高壓直流供電
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高壓直流供電范文第1篇
1 高壓直流供電技術的優勢
1.1 在技術方面的優勢
可靠性大幅提升，高壓直流供電技術引入的主要目的就在于提升系統的安全性。UPS系統本身僅并聯主機具有冗余備份，系統組件之間更多地是串聯關系，其可用性是各部分組件可靠性的連乘結果，總體可靠性低于單個組件的可靠性。反觀直流系統，系統的并聯整流模塊、蓄電池組均構成了冗余關系，不可靠性是各組件連乘結果，總體可靠性高于單個組件的可靠性。
1.2 高壓直流供電能大大節約能耗
目前大量使用的UPS主機均為在線雙變換型，在負載率大于50％時，其轉換效率與開關電源相近。但一個不容忽視的現實是，為了保證UPS系統的可靠性，UPS主機均采用n+1(n=1、2、3)方式運行，加之受后端負載輸入的諧波和波峰因數的影響，UPS主機并不能滿足運行，通常UPS單機的設計最大穩定運行負載率僅為35―53％。而受后端設備虛提功耗和業務發展的影響，很多UPS系統通常在壽命中后期才能達到設計負載率，甚至根本不能達到設計負載率，UPS主機單機長期運行在很低的負載率，其轉換效率通常為80％多，甚至更低。對于直流電源系統而言，因其采用模塊化結構，可根據輸出負載的大小，由監控模塊、監控系統或現場值守人員靈活控制模塊的開機運行數量，使整流器模塊的負載率始終保持在較高的水平，從而使系統的轉換效率保持在較高的水平。
1.3 直流供電的帶載能力大大提高
UPS系統帶載能力受兩個因素的制約，一是負載的功率因數，以國內某大型UPS廠商的某型主機為例，在輸出功率因數為0.5（容性）時，其最大允許負載率僅為50％；二是負載的電流峰值系數，通常UPS主機的設計波峰因數為3，如果負載的電流峰值系數大于3，則UPS主機將降容使用。對于直流系統而言，不存在功率因數的問題；因其并聯了內阻極低的大容量蓄電池組，加之整流器模塊有大量的富余（充電和備用），其負載高電流峰值系數的負荷能力很強，不需專門考慮安全富余容量。
2 高壓直流技術的應用前景分析
2.1 高壓直流技術的應用現狀
目前對高壓直流供電的應用，總體情況是電信運營商非常熱心，熱切希望大規模高壓直流供電，與電源系統廠商一起進行了大量了理論研究，國內業界已就包括高壓直流供電電壓、接地方式等關鍵問題達成了共識，高壓直流供電已在部分本地網進行了試點。與之形成鮮明對比的是，到目前為止，后端IT設備還沒有針對高壓直流供電的電源技術標準，也沒有大型IT廠商宣布支持后端設備高壓直流供電。高壓直流供電有多種電壓可供選擇，因為缺乏后端設備廠商的響應，國內高壓直流供電的思路均是基于不對后端用電設備進行改造，供電電壓的選擇就必須保證在電源系統各種運行模式下，后端設備均可正常工作，目前國內業界對高壓直流供電的標稱電壓已達成共識，即選用240V電壓等級。
2.2 制約高壓直流技術大規模應用的主要因素
2.2.1 后端設備的適應性
從目前運營商的試點情況來看，盡管采用單相UPS電源供電的后端設備絕大多數都支持高壓直流供電，高壓直流供電基本可保障后端設備的運行。但高壓直流供電畢竟不是后端設備的電源標準，采用高壓直流供電實質上是改變了設備電源的標稱運行環境，因而對運營商而言存在較多的風險：技術風險：使用UPS電源供電的后端設備種類繁多，從目前運營商的試點情況來看，還是有部分設備不支持高壓直流供電，對于具體的設備能否支持高壓直流供電，能否在高壓直流供電的額定輸出電壓、最低輸出電壓、最高輸出電壓下正常運行，只能針對具體設備進行電路分析和實際實驗。對于在高壓直流供電下能正常運行的后端設備，也需要用時間來檢驗其壽命是否會發生變化。法律風險：改變設備的電源運行環境，實質上是改變了采購合同約定的運行條件，如后端設備發生故障，運營商將處于較為不利的法律地位，面臨著較大的風險。同時，對于高壓直流供電最大應用場合的IDC機房，運營商通常與客戶簽訂有嚴格的SLA（服務等級協議），供電電源的改變也會將運營商推向不利的地位，一旦客戶托管設備發生故障，尤其是涉及到對服務連續性極為敏感的金融、大型SP等客戶時，雙方可能陷入長時間的糾紛，或以運營商的讓步而告終。從現網試點情況來看，運營商普遍的心態還是感覺“高壓直流電源穩定可靠，不會出現問題”，還沒有從法律層面認真思考可能遇到的法律糾紛。
