lǐng)域?qū)Ω邏捍箅娏骶чl管、高壓大功率IGBT、IGCT等功率半導(dǎo)體器件的強大需求，提升國家電力電子產(chǎn)業(yè)的技術(shù)水平，2007年南車時代電氣投資3.5億，啟動了大尺寸功率半導(dǎo)體器件研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化基地建設(shè)。該線采用了世界頂尖級的工藝和測試設(shè)備，主要生產(chǎn)6英寸、5英寸高壓大電流晶閘管和整流管，滿足高壓/特高壓直流輸電項目的需要。

2 功率半導(dǎo)體器件在HVDC中的應(yīng)用

HVDC在電力系統(tǒng)的應(yīng)用中，存在著一些固有的缺陷，如不能向無源系統(tǒng)供電、易發(fā)生換相失敗、需要配置專門的濾波裝置、設(shè)備投資高、占地面積大等[4]，這些問題一直限制著HVDC的發(fā)展。20世紀(jì)90年代以后，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，特別是具有可關(guān)斷能力的新型半導(dǎo)體器件的出現(xiàn)，促進(jìn)HVDC技術(shù)產(chǎn)生了重大變革。

功率半導(dǎo)體器件的發(fā)展促使高壓直流輸電技術(shù)不斷進(jìn)步，根據(jù)功率半導(dǎo)體器件的更新可將HVDC技術(shù)的不同發(fā)展階段進(jìn)行劃分。HVDC發(fā)展的第一個25年，由汞弧閥換流技術(shù)支撐，到70年代中期為止；第二個25年到2000年為止，這個時期HVDC技術(shù)是由基于晶閘管閥的電網(wǎng)換相換流技術(shù)支撐；可以預(yù)計，在接下來的25年里，強迫換相換流器技術(shù)將占主導(dǎo)地位。隨著大功率開關(guān)器件成本的不斷降低，電容換相換流器將會被自換相換流器所取代。

2.1 功率器件的在換流器中的應(yīng)用

HVDC系統(tǒng)的主要設(shè)備包括換流裝置、換流變壓器、平波電抗器、濾波器、電線路、接地極、無功補償裝置、控制保護(hù)系統(tǒng)。其中換流裝置、換流變壓器、有源濾波器、無功補償裝置、控制保護(hù)系統(tǒng)等都是以功率半導(dǎo)體器件為基礎(chǔ)。早期的大功率換流器，幾乎都是基于晶閘管的。換流器可以將電能進(jìn)行交-直、直-交轉(zhuǎn)換，分為兩種基本結(jié)構(gòu)類型：電流源型換流器CSC和電壓源型換流器VSC。

2.3 輕型直流輸電技術(shù)

隨著大功率GTO和IGBT開關(guān)的商業(yè)化，在過去的10年里，VSC的應(yīng)用范圍也不斷擴(kuò)大。采用大功率IGBT開關(guān)，VSC的額定值在雙極性結(jié)構(gòu)下可以達(dá)到約±150kV、3000MW，且VSC可以與弱交流系統(tǒng)甚至無源網(wǎng)絡(luò)連接。HVDC light采用基于脈寬調(diào)制技術(shù)的控制方法，能靈活獨立的控制有功和無功功率，并能限制低次諧波，使濾波系統(tǒng)簡化，保證高水平的電能質(zhì)量，同時使換流站更加緊湊，投資減少。但是，需要看到技術(shù)的更新不可能十全十美，必然伴隨著新問題。

功率半導(dǎo)體器件的使用必然會帶來諧波問題，而且IGBT硅的有效面積利用率低、損壞后會造成開路等缺點局限了其在高壓直流輸電系統(tǒng)中的應(yīng)用。

與其它應(yīng)用領(lǐng)域相比，HVDC技術(shù)隨著其電壓等級的不斷提高對功率半導(dǎo)體器件的性能提出了更高的要求，如大容量、高耐壓、高可靠性、低損耗等。使得功率半導(dǎo)體器件不得不采用器件串、并聯(lián)技術(shù)和復(fù)雜的電路拓?fù)鋪磉_(dá)到實際應(yīng)用的要求，導(dǎo)致裝置的故障率和成本大大增加?？梢钥闯鲆环矫婀β拾雽?dǎo)體器件促進(jìn)了HVDC技術(shù)的發(fā)展，另一方面HVDC系統(tǒng)的正常運行與功率半導(dǎo)體器件的某些特性密切相關(guān)。對于高輸入電壓器件的研制，國內(nèi)外許多器件工藝廠商都投入了大量的人力物力，控制技術(shù)領(lǐng)域也在研究對單個器件進(jìn)行串并聯(lián)或進(jìn)行模塊化。雖然這兩種方法可以大幅度提高功率半導(dǎo)體器件的耐壓、容量等性能，但綜合結(jié)果并不盡如人意，仍需要研究人員繼續(xù)努力。

