聚焦“新基建”丨隔離電源在柔性直流輸電系統中的應用
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2021-01-07
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摘要：隨著新基建的提出，特高壓也開始進入人們的視野中。在我國，電壓等級一共分為安全電壓、低壓、高壓、超高壓、特高壓五種，特高壓是指±800千伏及以上的直流電和1000千伏及以上的交流電。而柔性直流輸電技術作為新一代的直流輸電技術，其在結構上與高壓直流輸電類似，仍是由換流站和直流輸電線路構成。針對換流站里的核心部位換流器，金升陽提供系統的電源應用方案，致力于簡化客戶設計，增加系統的可靠性。
關鍵字：新基建、特高壓、柔性直流輸電、換流器、電源方案、金升陽
一、柔性直流輸電電源的關鍵需求
換流器作為整個柔直輸電技術的核心部位，主要由高壓電容供電，控制后端IGBT有序導通和關斷。
超高超寬輸入電壓
柔性直流輸電是將前端的超高電壓，通過多個電容串聯分壓后，進行取電工作。目前，柔性直流輸電項目上使用的前端高壓電容一般規格在2100VDC，但在上電瞬間，電容緩慢充電，針對各家電力客戶的方案不一，其最低輸入電壓略有不同，基本在500VDC以下，確保低壓系統能正常工作；最高電壓由后端IGBT耐壓值決定，當前最高輸入電壓可以做到4500VDC。
長期絕緣耐受性
工頻電壓、雷電沖擊電壓和操作沖擊電壓試驗，其所施加的試驗電壓值與運行長期工作電壓的作用是有區別的，經受住過電壓試驗的產品，能否在長期工作電壓作用下保證安全運行，還需要進行局部放電試驗。
高海拔應用
我國領土區域跨度大，當發電站建在高海拔地區時，配套的電源設備需要滿足高海拔應用要求，需要更寬的爬電距離和電氣間隙，且高海拔地區的空氣相對稀薄，空氣對流弱，所以產品需要更高的溫度特性。
寬工作溫度范圍
特高壓作為新基建項目，未來會在全國各地建設換流閥。我國地域遼闊，北方地區全年溫差大，最低氣溫會達到-40℃；南方地區全年溫度較高，最高環境溫度可達40℃，甚至更高。
二、換流閥系統的電源解決方案
VSC（電壓源換流器）系統
柔性直流輸電系統中兩端的換流站都是利用柔性直流輸電，由換流器和換流變壓設備，換流電抗設備等進行組成。其中最為關鍵的核心部位是VSC，而它則是由流橋和直流電容器共同組成的。其中，用來為流橋和直流電容器供電的電源，金升陽有專門的產品可以滿足供電需求。
VSC系統電源解決方案框圖及實物圖
目前，主流的應用方案，如上圖所示。該系統的最輸入電壓范圍是250-3300VDC，由客戶系統進行決定。前端由高壓電容進行供電，輸出15V為驅動器、霍爾電流檢測部分和控制部分進行供電，另一路輸出高壓400V，為儲能電容進行供電。進而控制熔斷器進行快速開關。
三、金升陽特高壓柔直電源的關鍵特點
● 超寬輸入電壓范圍：250 - 3300VDC
● 工作溫度：-40℃ to +85℃
● 6000VAC高隔離電壓（輸入-輸出）
● 4000VAC高隔離電壓（Vo1-Vo2）
● 交流局部放電＜50PC
● 輸入欠壓保護、防反接保護
● Vo1：輸出短路、過流、過壓保護
● EMS群脈沖/浪涌抗擾度：±4KV
● 滿足5000m海拔高度要求
四、小結
柔性直流輸電技術概念于20 世紀80 年代提出，經過三十多年的發展進化，產生的諸多關鍵性問題逐漸得到一一解決，此技術在HVDC 以及HVAC 系統中得到了越來越多的相關人員及專業的重視。未來，隨著電力電子技術的進步和發展，柔性直流輸電在解決遠距離，大容量輸電，新能源分布式電源接入，以及特大型交直流混合電網面臨的諸多問題時都將展現出其特有的優勢。作為新一代直流輸電技術，柔性直流輸電為電網輸電方式的變革和構建未來電網提供了有效的解決方案。