2.2.2 配套器件
高壓直流供電涉及的元器件中，整流器模塊所需的功率電子器件、電容、變壓器等器件較為通用，供應不存在任何問題，但熔斷器、斷路器等配電保護元件就較為匱乏。高壓直流供電系統日常運行電壓（浮充電壓）即已達到270V，普通熔斷器均為交流熔斷器，已不能支持這一電壓等級，只能選用專用的直流熔斷器，但目前直流熔熔斷器生產廠家很少，市面上也難以見到。斷路器的情況要好一些，普通熱磁脫扣型塑殼斷路器單極工作電壓已可達250V，ABB、施耐德等大型廠商也可提供直流工作電壓達220V的微型斷路器，這兩類斷路器雙極使用時工作電壓均遠遠高于高壓直流系統可能的最高電壓（均充電壓）288V，可為高壓直流系統保護。但采用這兩類斷路器也存在較多的問題：1.技術問題：整定值易漂移；塑殼斷路器安裝尺寸較大；微型斷路器易被碰刮誤斷、整定值通常不能調整、分斷短路電流電流小。2.商務問題：產量較小，價格較高，供貨周期長。
3 高壓直流技術應用的推廣
制約高壓直流供電技術大規模應用的因素也許還有很多，根本的原因還在于沒有后端設備高壓直流供電的標準化，鑒于后端設備，尤其是IT設備，絕大部分的應用還在于社會的其他行業，僅僅依靠通信行業的力量難以有效推動電源標準的改進的，應該積極推動全社會對高壓直流供電的認知，進而產生體現國家意志的法律、政府規章和技術標準，推動使用高壓直流供電的IT設備的大規模生產和應用。在后端設備具備高壓直流供電的條件，并大規模商用后，電源系統的標準化將迎刃而解，市場這只無形的手將推動前端電源零部件及整機廠商全力進行研發和生產，現階段前端電源系統存在的種種制約將不復存在。
參考文獻：
[1]趙俊莉.電氣化鐵道用有源電力濾波器方案研究[J].機車電傳動.2000
[2]李春林.配電網中諧波源識別方法比較[J].東北電力技術.2004
高壓直流供電范文第2篇
[關鍵詞]功率半導體器件；高壓直流輸電；電力電子技術
中圖分類號：TM72 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2014）17-0241-01
1 引言
功率半導體器件是用于電力設備的電能變換和控制電路方面的大功率電子器件。廣泛應用于涉及電力系統的各個方面，涉及發電、輸電、配電和用電的各個領域。
高電壓、大容量的功率半導體器件的迅速發展，促使高壓直流輸電技術發生了重大變革，使得高壓直流輸電系統迅速發展。同時，隨著高壓直流輸電系統的電壓等級不斷提高，使得各部分裝置所承受的電壓不斷提高，對功率半導體器件的性能提出了更高的要求。本文從功率半導體器件在HVDC中的應用領域和對HVDC發展的影響兩方面進行了闡述，從辨證的角度分析二者的關系，對功率器件的發展方向進行了展望。
2 功率半導體器件的發展狀況
20世紀80年代中期，4.5kV的GTO得到廣泛應用，并成為在接下來的十年內大功率變流器的首選器件，一直到IGBT的阻斷電壓達到3.3kV之后，才開始改變GTO獨占市場的局面。至2005年，以晶閘管為代表的半控型器件已達到7×107W/9000V的水平，全控器件也發展到了十分高的水平。當前，功率半導體器件的水平基本穩定在109～1010WHz左右，已逼近了由于寄生二極管制約而能達到的材料極限。