3 總結(jié)

功率半導(dǎo)體器件的發(fā)展促進(jìn)了高壓直流輸電技術(shù)的發(fā)生了重大變革，同時隨著高壓直流系統(tǒng)電源等級的不斷提高也對功率半導(dǎo)體器件的性能提出了更高的要求，指引功率半導(dǎo)體器件向著高耐壓、大電流、大容量、低損耗的方向發(fā)展。功率器件在不斷改進(jìn)的過程中出現(xiàn)了許多新問題，這將是未來功率器件發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)。隨著科技的不斷進(jìn)步這些問題將會得到解決，這樣會進(jìn)一步促進(jìn)高壓直流輸電技術(shù)的進(jìn)步。

參考文獻(xiàn)

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[3] 孫偉鋒，張波，肖勝安，蘇巍，成建兵.功率半導(dǎo)體器件與功率集成技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及展望.中國科學(xué)：信息科學(xué)，2012，42（12）：1616～1630.

[4] 韓民曉.高壓直流輸電原理與運行[M].電力電子新技術(shù)系列圖書出版社，2009.

高壓直流供電范文第3篇

關(guān)鍵詞：特高壓直流輸電；輸電系統(tǒng)；無功功率

中圖分類號：TM743 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）30-0018-01

大量實踐表明，采用±800 kV特高壓直流輸電系統(tǒng)為我國很多負(fù)荷中心提供了大量輸電量，緩解了我國輸電走廊的輸電壓力?！?00 kV特高壓直流輸電系統(tǒng)無功功率即無功負(fù)荷，在整個輸電過程中產(chǎn)生了重大的影響。本文提出了無功功率產(chǎn)生的原因，并進(jìn)行了相關(guān)的計算。

1 ±800 kV特高壓直流輸電系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀

自我國采用±800 kV特高壓直流輸電系統(tǒng)后，國家電網(wǎng)不僅節(jié)約了電網(wǎng)建設(shè)投資成本，使輸電損耗有所降低，同時，使我國的電力輸電系統(tǒng)更加安全、穩(wěn)定、完整。例如：我國在2010年7月8日，試行了向家壩-上海的±800 kV特高壓直流輸電系統(tǒng)，這一輸電系統(tǒng)的試行成功標(biāo)志著我國建成了世界上技術(shù)最先進(jìn)、輸電容量最大、輸電距離最遠(yuǎn)、電壓等級最高的特高壓直流輸電系統(tǒng)，使我國的輸電系統(tǒng)的研究和設(shè)計處于國際領(lǐng)先水平。向家壩-上海的±800 kV特高壓直流輸電系統(tǒng)距離較長，約1 907 km，跨越了八省，并橫跨了四次長江，額定電壓為±800 kV，額定電容為6 400 MW。在±800 kV特高壓直流輸電系統(tǒng)中，通常采用的整流側(cè)換流變壓器，一次側(cè)額定電壓：500 kV，二次側(cè)額定電壓：170 kV，安裝有4組無功補償和濾波裝置；逆變側(cè)換流變壓器的一次側(cè)額定電壓：500 kV，二次側(cè)額定電壓：163 kV，也安裝有4組無功補償和濾波裝置?！?00 kV的系統(tǒng)特高壓直流輸模型，如圖1所示。

2 ±800 kV特高壓直流輸電系統(tǒng)無功功率的原因

±800 kV特高壓直流輸電系統(tǒng)無功功率的主要原因是換流器的吸收無功功率。由于換流器在換流的過程中需要吸收大量的無功功率，所以在無功功率中整流側(cè)換流變壓器占輸電總功率的30%～50%，而逆變側(cè)換流變壓器卻占了40%～60%。逆變側(cè)換流變壓器的消耗功率明顯高于整流側(cè)換流變壓器。但有關(guān)研究表明，整流側(cè)換流變壓器和逆變側(cè)換流變壓器，都在利用有功功率的同時，還吸收換流過程中的無功功率。有功功率因數(shù)為：

