聚焦“新基建”丨隔離電源在柔性直流輸電系統(tǒng)中的應(yīng)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(kāi)始進(jìn)入人們的視野中。在我國(guó)，電壓等級(jí)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(shù)作為新一代的直流輸電技術(shù)，其在結(jié)構(gòu)上與高壓直流輸電類(lèi)似，仍是由換流站和直流輸電線路構(gòu)成。針對(duì)換流站里的核心部位換流器，金升陽(yáng)提供系統(tǒng)的電源應(yīng)用方案，致力于簡(jiǎn)化客戶(hù)設(shè)計(jì)，增加系統(tǒng)的可靠性。
關(guān)鍵字：新基建、特高壓、柔性直流輸電、換流器、電源方案、金升陽(yáng)
一、柔性直流輸電電源的關(guān)鍵需求
換流器作為整個(gè)柔直輸電技術(shù)的核心部位，主要由高壓電容供電，控制后端IGBT有序?qū)ê完P(guān)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(guò)多個(gè)電容串聯(lián)分壓后，進(jìn)行取電工作。目前，柔性直流輸電項(xiàng)目上使用的前端高壓電容一般規(guī)格在2100VDC，但在上電瞬間，電容緩慢充電，針對(duì)各家電力客戶(hù)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(tǒng)能正常工作；最高電壓由后端IGBT耐壓值決定，當(dāng)前最高輸入電壓可以做到4500VDC。
長(zhǎng)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(yàn)，其所施加的試驗(yàn)電壓值與運(yùn)行長(zhǎng)期工作電壓的作用是有區(qū)別的，經(jīng)受住過(guò)電壓試驗(yàn)的產(chǎn)品，能否在長(zhǎng)期工作電壓作用下保證安全運(yùn)行，還需要進(jìn)行局部放電試驗(yàn)。
高海拔應(yīng)用
我國(guó)領(lǐng)土區(qū)域跨度大，當(dāng)發(fā)電站建在高海拔地區(qū)時(shí)，配套的電源設(shè)備需要滿(mǎn)足高海拔應(yīng)用要求，需要更寬的爬電距離和電氣間隙，且高海拔地區(qū)的空氣相對(duì)稀薄，空氣對(duì)流弱，所以產(chǎn)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(xiàng)目，未來(lái)會(huì)在全國(guó)各地建設(shè)換流閥。我國(guó)地域遼闊，北方地區(qū)全年溫差大，最低氣溫會(huì)達(dá)到-40℃；南方地區(qū)全年溫度較高，最高環(huán)境溫度可達(dá)40℃，甚至更高。
二、換流閥系統(tǒng)的電源解決方案
VSC（電壓源換流器）系統(tǒng)
柔性直流輸電系統(tǒng)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(shè)備，換流電抗設(shè)備等進(jìn)行組成。其中最為關(guān)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(lái)為流橋和直流電容器供電的電源，金升陽(yáng)有專(zhuān)門(mén)的產(chǎn)品可以滿(mǎn)足供電需求。
VSC系統(tǒng)電源解決方案框圖及實(shí)物圖
目前，主流的應(yīng)用方案，如上圖所示。該系統(tǒng)的最輸入電壓范圍是250-3300VDC，由客戶(hù)系統(tǒng)進(jìn)行決定。前端由高壓電容進(jìn)行供電，輸出15V為驅(qū)動(dòng)器、霍爾電流檢測(cè)部分和控制部分進(jìn)行供電，另一路輸出高壓400V，為儲(chǔ)能電容進(jìn)行供電。進(jìn)而控制熔斷器進(jìn)行快速開(kāi)關(guān)。
三、金升陽(yáng)特高壓柔直電源的關(guān)鍵特點(diǎn)
● 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(hù)、防反接保護(hù)
● Vo1：輸出短路、過(guò)流、過(guò)壓保護(hù)
● EMS群脈沖/浪涌抗擾度：±4KV
● 滿(mǎn)足5000m海拔高度要求
四、小結(jié)
柔性直流輸電技術(shù)概念于20 世紀(jì)80 年代提出，經(jīng)過(guò)三十多年的發(fā)展進(jìn)化，產(chǎn)生的諸多關(guān)鍵性問(wèn)題逐漸得到一一解決，此技術(shù)在HVDC 以及HVAC 系統(tǒng)中得到了越來(lái)越多的相關(guān)人員及專(zhuān)業(yè)的重視。未來(lái)，隨著電力電子技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展，柔性直流輸電在解決遠(yuǎn)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(wǎng)面臨的諸多問(wèn)題時(shí)都將展現(xiàn)出其特有的優(yōu)勢(shì)。作為新一代直流輸電技術(shù)，柔性直流輸電為電網(wǎng)輸電方式的變革和構(gòu)建未來(lái)電網(wǎng)提供了有效的解決方案。