高品質電能變換所內涵的高耐壓、高速、高電流密度、高集成度和低導通電阻等給人們提出不少科學與技術問題，并不斷推動著功率半導體的發展。為了使功率半導體器件適應便攜式、綠色電源、節能減排的發展需要，功率器件正不斷采用新技術，不斷改進材料性能或開發新的應用材料、繼續優化完善結構設計、制造工藝和封裝技術等，提高器件功率集成密度，減少功率損耗。
2.2 功率半導體器件未來發展方向
現代大功率半導體器件正朝以下幾個方向發展：[1]
（1）大電流、高耐壓：現代電力電子器件正向大電流高壓方向發展，以適應高壓領域對電力電子器件快速需求的趨勢，尤其在高壓直流輸電、高壓電力無功補償、高壓電機、變頻器等領域。
（2）高頻化：從高壓大電流的GTO到高頻多功能的IGBT、MOSFET，其頻率已從數千HZ到幾十KHZ、MHZ。這標志著電力電子技術已進入高頻化時代。
（3）集成化、智能化：幾乎所有全控型器件都由許多的單元胞管子并聯而成（IGBT、GTO）。
功率半導體器件的發展日新月異，HVDC 技術正在不斷的進步和成熟，輸電容量和電壓等級逐漸提高，使其在輸電系統中越來越具有競爭力。隨著西電東送和全國聯網的不斷發展，電能質量和電網運行的靈活性和可靠性的要求越來越高，HVDC技術必將得到越來越廣泛的應用。為了滿足我國軌道交通、智能電網、新能源等國民經濟發展重要領域對高壓大電流晶閘管、高壓大功率IGBT、IGCT等功率半導體器件的強大需求，提升國家電力電子產業的技術水平，2007年南車時代電氣投資3.5億，啟動了大尺寸功率半導體器件研發及產業化基地建設。該線采用了世界頂尖級的工藝和測試設備，主要生產6英寸、5英寸高壓大電流晶閘管和整流管，滿足高壓/特高壓直流輸電項目的需要。
2 功率半導體器件在HVDC中的應用
HVDC在電力系統的應用中，存在著一些固有的缺陷，如不能向無源系統供電、易發生換相失敗、需要配置專門的濾波裝置、設備投資高、占地面積大等[4]，這些問題一直限制著HVDC的發展。20世紀90年代以后，隨著電力電子技術的發展，特別是具有可關斷能力的新型半導體器件的出現，促進HVDC技術產生了重大變革。
功率半導體器件的發展促使高壓直流輸電技術不斷進步，根據功率半導體器件的更新可將HVDC技術的不同發展階段進行劃分。HVDC發展的第一個25年，由汞弧閥換流技術支撐，到70年代中期為止；第二個25年到2000年為止，這個時期HVDC技術是由基于晶閘管閥的電網換相換流技術支撐；可以預計，在接下來的25年里，強迫換相換流器技術將占主導地位。隨著大功率開關器件成本的不斷降低，電容換相換流器將會被自換相換流器所取代。
2.1 功率器件的在換流器中的應用
HVDC系統的主要設備包括換流裝置、換流變壓器、平波電抗器、濾波器、電線路、接地極、無功補償裝置、控制保護系統。其中換流裝置、換流變壓器、有源濾波器、無功補償裝置、控制保護系統等都是以功率半導體器件為基礎。早期的大功率換流器，幾乎都是基于晶閘管的。換流器可以將電能進行交-直、直-交轉換，分為兩種基本結構類型：電流源型換流器CSC和電壓源型換流器VSC。
2.3 輕型直流輸電技術
隨著大功率GTO和IGBT開關的商業化，在過去的10年里，VSC的應用范圍也不斷擴大。采用大功率IGBT開關，VSC的額定值在雙極性結構下可以達到約±150kV、3000MW，且VSC可以與弱交流系統甚至無源網絡連接。HVDC light采用基于脈寬調制技術的控制方法，能靈活獨立的控制有功和無功功率，并能限制低次諧波，使濾波系統簡化，保證高水平的電能質量，同時使換流站更加緊湊，投資減少。但是，需要看到技術的更新不可能十全十美，必然伴隨著新問題。
功率半導體器件的使用必然會帶來諧波問題，而且IGBT硅的有效面積利用率低、損壞后會造成開路等缺點局限了其在高壓直流輸電系統中的應用。