β=P/S=UI1cosη/UI=I1/I cosη=v cosη

其中，v=I1/I，代表基波因數(shù)；cosη代表基波功率因數(shù)。整流側(cè)換流變壓器的基波功率因數(shù)為：

cosη≈cos（a+u/2）

其中，a為換流器的觸發(fā)角，u為換相重疊角。逆變側(cè)換流變壓器的基波功率因數(shù)為：

cosη≈cos（y+u/2）

其中，y代表換流器關(guān)斷角。

從以上公式分析得出，各種換流器換流過程中吸收無功功率的原因主要有以下兩點。

①在特高壓輸電的過程中導(dǎo)致電流畸變的主要原因是，平波電抗器和換相電感的存在，導(dǎo)致2各閥同時開通時出現(xiàn)了重疊角，產(chǎn)生了無功功率。

②整流側(cè)換流變壓器的觸發(fā)角和逆變側(cè)換流變壓器的關(guān)斷角使電壓和基波電流產(chǎn)生了相位差，特別是在±800 kV特高壓直流輸電系統(tǒng)中，輸電工程正常運行時，就會使整流側(cè)換流變壓器的觸發(fā)角變?yōu)?5 °左右，逆變側(cè)換流變壓器的關(guān)斷角就會變?yōu)?7 °左右。所以導(dǎo)致基波因數(shù)v

3 ±800 kV特高壓直流輸電系統(tǒng)的換流設(shè)備的相關(guān) 參數(shù)

換流變壓器是電力輸送過程中最重要的設(shè)備之一，因此，對變壓器設(shè)備的參數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確的設(shè)定顯得尤為重要。通常采用的±800 kV特高壓直流輸電系統(tǒng)的換流設(shè)備不僅價格昂貴，同時操作復(fù)雜，為工作人員的施工帶來了難點。三繞組的換流變壓器是按照（400+400） kV的接線方式進(jìn)行換流的，換電容量為610 MVA，比800 kV的單臺換流器的容量要高出很多，因此，采用單相雙繞的接線方式更有利于特高壓直流換電工作的運行。

±800 kV特高壓直流輸電系統(tǒng)換流器最低降壓運行能達(dá)到560 kV，占總電壓的70%，而單極金屬回路的接線方式只能在線路電阻達(dá)到最大時才能降壓至560 kV。所以逆變站在不超過分接頭檔位最大制作能力的前提下，設(shè)計時才能采用最大分接頭檔位。

4 無功功率的計算方式

±800 kV特高壓直流輸電系統(tǒng)中，換電器的無功功率吸收與直流電量的輸送、換相電抗和換相重疊角等因素有關(guān)，所以各類變壓器的無功功率計算方式如下

其中，P表示直流電輸送功率，Q表示換流器吸收的無功功率，η表示換流器的功率因數(shù)角，u1表示整流側(cè)換相重疊角，u2表示逆變側(cè)換相重疊角，Xr1表示整流側(cè)換相電抗，Xr2表示逆變側(cè)換相電抗，Id表示直流電流，a表示整流側(cè)換流變壓器的觸發(fā)角，y表示逆變側(cè)換流變壓器的關(guān)斷角，u1表示整流側(cè)換流變壓器閥側(cè)空載線電壓有效值，u2表示逆變側(cè)換流變壓器閥側(cè)空載線電壓有效值。在變壓器進(jìn)行換流的過程中會出現(xiàn)設(shè)備或測量誤差，因此需要對變電站換流器吸收的無功功率做出有效的處理，才能保證電流輸出的有效率。

5 結(jié) 語

本文對±800 kV特高壓直流輸電系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀和±800 kV特高壓直流輸電系統(tǒng)無功功率的原因進(jìn)行了分析，提出了特高壓直流輸電系統(tǒng)的換流設(shè)備的相關(guān)參數(shù)，并根據(jù)輸電量的需要將換流工程中的換流器吸收的無功功率用表達(dá)式計算，為我國的±800 kV特高壓直流輸電系統(tǒng)的高效運行提供了可靠的理論依據(jù)。采用合理的變電器換流參數(shù)和接線方式可以使輸電運行更穩(wěn)定、安全。

參考文獻(xiàn)：

[1] 余洋，韋晨，朱林.直流輸電接地極電流對不同結(jié)構(gòu)變壓器影響研究[J].

電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2010，（24）.

