直流电力电子模块在输电线路中的应用

杨加成

摘要：针对当前电力输电线路中存在的稳定特性偏弱、电压控制能力差等现象，文章首先从电力电子技术的定义入手，在充分了解该技术的基础上，对电力电子模块在输电线路中的应用进行详细分析，具体包括HVDC技术、FACTS技术以及定制电力技术，以此期望为我国电力输电线路研究起到参考作用。

关键词：电力电子；输电线路；柔性交流输电

近年来，随着国民经济的快速增长，电力成为当前需求量最大的能源。为满足部分地区对电能的基本需求，我国提出“西电东送”这一电力资源输送战略，将煤炭、水资源等转换为电能，输送至电力相对紧缺的东部沿海地区。在项目开展过程中，电力输电系统在其中扮演着极其重要的角色，是电力资源得以输送的关键。在此背景下，电力输电系统正面临着前所未有的压力，在输电过程中逐步暴露出种种问题，其中最具代表的问题为输送电压不稳' 据笔者调查发现，电压不稳是困扰当前电力输电工作的主要难题，也是引发众多电压失稳事故的源头。基于此，为了提高我国电力输电电压稳定性，本文将分别对直流电力电子模块中，各项关键技术在输电线路中的应用进行分析，以此提高电力系统在输电过程中电压控制能力。

1 电力电子技术的定义

电力电子技术是一种专门用作电力领域的新兴技术，对输电线路中的电能起到变换以及控制的作用。在实际应用过程中，电力电子技术主要利用自身所具备的各类器件，实现对输送电能电压稳定性的控制。经过电力电子技术变换后的电力，将会实现最大功率与最小功率之间的自由变换。其中，最大功率可高达1 GW，最小功率可低至1 W。电力电子技术一向以实现电能从生产至使用各环节工作为发展目的，比如电能的生产、调度及电压负载的配置等，使其已充分渗透至电力工作的方方面面中，实现电能使用效率最大化。从另一角度来看，电能使用效率最大化也就等于再生资源利用效率最大化，也就是说电力技术对当今环保工作也起到一定的贡献。据笔者调查了解，当前较为常用的电力电子技术为4种，分别为高压直流输电（High Voltage DirectCurrent Transmission，HVDC），柔性交流输电（FlexibleAC transmission，FACTS），Custom Power以及可控串联补偿装置（Thyristor Controlled Series Compensation，TCSC）技術[2]。以下将对HVDC，FACTS，Custom Power在电力输电线路中的应用进行详细分析。

2 HVDC技术在输电线路中的应用

2.1 HVDC技术简介

HVDC高压直流输电技术早在1954年就被用于瑞典某输电工程中，是一项极具吸引力的电力电子技术。HVDC技术在实际应用过程中，具备电能损耗低这一显著优势，能够为输电工程减少大量传输线缆及输电线缆占地，节省不必要的成本费用，最为适合用作远距离输电项目中。比如，某一输电项目的输电线路容量为600 kW，若是在技术方面选用传统800 kV交流输电技术，那么输电项目进程为1500公里时，电能损耗率就已高达7%以上；若是在技术方面采用相同单位的直流输电技术，就能将相同距离内，电能损耗降低至5%以下。由此看出，HVDC在远距离输电项目中，发挥着节能降损的关键作用[3]。除此之外，HVDC技术还具备另一个优势，那就是能够将风电场与电网进行连接，并对潮流波动进行相应的补偿，以此提高风电场电力输出的可靠性与稳定性。同时，当前众多工业用电中心普遍远离城市，远距离输电项目将会越来越多，HVDC高压直流输电技术所面临的市场需求也将逐渐扩大。

2.2 HVDC技术的应用

HVDC技术在输电过程中主要采用直流电进行远距离直流输电，相较于众多不同电流，直流电具有无感抗、容抗、无同步问题等多项优势，能够充分支持HVDC技术在输电环节中的应用。当前，HVDC技术最为常用的输电项目为海底电缆输电，具体输电过程主要由3大步骤组成。首先，换流变压器将发电机发出的电能进行升压，并将升压后的电能传送至晶闸管整流器中；然后，晶闸管整流器在接收到高压电能后，将其转换为高压直流，并通过直流输电线路传送至电能接收端中；最终，利用晶闸管逆变器将接收端中的直流电能转换为交流电能，由变压器进行降压处理后进行相应配送。相较于高压交流点技术，HVDC技术不仅更具远距离输电优势，而且在应用过程中对输电系统的控制也更加便捷，能够将电力系统稳定性提高至一定水准。