與其它應用領域相比，HVDC技術隨著其電壓等級的不斷提高對功率半導體器件的性能提出了更高的要求，如大容量、高耐壓、高可靠性、低損耗等。使得功率半導體器件不得不采用器件串、并聯技術和復雜的電路拓撲來達到實際應用的要求，導致裝置的故障率和成本大大增加?？梢钥闯鲆环矫婀β拾雽w器件促進了HVDC技術的發展，另一方面HVDC系統的正常運行與功率半導體器件的某些特性密切相關。對于高輸入電壓器件的研制，國內外許多器件工藝廠商都投入了大量的人力物力，控制技術領域也在研究對單個器件進行串并聯或進行模塊化。雖然這兩種方法可以大幅度提高功率半導體器件的耐壓、容量等性能，但綜合結果并不盡如人意，仍需要研究人員繼續努力。
3 總結
功率半導體器件的發展促進了高壓直流輸電技術的發生了重大變革，同時隨著高壓直流系統電源等級的不斷提高也對功率半導體器件的性能提出了更高的要求，指引功率半導體器件向著高耐壓、大電流、大容量、低損耗的方向發展。功率器件在不斷改進的過程中出現了許多新問題，這將是未來功率器件發展面臨的挑戰。隨著科技的不斷進步這些問題將會得到解決，這樣會進一步促進高壓直流輸電技術的進步。
參考文獻
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高壓直流供電范文第3篇
關鍵詞：特高壓直流輸電；輸電系統；無功功率
中圖分類號：TM743 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）30-0018-01
大量實踐表明，采用±800 kV特高壓直流輸電系統為我國很多負荷中心提供了大量輸電量，緩解了我國輸電走廊的輸電壓力。±800 kV特高壓直流輸電系統無功功率即無功負荷，在整個輸電過程中產生了重大的影響。本文提出了無功功率產生的原因，并進行了相關的計算。
1 ±800 kV特高壓直流輸電系統的發展現狀
自我國采用±800 kV特高壓直流輸電系統后，國家電網不僅節約了電網建設投資成本，使輸電損耗有所降低，同時，使我國的電力輸電系統更加安全、穩定、完整。例如：我國在2010年7月8日，試行了向家壩-上海的±800 kV特高壓直流輸電系統，這一輸電系統的試行成功標志著我國建成了世界上技術最先進、輸電容量最大、輸電距離最遠、電壓等級最高的特高壓直流輸電系統，使我國的輸電系統的研究和設計處于國際領先水平。向家壩-上海的±800 kV特高壓直流輸電系統距離較長，約1 907 km，跨越了八省，并橫跨了四次長江，額定電壓為±800 kV，額定電容為6 400 MW。在±800 kV特高壓直流輸電系統中，通常采用的整流側換流變壓器，一次側額定電壓：500 kV，二次側額定電壓：170 kV，安裝有4組無功補償和濾波裝置；逆變側換流變壓器的一次側額定電壓：500 kV，二次側額定電壓：163 kV，也安裝有4組無功補償和濾波裝置。±800 kV的系統特高壓直流輸模型，如圖1所示。
2 ±800 kV特高壓直流輸電系統無功功率的原因
±800 kV特高壓直流輸電系統無功功率的主要原因是換流器的吸收無功功率。由于換流器在換流的過程中需要吸收大量的無功功率，所以在無功功率中整流側換流變壓器占輸電總功率的30%～50%，而逆變側換流變壓器卻占了40%～60%。逆變側換流變壓器的消耗功率明顯高于整流側換流變壓器。但有關研究表明，整流側換流變壓器和逆變側換流變壓器，都在利用有功功率的同時，還吸收換流過程中的無功功率。有功功率因數為：
β=P/S=UI1cosη/UI=I1/I cosη=v cosη
其中，v=I1/I，代表基波因數；cosη代表基波功率因數。整流側換流變壓器的基波功率因數為：
cosη≈cos（a+u/2）
其中，a為換流器的觸發角，u為換相重疊角。逆變側換流變壓器的基波功率因數為：
cosη≈cos（y+u/2）