高壓直流供電范文第4篇

關(guān)鍵詞：大容量風(fēng)電基地；直流輸電系統(tǒng)；VSC-MDTC

前言

目前風(fēng)電單機容量已達(dá)到兆瓦級，風(fēng)能利用率越來越高。國內(nèi)風(fēng)電基地的數(shù)量和規(guī)模都在與日俱增。將風(fēng)電系統(tǒng)滲入整個電力系統(tǒng)對于改善電網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、降低環(huán)境污染、減少資源消耗都有著重要的意義。但是由于風(fēng)能具有方向、大小不確定性，經(jīng)常導(dǎo)致風(fēng)電機組瞬時負(fù)荷劇烈波動，在并網(wǎng)運行時對系統(tǒng)造成擾動影響，所以成為限制風(fēng)電進(jìn)一步發(fā)展壯大的難題。在下面文章里，我們通過對特高壓柔性直流輸電新技術(shù)進(jìn)行了解，并對基于柔性直流輸電系統(tǒng)的大容量風(fēng)電基地與系統(tǒng)并網(wǎng)實現(xiàn)功率外送仿真技術(shù)進(jìn)行探討。

1 多端柔性特高壓直流輸電系統(tǒng)

多端柔性直流輸電系統(tǒng)VSC-MDTC是由兩端柔性直流輸電系統(tǒng)VSC-HTDC發(fā)展而來，通過VSC換流站與多條直流輸電線路將區(qū)域內(nèi)多個用電負(fù)荷中心和電源連接在一起，在送電端與受電端均設(shè)置了換流站，由其實現(xiàn)功率的輸送、分配。VSC-MDTC系統(tǒng)即有柔性直流輸電的優(yōu)點，又能將多個分布式電源聯(lián)網(wǎng)，很好的解決了如風(fēng)電、光伏發(fā)電等新能源并網(wǎng)問題。對于拓寬電網(wǎng)負(fù)荷類型、綜合利用資源有著重要的意義。

在VSC-MDTC系統(tǒng)運行過程中直流電壓的穩(wěn)定性直接決定著系統(tǒng)的運行特性和可靠性，所以會選擇一個換流站作為功率平衡節(jié)點對直流電壓進(jìn)行穩(wěn)定控制，而其余換流站則在整流或逆變狀態(tài)完成功率分配。SC-MDTC系統(tǒng)雖然在運行靈活性、可靠性等方面比雙端系統(tǒng)更具有技術(shù)優(yōu)勢，但是由于拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，所以保證運行穩(wěn)定的控制策略非常復(fù)雜。[1]

2 不同擾動下系統(tǒng)的控制策略

功率擾動對系統(tǒng)的影響：

VSC-MDTC系統(tǒng)利用閉合環(huán)路直流線路構(gòu)成中心呈環(huán)狀的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，將直流環(huán)路設(shè)置在風(fēng)電場附近，即縮短了直流線路長度，又降低了容量冗余造成的成本，同時可有效提高系統(tǒng)運行可靠性。在這里我們用W-VSC代表風(fēng)電場換流站；G-VSC代表送端換流站；L-VSC代表受端換流站。在正常的運行過程中風(fēng)電場換流站對匯集的風(fēng)電場功率進(jìn)行整流并輸送至直流環(huán)網(wǎng)，與本地電網(wǎng)換流站共同組成送端換流站，通過直流網(wǎng)絡(luò)將功率輸送至遠(yuǎn)方負(fù)荷中心。為了保證系統(tǒng)直流電壓穩(wěn)定性，我們選取功率調(diào)節(jié)能力強的換流站對直流電壓進(jìn)行控制，在風(fēng)電場端換流站通過恒壓恒頻控制策略來保證本端電網(wǎng)的電能質(zhì)量；而剩余換流站則按照相關(guān)發(fā)電計劃，通過定功率控制策略實現(xiàn)功率合理分配。通過綜合考慮本地電網(wǎng)換流站功率裕量及交流電網(wǎng)電能質(zhì)量，按照發(fā)生擾動后系統(tǒng)電網(wǎng)頻率變化情況，可將系統(tǒng)語系模式分為三類，分別是自由運行、下垂運行和限流運行，下面我們對三種運行模式的區(qū)分進(jìn)行簡單了解。

（1）自由運行模式下，系統(tǒng)在控制范圍內(nèi)可向用戶持續(xù)提供優(yōu)質(zhì)電能，當(dāng)擾動發(fā)生時，系統(tǒng)默認(rèn)的直流電壓控制換流站即可全部承擔(dān)不平衡功率并維持直流電壓穩(wěn)定。當(dāng)換流站功率調(diào)節(jié)能力無法滿足需求時，將進(jìn)入下垂運行模式。

