柔性直流输电在城市配电网中的应用分析

摘要：利用柔性直流输电技术对城市配电网进行供电，能够有效提升站址和通道资源的利用效率。同时，灵活、快速和高效的有功和无功控制能力，能够解决电压闪变、短路电流超标问题、降低谐波等对电網系统的危害。本文就对柔性直流输电在城市配电网中的应用有关内容展开分析，可供参考。

关键词：柔性直流输电;城市配电网;实际应用

1柔性直流输电技术的概述

柔性直流输电技术是建立在电压源换流器以及交联聚乙烯电缆基础上形成的一种基于脉宽调制控制的直流输电技术。电压源换流器的主要构成部件为可关断器件，在电压源转换技术的作用下，柔性直流输电技术可通过使用IGBT开关对电网工作点进行快速转换，同时对有功功率以及无功功率进行独立控制。柔性直流输电线路结构多采用两电平拓扑结构，运用在送端、受端换流器中的VSC及换流器的结构均保持高度一致，其主要组成部分包括换流器与换流电抗器、直流与交流电容器以及滤波器等。在柔性直流输电的过程中，通过对换流桥输出电压幅值、相位进行有效控制，即可对于交流系统电压相对应的相位进行适当调整，使得换流电抗器上电压降随之发生变化，最终达到有效控制交流系统和VSC之间的有功功率与无功功率的目的。

2城市配电网中柔性直流输电的应用

2.1关键设备选型

柔性直流输电运用在城市配电网当中时，工作人员需要充分结合城市配电网的实际情况及运行需求，科学完成设备选型。例如，在选择柔直变流器时，该装置的主要构成部分为两个变流器，变流器的主要构成则应当包括主回路与直流电容等。柔直变流器拓扑结构应为AC-DC-AC，从而有效达到对有功功率与无功功率进行独立控制的目的。在交流侧无需提供无功功率的情况下，柔直变流器即可就地SVG，对交流母线无功功率进行动态补偿，使得交流母线电压可以始终保持良好稳定性。为使得系统功率具有良好的平衡性，送端或受端当中必有一个端口采用定直流电压控制模式。在直流变换器的选用中，要求所选直流变换器应当能够在直流配电网中直接进行应用。直流变换器作为一种重要接口装置，通常被应用在光伏组件以及电池或直流母线等当中。建议选择使用拓扑结构为双向DC/DC的直流变换器代替使用传统DC/AC光伏逆变器，因为此种直流变换器不仅能够有效控制电池充电与放电，令光伏组件MPPT功能得以充分发挥，同时在应用过程中无需额外增设变压器以及滤波器，具有成本低廉、占地面积小以及操作简便等诸多优势特性。

2.2应用优势分析

2.2.1供电更加灵活

通过选用使用电压全控型器件共同构成的VSC即电压源换流器，当电压全控型器件的电压等级与容量分别达到3000V与1500kVA时，VSC可借助器件对开通与关断操作进行灵活控制，有效驱动电路信号以达到换相的效果。因为柔性直流输电中，无需将换相电压额外加至换流器中，使得控制系统得以更加简单化。无端系统可同时适用于无源与有源网络中，包括分布式电源在内的诸多工作电源均可直接接入其中，因此比较适用于距离在2～5km之间的城市配电网当中，从而达到有效增强供电方式灵活性的效果。例如有研究人员通过采用仿真实验的方式，发现在使用柔性直流输电技术时，实验中的线间电压为10kV，输送距离为2～3km时，柔性直流输电的输送功率在50kVA～10MVA。而当线间电压达到35kV，输送距离延长至5km时，柔性直流输电的输送功率则为5MVA～40MVA。

2.2.2供电更加可靠

在城市配电网中运用柔性直流输电方式，对于保障供电的安全可靠性也具有一定的积极效用。在柔性直流输电技术中，对驱动电路脉宽进行控制时，主要采用脉宽调制技术，可以对系统输出电压与电流进行适当调节，由此获得近似正弦波。此外柔性直流输电也可以运用控制驱动电路移相，使得线路功率因数发生相应变化，最终达到柔性直流输电对有功与无功补偿进行独立控制的目的。此时，如果同时将众多VSC系统接入至直流输电网络中，配网网络构成多端直流系统，则通过运用驱动电路控制方式，VSC系统能够对其运行状态进行相应改变。在与同级系统中的拓扑结构进行相互联合下，从而有效提供有功与无功功率。例如配电网出现三相短路故障时，交流系统借助继保装置将故障电流的切断信号传输给断路器等设备，因受到机械惯性的影响，其切除短路故障的时间至少在80ms，即便将故障电路切除后也无法在短时间内迅速恢复负荷正常供电。但通过在城市配电网中运行柔性直流输电系统，则可以利用换流站内控制器之间的相互配合，将闭锁信号自动发送至换流器，从而迅速将故障点供电切断。在切除故障后，系统还会迅速发出解锁信号，从而维持正常供电。由此可见，将柔性直流输电应用在城市配电网中，可使得配电网运行更加安全稳定。

2.2.3供电能耗更低

在城市配电网中有效运用柔性直流输电技术，可使得供电能耗得到进一步降低。柔性直流输电可以同时联络连接各种分布式电源，包括太阳能与风能等，有助于实现各类能源的充分利用，避免出现能源浪费的情况。系统采用集成化电路设计形式，其采用的自关断器件具有较高的智能化程度和较大容量，电能输送可以通过交-交的形式发生变化。城市变配电站当中，无需再使用传统变压器，可直接使用具有体积小、重量轻且便于移动安装等优势特性的换流站。在柔性直流输电系统中，换流站拓扑结构为多电平换流器拓扑，可以根据母线电压的变化而随时改变其吸收的无功功率。通常，随着母线电压值的逐渐提高，换流站吸收的无功功率将会呈现出递减的变化趋势，确保能够将充足无功功率输送给配电网。反之，当母线电压值逐渐减小，变流站吸收的无功功率将会逐渐变大，此时其会消耗大量多余无功功率。借助该换流站可以实现对交流母线无功功率的动态补偿，令交流母线电压始终具有较高的稳定性，从而在有效控制供电能耗，提升供电质量的同时，达到电力建设经济效益与社会效益最大化的目的。

3结语

总之，在实际使用柔性直流输电时，需要充分结合实际情况，认真依照相关标准要求，合理选择与之相适宜的柔直变流器等各种关键设备，并主动对其运行方式进行适当优化，从而有效发挥柔性直流输电的应有效用，以便能够更好地完成城市输配电工作。

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作者介绍：

韩金涛（1986.02）;性别：男;籍贯：山东夏津;民族：汉;学历：本科;职称：中级工程师;研究方向：直流输电、变电运维、电力系统相关;单位名称：国网山东省电力公司检修公司。