其中，y代表換流器關斷角。
從以上公式分析得出，各種換流器換流過程中吸收無功功率的原因主要有以下兩點。
①在特高壓輸電的過程中導致電流畸變的主要原因是，平波電抗器和換相電感的存在，導致2各閥同時開通時出現了重疊角，產生了無功功率。
②整流側換流變壓器的觸發角和逆變側換流變壓器的關斷角使電壓和基波電流產生了相位差，特別是在±800 kV特高壓直流輸電系統中，輸電工程正常運行時，就會使整流側換流變壓器的觸發角變為15 °左右，逆變側換流變壓器的關斷角就會變為17 °左右。所以導致基波因數v
3 ±800 kV特高壓直流輸電系統的換流設備的相關 參數
換流變壓器是電力輸送過程中最重要的設備之一，因此，對變壓器設備的參數進行準確的設定顯得尤為重要。通常采用的±800 kV特高壓直流輸電系統的換流設備不僅價格昂貴，同時操作復雜，為工作人員的施工帶來了難點。三繞組的換流變壓器是按照（400+400） kV的接線方式進行換流的，換電容量為610 MVA，比800 kV的單臺換流器的容量要高出很多，因此，采用單相雙繞的接線方式更有利于特高壓直流換電工作的運行。
±800 kV特高壓直流輸電系統換流器最低降壓運行能達到560 kV，占總電壓的70%，而單極金屬回路的接線方式只能在線路電阻達到最大時才能降壓至560 kV。所以逆變站在不超過分接頭檔位最大制作能力的前提下，設計時才能采用最大分接頭檔位。
4 無功功率的計算方式
±800 kV特高壓直流輸電系統中，換電器的無功功率吸收與直流電量的輸送、換相電抗和換相重疊角等因素有關，所以各類變壓器的無功功率計算方式如下
其中，P表示直流電輸送功率，Q表示換流器吸收的無功功率，η表示換流器的功率因數角，u1表示整流側換相重疊角，u2表示逆變側換相重疊角，Xr1表示整流側換相電抗，Xr2表示逆變側換相電抗，Id表示直流電流，a表示整流側換流變壓器的觸發角，y表示逆變側換流變壓器的關斷角，u1表示整流側換流變壓器閥側空載線電壓有效值，u2表示逆變側換流變壓器閥側空載線電壓有效值。在變壓器進行換流的過程中會出現設備或測量誤差，因此需要對變電站換流器吸收的無功功率做出有效的處理，才能保證電流輸出的有效率。
5 結 語
本文對±800 kV特高壓直流輸電系統的發展現狀和±800 kV特高壓直流輸電系統無功功率的原因進行了分析，提出了特高壓直流輸電系統的換流設備的相關參數，并根據輸電量的需要將換流工程中的換流器吸收的無功功率用表達式計算，為我國的±800 kV特高壓直流輸電系統的高效運行提供了可靠的理論依據。采用合理的變電器換流參數和接線方式可以使輸電運行更穩定、安全。
參考文獻：
[1] 余洋，韋晨，朱林.直流輸電接地極電流對不同結構變壓器影響研究[J].
電力系統保護與控制，2010，（24）.
高壓直流供電范文第4篇
關鍵詞：大容量風電基地；直流輸電系統；VSC-MDTC
前言
目前風電單機容量已達到兆瓦級，風能利用率越來越高。國內風電基地的數量和規模都在與日俱增。將風電系統滲入整個電力系統對于改善電網系統結構、降低環境污染、減少資源消耗都有著重要的意義。但是由于風能具有方向、大小不確定性，經常導致風電機組瞬時負荷劇烈波動，在并網運行時對系統造成擾動影響，所以成為限制風電進一步發展壯大的難題。在下面文章里，我們通過對特高壓柔性直流輸電新技術進行了解，并對基于柔性直流輸電系統的大容量風電基地與系統并網實現功率外送仿真技術進行探討。
1 多端柔性特高壓直流輸電系統
多端柔性直流輸電系統VSC-MDTC是由兩端柔性直流輸電系統VSC-HTDC發展而來，通過VSC換流站與多條直流輸電線路將區域內多個用電負荷中心和電源連接在一起，在送電端與受電端均設置了換流站，由其實現功率的輸送、分配。VSC-MDTC系統即有柔性直流輸電的優點，又能將多個分布式電源聯網，很好的解決了如風電、光伏發電等新能源并網問題。對于拓寬電網負荷類型、綜合利用資源有著重要的意義。