（2）下垂運行模式下，G-VSC控制策略發(fā)生改變，由定直流電壓控制變?yōu)橹绷麟妷褐绷麟娏飨麓箍刂?，同時由各端換流站共同承擔(dān)功率調(diào)節(jié)壓力。

（3）限流運行模式下，系統(tǒng)默認(rèn)進(jìn)行電壓控制的換流站其功率調(diào)節(jié)能力達(dá)到極限，直流電壓發(fā)生劇烈波動。此時，系統(tǒng)需要重新選擇具有較大功率裕量的L-VSC換流站對直流電壓進(jìn)行控制，維持系統(tǒng)功率平衡。[2]

3 系統(tǒng)仿真分析

為了對前面文章中探討的基于柔性直流系統(tǒng)實現(xiàn)風(fēng)電基地的功率外送問題進(jìn)行深入分析，我們可以利用Matlab/simulink仿真系統(tǒng)。在建立的仿真系統(tǒng)中，可將火電廠和風(fēng)電場視為等值機組。下面我們對不同位置的擾動情況進(jìn)行仿真：

3.1 G-VSC端負(fù)荷發(fā)生擾動

在仿真過程中，人為的在G-SVC端L1三秒時負(fù)荷由300MW下降200MW，在11秒時再下降100MW。造成系統(tǒng)嚴(yán)重不平衡，進(jìn)行限流運行模式。

通過對仿真系統(tǒng)采集處理獲取的動態(tài)響應(yīng)圖進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，在3s時，由于G-SVC端負(fù)荷L1出現(xiàn)快速下滑，導(dǎo)致系統(tǒng)頻率大幅上升，系統(tǒng)無法維持在自由運行模式，進(jìn)而進(jìn)入下垂運行階段，為了維持送端電網(wǎng)頻率質(zhì)量，需要其余端換流站進(jìn)行功率支援。系統(tǒng)直流電壓在進(jìn)行下垂運行階段時會出現(xiàn)提升，而L-VSC1和L-VSC2在檢測到直流電壓上升信號后，根據(jù)下垂控制策略增大受電需求，而W-VSC則根據(jù)下垂控制策略降低饋入系統(tǒng)的功率。最終結(jié)果是G-VSC將電網(wǎng)中多余的電能釋放至直流網(wǎng)絡(luò)并實現(xiàn)消納，有效緩解了擾動對送端電網(wǎng)正常運行造成的影響。

在11s時，負(fù)荷L1進(jìn)一步下降，VSC-MDTC系統(tǒng)的功率不平衡情況惡化，雖然由多端換流站共同進(jìn)行功率協(xié)調(diào)，但G-VSC換流站自身功率容量仍然無法滿足直流電壓的控制需求。所以VSC-MDTC系統(tǒng)只能進(jìn)入限流運行狀態(tài)，系統(tǒng)中L-VSC1換流站根據(jù)直流電壓/有功功率下垂控制策略進(jìn)行快速切換。

3.2 W-VSC端的風(fēng)速變化

人為調(diào)電場初始風(fēng)速為8m/s，在3秒時，人為調(diào)速為9m/s，在13秒時降為7m/s。兩次調(diào)整都造成了風(fēng)電功率的突變，致使系統(tǒng)內(nèi)功率波動。在風(fēng)速變化時采取相應(yīng)調(diào)整策略，當(dāng)風(fēng)速突增時，風(fēng)電場功率上升，為保持系統(tǒng)穩(wěn)定，G-VSC換流站需要進(jìn)行功率支援來維持電壓穩(wěn)定，但由于系統(tǒng)頻率上升達(dá)到進(jìn)入下垂運行模式條件，根據(jù)相關(guān)策略需要由各端換流站對不平衡功率進(jìn)行分擔(dān)。G-VSC根據(jù)下垂策略升高直流系統(tǒng)電壓，而L-VSC在直流電壓/有功功率下垂策略控制下，增加部分功率輸出，降低了直流電壓波動，緩解了G-VSC的功率調(diào)節(jié)壓力，同時也有效遏制了G-VSC側(cè)頻率的上升。