3 FACTS技术在输电线路中的应用

3.1 FACTS技术简介

FACTS柔性交流输电技术是一种起源于1980年的输电技术，能够起到增大电力电子元件单件功率以及提高电力传输性能的作用。在实际应用过程中，FACTS技术主要通过在电力电子技术的基础上，引入现代控制技术，达到增强输电系统阻抗能力、电压调控能力的目的。同时，FACTS技术还具备控制交流输电功率潮流的能力。由此可见，对于电力输电环节而言，FACTS技术不仅能够起到提高输电系统稳定性的作用，还能降低电力系统事故发生率[4]。

3.2 FACTS技术的应用

FACTS技术在应用至输电线路过程中，主要利用大功率电力电子器件达到优化输电环节的目的。由于大功率电力电子器件具备极强的快速响应能力，FACTS技术对其加以应用可实现对各节点电压的平滑控制，如有功潮流、无功潮流等。利用FACTS技术，可实现在不破坏电力系统稳定性的基础上，最大程度改善电压质量，从而达到降低电能损耗以及投资成本的目的。FACTS技术技术发展至今，已由最初的基于自换相半控器件发展成为基于可关断器件变流器，能够为电力输电事业起到支持作用。

4 Custom Power技术在输电线路中的应用

4.1 Custom Power技术简介

Custom Power定制电力技术出现于20世纪后期，是一种由美国电力研究协会（Electric Power Research Institute，EPRI）所提出的电力电子技术。Custom Power技术在应用至电力输电线路时，将起到对电力质量进行控制的作用。同时，Custom Power技术还可根据电力客户不同需求，为其提供某些特定需要电力。对于电力企业而言，Custom Power技术是解决电能质量各项问题的关键技术。Custom Power技术在应用过程中，主要将用户电力需求为基础，本着电力可靠性原则及电能质量要求，通过采用大功率电力电子技术和配电自动化技术结合的方式，实现对用户需求电力的配置。

4.2 Custom Power技术的应用

Custom Power技术在输电线路应用过程中，旨在解决输电线路中存在的电压跌落问题。据相关电能质量报告表明，在当前发生的众多配电事故中，电压跌落是发生概率最大的事故。同时，电压跌落事故发生时，不仅会给社会造成极大的经济损失，情况严重者还将对人们生命安全造成威胁。电压跌落事故产生的主要原因在于电压的不稳定。由此可见，电压跌落是当前电力输电环节中面临的重大问题，若不及时加以解决，将造成不可预计的严重后果。Custom Power技术在输电线路的实际应用时，主要利用大功率可关断电力电子器件，比如IGBT，IGCT等，以及数字信号处理测控技术（Digital Signal Processing，DSP），对输电系统中供电电压进行动态调节，并且針对部分电压骤降现象进行相应补偿，以此提高电力输电环节的电压稳定性，避免出现由电压不稳而引发的电压跌落事故[5]。

5 结语

综上所述，电力输电环节是实现新兴能源可持续发展的关键。针对当前在电能输送方面存在的种种问题，皆可利用先进电力电子技术得以解决。通过上文对电力电子技术在输电线路应用的分析后可了解，HVDC，FACTS以及CustomPower能够在现有电力输电系统的基础上，起到提高电力输电能力的关键作用。同时，HVDC还能应用至长距离、大容量输电项目中，对部分电力资源配置进行优化，从而提高电力输电稳定性降低电能损耗。另外，Custom Power技术具备防止电压跌落事故能力，能够提高当前输电质量。

[参考文献]

[1]胡海宁.试析输变电FACTS技术在无功补偿及谐波治理中的应用[J].科技创新与应用，2015（20）：207.

[2]陈建军.电力系统中的电力电子技术[J].电子技术与软件工程，2017（5）：245.

[3]刘乃桓.柔性输电技术在智能电网中的应用分析[J].科技经济市场，2017（12）：25-27.

[4]闫涛，惠东，许守平，等基于电力电子模块技术的电力储能接入系统研究[J].河北电力技术，2009⑶：17-20.

[5]王建冈，阮新波，吴伟，等.倒装芯片集成电力电子模块[J].中国电机工程学报，2005（17）：32-36.