在VSC-MDTC系統運行過程中直流電壓的穩定性直接決定著系統的運行特性和可靠性，所以會選擇一個換流站作為功率平衡節點對直流電壓進行穩定控制，而其余換流站則在整流或逆變狀態完成功率分配。SC-MDTC系統雖然在運行靈活性、可靠性等方面比雙端系統更具有技術優勢，但是由于拓撲結構更為復雜，所以保證運行穩定的控制策略非常復雜。[1]
2 不同擾動下系統的控制策略
功率擾動對系統的影響：
VSC-MDTC系統利用閉合環路直流線路構成中心呈環狀的拓撲結構，將直流環路設置在風電場附近，即縮短了直流線路長度，又降低了容量冗余造成的成本，同時可有效提高系統運行可靠性。在這里我們用W-VSC代表風電場換流站；G-VSC代表送端換流站；L-VSC代表受端換流站。在正常的運行過程中風電場換流站對匯集的風電場功率進行整流并輸送至直流環網，與本地電網換流站共同組成送端換流站，通過直流網絡將功率輸送至遠方負荷中心。為了保證系統直流電壓穩定性，我們選取功率調節能力強的換流站對直流電壓進行控制，在風電場端換流站通過恒壓恒頻控制策略來保證本端電網的電能質量；而剩余換流站則按照相關發電計劃，通過定功率控制策略實現功率合理分配。通過綜合考慮本地電網換流站功率裕量及交流電網電能質量，按照發生擾動后系統電網頻率變化情況，可將系統語系模式分為三類，分別是自由運行、下垂運行和限流運行，下面我們對三種運行模式的區分進行簡單了解。
（1）自由運行模式下，系統在控制范圍內可向用戶持續提供優質電能，當擾動發生時，系統默認的直流電壓控制換流站即可全部承擔不平衡功率并維持直流電壓穩定。當換流站功率調節能力無法滿足需求時，將進入下垂運行模式。
（2）下垂運行模式下，G-VSC控制策略發生改變，由定直流電壓控制變為直流電壓直流電流下垂控制，同時由各端換流站共同承擔功率調節壓力。
（3）限流運行模式下，系統默認進行電壓控制的換流站其功率調節能力達到極限，直流電壓發生劇烈波動。此時，系統需要重新選擇具有較大功率裕量的L-VSC換流站對直流電壓進行控制，維持系統功率平衡。[2]
3 系統仿真分析
為了對前面文章中探討的基于柔性直流系統實現風電基地的功率外送問題進行深入分析，我們可以利用Matlab/simulink仿真系統。在建立的仿真系統中，可將火電廠和風電場視為等值機組。下面我們對不同位置的擾動情況進行仿真：
3.1 G-VSC端負荷發生擾動
在仿真過程中，人為的在G-SVC端L1三秒時負荷由300MW下降200MW，在11秒時再下降100MW。造成系統嚴重不平衡，進行限流運行模式。
通過對仿真系統采集處理獲取的動態響應圖進行分析發現，在3s時，由于G-SVC端負荷L1出現快速下滑，導致系統頻率大幅上升，系統無法維持在自由運行模式，進而進入下垂運行階段，為了維持送端電網頻率質量，需要其余端換流站進行功率支援。系統直流電壓在進行下垂運行階段時會出現提升，而L-VSC1和L-VSC2在檢測到直流電壓上升信號后，根據下垂控制策略增大受電需求，而W-VSC則根據下垂控制策略降低饋入系統的功率。最終結果是G-VSC將電網中多余的電能釋放至直流網絡并實現消納，有效緩解了擾動對送端電網正常運行造成的影響。
在11s時，負荷L1進一步下降，VSC-MDTC系統的功率不平衡情況惡化，雖然由多端換流站共同進行功率協調，但G-VSC換流站自身功率容量仍然無法滿足直流電壓的控制需求。所以VSC-MDTC系統只能進入限流運行狀態，系統中L-VSC1換流站根據直流電壓/有功功率下垂控制策略進行快速切換。
3.2 W-VSC端的風速變化