3.3 L-VSC端的負(fù)荷發(fā)生變化

在仿真系統(tǒng)運行過程中人為調(diào)整負(fù)荷，先于3s時增加至400MW，再于13s時降低至200MW，造成本端電網(wǎng)的功率擾動及頻率變化。采用相應(yīng)控制策略后系統(tǒng)，在3s時，由于負(fù)荷增大導(dǎo)致L-VSC端電網(wǎng)負(fù)荷波動，超出承受能力，造成該端頻率下滑，在采取相應(yīng)控制措施后，L-VSC端增大受電需求，由G-VSC提供功率支持，但直流電網(wǎng)電壓快速下滑，而L-VSC和風(fēng)電機組根據(jù)電壓變化，在下垂策略控制下調(diào)整有功輸出，進(jìn)而分擔(dān)了G-VSC的功率調(diào)節(jié)壓力，提高了L-VSC端的頻率。

4 結(jié)束語

在上面文章里，我們對大容量風(fēng)電基地通過多端柔性特高壓直流輸電系統(tǒng)實現(xiàn)功率外送的仿真問題進(jìn)行了深入探討，受篇幅限制只是對在擾動情況下系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制進(jìn)行了分析，實際應(yīng)用過程中，還存在很多問題需要深入研究，諸如風(fēng)電齙墓β市調(diào)控制策略、交直流混聯(lián)系統(tǒng)的應(yīng)用等。

參考文獻(xiàn)

[1]杜培東，王維洲，劉福潮.大容量風(fēng)電基地通過多端柔性特高壓直流輸電系統(tǒng)實現(xiàn)功率外送的仿真分析[C].甘肅省電機工程學(xué)會學(xué)術(shù)年會，2014：10-15.

高壓直流供電范文第5篇

【關(guān)鍵詞】 交流UPS 240V高壓直流 交流并聯(lián) 工頻逆變器

傳統(tǒng)的不間斷交流UPS為信息設(shè)備可靠供電提供了一種有效的解決方案，但同時也存在一些突出的問題，高壓直流供電相對于傳統(tǒng)的UPS而言有突出的優(yōu)勢，可以提供一種新的供電模式。

1 不間斷交流UPS供電現(xiàn)狀分析

信息設(shè)備發(fā)展至今，一直采用交流UPS電源系統(tǒng)供電或低壓直流系統(tǒng)（-48V）供電。但近年來，隨著計算機網(wǎng)絡(luò)的迅速普及和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的快速發(fā)展，特別是IDC業(yè)務(wù)的快速發(fā)展，傳統(tǒng)的UPS供電模式的安全性、經(jīng)濟(jì)性等方面凸現(xiàn)的問題越來越多。

1.1 不間斷交流UPS供電的優(yōu)缺點

有較成熟的技術(shù)和產(chǎn)品，應(yīng)用也很普遍，被用戶廣泛接受，這是交流UPS的優(yōu)點。但是傳統(tǒng)交流UPS供電系統(tǒng)有其無法克服的弊端：（1）可靠性低。不間斷交流UPS電源系統(tǒng)，有很多不可備份的系統(tǒng)單點故障點，比如同步鎖相板、靜態(tài)開關(guān)、輸出切換開關(guān)、逆變器等，這些單點故障點，都可能導(dǎo)致整個通信系統(tǒng)“掉電”癱瘓。即使采用相對可靠的串聯(lián)熱備份系統(tǒng)，切換電路的單點故障也容易造成整個通信系統(tǒng)“掉電”癱瘓，尤其是瞬間過載的容錯能力差，一旦主機過載保護(hù)切換到備機，備機由于瞬間浪涌也同時過載保護(hù)自動切換到旁路，對于過去有人值守的機房可以立即人工處理，但現(xiàn)在普遍采用機房無人值守，一旦發(fā)生故障，恢復(fù)時間較長，危害很大。（2）效率低，能耗高。由于UPS中采用了逆變器，相比240V高壓直流供電，這是多出的一級能量變換，也就多消耗了一級變換產(chǎn)生的能量，因此降低了UPS的效率。如果UPS采用1+1并機備份的系統(tǒng)，滿載工作時的理論單機負(fù)載率才50%，實際中UPS系統(tǒng)的負(fù)載率比滿載低，約在30%左右，而UPS的效率與負(fù)載率是緊密相關(guān)的，負(fù)載率越高效率越高，通常UPS效率會遠(yuǎn)低于240V直流供電系統(tǒng)的效率。在通信電源系統(tǒng)中，系統(tǒng)本身消耗的絕大部分能量都將以熱量形式散發(fā)在機房中，這些熱量全都要靠空調(diào)系統(tǒng)的制冷功能來維持機房的熱平衡，這也就增加了空調(diào)的能耗。因此，因使用UPS的綜合能耗更高。（3）維護(hù)難，擴(kuò)容難，投資大。隨著通信技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)據(jù)通信逐漸成為主體已經(jīng)成為不爭的事實。在網(wǎng)的程控交換必然逐步退網(wǎng)，并且隨著數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)比重逐步增大，按照現(xiàn)在的設(shè)備供電模式，會有大量的在網(wǎng)UPS系統(tǒng)擴(kuò)容、大量新的UPS系統(tǒng)投入運行。因為UPS擴(kuò)容涉及到電源的頻率、電壓、相序、相位、波形等問題，不像直流電源系統(tǒng)擴(kuò)容只關(guān)注電壓一個參數(shù)，這使得UPS初期建設(shè)時就需按最大容量進(jìn)行建設(shè)投資。否則，每一次UPS在線擴(kuò)容都是一次巨大的風(fēng)險操作，甚至可能因為UPS制造商產(chǎn)品更新?lián)Q代使得UPS擴(kuò)容不可能，使得UPS單臺故障時沒有設(shè)備替換。按照現(xiàn)在的運行狀態(tài)和維護(hù)模式，發(fā)生巨大災(zāi)難的“掉電”事件將頻頻引發(fā)。當(dāng)UPS出現(xiàn)故障時，經(jīng)專業(yè)技術(shù)人員才能進(jìn)行維修，且維修技術(shù)復(fù)雜，時間長，測試?yán)щy。

