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(jìn)步之外，由于大量DC項(xiàng)目的運(yùn)行，DC輸電的控制、保護(hù)、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(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(zhuǎn)換。但是晶閘管上需要集成相應(yīng)的保護(hù)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(yùn)行的新DC擴(kuò)建工程、1993年投入運(yùn)行的北本線DC擴(kuò)建工程、1999年投入運(yùn)行的東清水變頻站(125千伏、2400安、300兆瓦)、2000年投入運(yùn)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(shí)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(yùn)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(jì)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(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(hù)系統(tǒng)隨著電子信息技術(shù)的發(fā)展，處理器的計(jì)算速度越來越快，存儲(chǔ)空間越來越大，并行運(yùn)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(hù)，包括極控(或閥控)、站控(交流場/DC場)、DC系統(tǒng)保護(hù)、換流器干式變壓器控制保護(hù)、交流/DC濾波控制保護(hù)、換流器冷卻系統(tǒng)控制保護(hù)、站用電系統(tǒng)控制保護(hù)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(hù)系統(tǒng)的測量時(shí)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(gè)站之間沒有統(tǒng)一的時(shí)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(hù)帶來很大不便。使用全球定位系統(tǒng)，各種設(shè)備的時(shí)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(jì)應(yīng)用功率范圍降低到幾十兆瓦。該系統(tǒng)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(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(gè)變電站，整個(gè)系統(tǒng)將受益較大。在許多情況下，估計(jì)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(yùn)營，其中較大容量達(dá)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(bǔ)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(gè)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(jī)的情況下向電網(wǎng)輸送負(fù)載。(6)可以像SVC(靜止無功補(bǔ)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(shí)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(shí)現(xiàn)：由VSC(電壓源變換器)實(shí)現(xiàn)，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(cè)電容的作用是為逆變器提供電壓支持，緩沖橋臂斷開時(shí)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(jìn)行比較，確定每個(gè)橋臂的導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間。當(dāng)DC側(cè)電壓恒定時(shí)，VSC輸出電壓的幅度由SPWM的調(diào)制程度(正弦給定信號(hào)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(hào)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(hào)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(shí)現(xiàn)對有功功率、無功功率同時(shí)且相互先立的調(diào)節(jié)。5.3輕型直流輸電技術(shù)特點(diǎn)(1)VSC電流能夠自關(guān)斷，可以工作在無源逆變方式，不需要外加的換相電壓?？朔藗鹘y(tǒng)HVDC受端必須是有源網(wǎng)絡(luò)的根本缺陷，使利用HVDC為遠(yuǎn)距離的孤立負(fù)荷送電成為可能。(2)正常運(yùn)行時(shí)VSC可以同時(shí)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(dòng)態(tài)補(bǔ)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(shí)，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(shí)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(gè)特點(diǎn)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(huì)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(hù)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I(xiàn)GBT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(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，并稱之為高性能自換相交直流換流器，該項(xiàng)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(yàn)成功。輕型直流潛在的用途包括遠(yuǎn)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(dá)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(shí)，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(hù)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(yùn)的直流工程進(jìn)行可靠性指標(biāo)的統(tǒng)計(jì)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(tǒng)可靠性計(jì)算的數(shù)學(xué)模型，并對相關(guān)的計(jì)算條件和參數(shù)進(jìn)行收集和假設(shè)，然后按照有關(guān)的計(jì)算方法進(jìn)行計(jì)算分析；對可靠性的等效經(jīng)濟(jì)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)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(qiáng)迫停運(yùn)次數(shù)和系統(tǒng)的可用率，并按此提出相關(guān)的設(shè)計(jì)、制造、建設(shè)、運(yùn)行和檢修要求。直流可靠性的計(jì)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(jìn)行有關(guān)計(jì)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(jìn)行數(shù)字仿真模擬，然后采用統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)方法進(jìn)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(yàn)，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(hù)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(shí)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(yùn)輸?shù)臅r(shí)間，以及各子系統(tǒng)是否雙重化和自動(dòng)切換等。直流系統(tǒng)可靠性的經(jīng)濟(jì)評(píng)估主要涉及到：在強(qiáng)迫停運(yùn)期間，要有補(bǔ)償?shù)乃碗娙萘?，可能需要增加系統(tǒng)的備用容量以避免直流系統(tǒng)的停運(yùn)給用戶用電帶來過大的影響，這種臨時(shí)的容量往往價(jià)格較高。此外，就是故障的修復(fù)費(fèi)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(hù)系統(tǒng)、根據(jù)系統(tǒng)要求設(shè)計(jì)的雙極或單極過負(fù)荷能力，以及可降壓運(yùn)行的性能，這些特點(diǎn)或使直流輸電系統(tǒng)的雙極和單極停運(yùn)率大大減少；或使得當(dāng)一極停運(yùn)時(shí)不僅不影響另一極的運(yùn)行，另一極還可采用過負(fù)荷運(yùn)行方式；或者線路絕緣水平降低時(shí)還可降壓運(yùn)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(tǒng)的可靠性和可用率大大提高。#p#分頁標(biāo)題#e#