1.2 不間斷交流UPS供電的能效分析

因業(yè)務(wù)的發(fā)展是一個漸進(jìn)的過程，兼顧到建設(shè)周期和業(yè)務(wù)發(fā)展規(guī)劃，這就要求UPS在投資建設(shè)初期就得考慮容量最大化，這使得不間斷交流UPS在實際使用中的平均使用效率只有20-30%。這個能耗指標(biāo)在過去通信業(yè)務(wù)以語音業(yè)務(wù)為主、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)比重很小的時代，信息設(shè)備耗能的絕對值很小，UPS系統(tǒng)效率低下往往被人們忽視。而目前正處在數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)迅猛發(fā)展時期，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)將漸漸變?yōu)橹髁鳂I(yè)務(wù)，信息設(shè)備的能耗越來越受重視，顯然，這種低效率是無法忍受的。

2 新興供電方式探索

高壓直流對信息設(shè)備供電，改變了傳統(tǒng)的供電模式，高壓直流供電以一個全新的理念注入通信電源行業(yè)，受到業(yè)界的高度關(guān)注，尤其是經(jīng)濟(jì)效益和社會效益顯著，相信很快會被通信運營商和信息行業(yè)接受。目前國內(nèi)通信用240V直流供電系統(tǒng)是依據(jù)YDT2378-2011《通信用240V直流供電系統(tǒng)》設(shè)計的。

2.1 直流代替交流供電的理論依據(jù)

IT設(shè)備內(nèi)部電源是一個可靠性很高的獨立模塊。對于功能強、使用在重要場合的服務(wù)器或小型機，均配置兩個及兩個以上的模塊并聯(lián)運行。（圖1）是IT設(shè)備工作原理示意圖。

從圖1中可以看出，雖然IT設(shè)備輸入是交流電源，但核心部分還是DC/DC變換電路。我們只要輸入一個范圍合適的直流電壓，就同樣能滿足IT設(shè)備工作。由此就可消除交流供電引起的一切不利因素。如果將輸入的直流配上蓄電池，輔以遠(yuǎn)程監(jiān)控，構(gòu)成一個可靠的直流供電系統(tǒng)，就可取代UPS交流供電系統(tǒng)。通常PC機或服務(wù)器銘牌標(biāo)明工作電壓范圍180～240V，由此得出直流工作電壓上限為：

Umax=240*1.4=336V （1）

因為直流電源供電是從IT設(shè)備原交流輸入端子輸入的，所以原有整流橋中只有一半整流管工作，即一個二級管承擔(dān)原電路中兩個二極管的工作任務(wù)。據(jù)電工原理可知，保持整流元件溫升一定，允許通過平滑直流Iavg比通過的脈動直流Isin大。對于正弦波來說：

Iavg/Isin>1.3 （2）

因此直流長時間安全工作的最低電壓計算如下：

Umin=180*0.9÷1.3×2≈250V （3）

綜合考慮，在信息設(shè)備供電電源中，選用標(biāo)稱240V的直流供電，考慮蓄電池浮充和均充因素，實際浮充電壓260～265V，均充電壓270～280V完全滿足替代AC～220V交流UPS的安全電壓范圍要求。

2.2 240V高壓直流供電的特點

（1）高可靠性。這點可以從三個方面體現(xiàn)：一是采用直流供電，蓄電池可以作為電源直接并聯(lián)在負(fù)載端，當(dāng)停電時，蓄電池的電能可以直接供給負(fù)載，確保供電的不間斷。二是直流供電只有電壓幅值一個參數(shù)，各個直流模塊之間不存在相位、相序、頻率需同步的問題，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單很多，可靠性大大提高。三是交流UPS系統(tǒng)雖然可以提高冗余度來提高安全系數(shù)，但是由于涉及到同步問題，每個模塊之間必須相互通信來保持同步，所以還是存在并機板的單點故障問題。而直流模塊沒有這些問題，即使脫離控制模塊，只要保持輸出電壓穩(wěn)定，也能并聯(lián)輸出電能。（2）高效節(jié)能。和交流UPS系統(tǒng)相比，直流供電省掉了逆變環(huán)節(jié)，而一般逆變的損耗在5%左右，因此電源的效率得以提高。其次，由于服務(wù)器輸入的是直流電，也就不存在功率因數(shù)及諧波的問題，降低了線損。最后由于并機技術(shù)簡單，可以采用大量的模塊并聯(lián)，使每個模塊的使用率可達(dá)到70%～80%，比起交流UPS系統(tǒng)，系統(tǒng)效率提高了很多。（3）維護(hù)性好、擴(kuò)容便捷。采用高壓直流供電，就如現(xiàn)在一直使用的-48V直流系統(tǒng)一樣，系統(tǒng)由模塊組成，維護(hù)人員可以自己進(jìn)行維護(hù)。因為是直流輸入沒有零線，因此，也就不存在“零地”電壓，避免了一些不明的故障，維護(hù)部門也無需再費時費力去解決“零地”電壓的問題。

由于采用模塊化結(jié)構(gòu)，現(xiàn)在一個模塊的容量一般在10KW左右，只要預(yù)留好機架位置，擴(kuò)容非常方便。同時在建設(shè)時，可以根據(jù)服務(wù)器的數(shù)量逐漸增加模塊數(shù)，使每個模塊的負(fù)載率可以盡量地提高，這對于節(jié)能也是非常有好處的。

2.3 240V高壓直流供電與交流UPS供電的對比分析

傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心大都通過UPS來實現(xiàn)掉電保護(hù)，通常所有IT負(fù)載都要經(jīng)過UPS來供電，假定實際運行UPS的平均效率為90%，那么每100度電，經(jīng)過UPS這個環(huán)節(jié)就白白損耗掉10%。不僅如此，我們還需要考慮UPS散發(fā)出來的熱量需要額外的空調(diào)帶走，按數(shù)據(jù)中心典型PUE（能效比）為1.8來算，那么UPS環(huán)節(jié)帶來的總能耗達(dá)18%，很不節(jié)能。因此，在供電主回路能耗方面：UPS能耗占到18%；而高壓直流可降到8%；而這又形成了空調(diào)能耗的對比，加上建設(shè)高壓直流供電系統(tǒng)時，可節(jié)省建設(shè)面積約25%，這又進(jìn)一步節(jié)省了空調(diào)能耗。另外應(yīng)用高壓直流電源系統(tǒng)，比傳統(tǒng)型UPS可節(jié)省投資30%以上?？傊?，在適當(dāng)用戶場合，應(yīng)用高壓直流供電技術(shù)的優(yōu)勢十分明顯。表1為傳統(tǒng)UPS與高壓直流的綜合對比情況匯總。

3 結(jié)語

240V高壓直流電源（HVDC）比傳統(tǒng)型UPS有較多優(yōu)勢。通信網(wǎng)絡(luò)中，240V高壓直流電源，必然逐步推廣和普及使用。而在特定感性負(fù)載等交流用電場合，可選用工頻逆變器并聯(lián)來滿足現(xiàn)場需求，這可同時彌補傳統(tǒng)交流UPS與高壓直流在這方面的不足。迎合信息設(shè)備供電電源發(fā)展方向，不失時機地推動高壓直流電源使用，必將實現(xiàn)電源保障能力質(zhì)的飛躍，同時，也將獲得很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

參考文獻(xiàn)

[1]電力電子技術(shù).第5版.

[2]UPS電源維修手冊.電子工業(yè)出版社，2008.03.