人為調電場初始風速為8m/s，在3秒時，人為調速為9m/s，在13秒時降為7m/s。兩次調整都造成了風電功率的突變，致使系統內功率波動。在風速變化時采取相應調整策略，當風速突增時，風電場功率上升，為保持系統穩定，G-VSC換流站需要進行功率支援來維持電壓穩定，但由于系統頻率上升達到進入下垂運行模式條件，根據相關策略需要由各端換流站對不平衡功率進行分擔。G-VSC根據下垂策略升高直流系統電壓，而L-VSC在直流電壓/有功功率下垂策略控制下，增加部分功率輸出，降低了直流電壓波動，緩解了G-VSC的功率調節壓力，同時也有效遏制了G-VSC側頻率的上升。
3.3 L-VSC端的負荷發生變化
在仿真系統運行過程中人為調整負荷，先于3s時增加至400MW，再于13s時降低至200MW，造成本端電網的功率擾動及頻率變化。采用相應控制策略后系統，在3s時，由于負荷增大導致L-VSC端電網負荷波動，超出承受能力，造成該端頻率下滑，在采取相應控制措施后，L-VSC端增大受電需求，由G-VSC提供功率支持，但直流電網電壓快速下滑，而L-VSC和風電機組根據電壓變化，在下垂策略控制下調整有功輸出，進而分擔了G-VSC的功率調節壓力，提高了L-VSC端的頻率。
4 結束語
在上面文章里，我們對大容量風電基地通過多端柔性特高壓直流輸電系統實現功率外送的仿真問題進行了深入探討，受篇幅限制只是對在擾動情況下系統的協調控制進行了分析，實際應用過程中，還存在很多問題需要深入研究，諸如風電齙墓β市調控制策略、交直流混聯系統的應用等。
參考文獻
[1]杜培東，王維洲，劉福潮.大容量風電基地通過多端柔性特高壓直流輸電系統實現功率外送的仿真分析[C].甘肅省電機工程學會學術年會，2014：10-15.
高壓直流供電范文第5篇
【關鍵詞】 交流UPS 240V高壓直流 交流并聯 工頻逆變器
傳統的不間斷交流UPS為信息設備可靠供電提供了一種有效的解決方案，但同時也存在一些突出的問題，高壓直流供電相對于傳統的UPS而言有突出的優勢，可以提供一種新的供電模式。
1 不間斷交流UPS供電現狀分析
信息設備發展至今，一直采用交流UPS電源系統供電或低壓直流系統（-48V）供電。但近年來，隨著計算機網絡的迅速普及和數據業務的快速發展，特別是IDC業務的快速發展，傳統的UPS供電模式的安全性、經濟性等方面凸現的問題越來越多。
1.1 不間斷交流UPS供電的優缺點
有較成熟的技術和產品，應用也很普遍，被用戶廣泛接受，這是交流UPS的優點。但是傳統交流UPS供電系統有其無法克服的弊端：（1）可靠性低。不間斷交流UPS電源系統，有很多不可備份的系統單點故障點，比如同步鎖相板、靜態開關、輸出切換開關、逆變器等，這些單點故障點，都可能導致整個通信系統“掉電”癱瘓。即使采用相對可靠的串聯熱備份系統，切換電路的單點故障也容易造成整個通信系統“掉電”癱瘓，尤其是瞬間過載的容錯能力差，一旦主機過載保護切換到備機，備機由于瞬間浪涌也同時過載保護自動切換到旁路，對于過去有人值守的機房可以立即人工處理，但現在普遍采用機房無人值守，一旦發生故障，恢復時間較長，危害很大。（2）效率低，能耗高。由于UPS中采用了逆變器，相比240V高壓直流供電，這是多出的一級能量變換，也就多消耗了一級變換產生的能量，因此降低了UPS的效率。如果UPS采用1+1并機備份的系統，滿載工作時的理論單機負載率才50%，實際中UPS系統的負載率比滿載低，約在30%左右，而UPS的效率與負載率是緊密相關的，負載率越高效率越高，通常UPS效率會遠低于240V直流供電系統的效率。在通信電源系統中，系統本身消耗的絕大部分能量都將以熱量形式散發在機房中，這些熱量全都要靠空調系統的制冷功能來維持機房的熱平衡，這也就增加了空調的能耗。因此，因使用UPS的綜合能耗更高。（3）維護難，擴容難，投資大。隨著通信技術的不斷發展，數據通信逐漸成為主體已經成為不爭的事實。在網的程控交換必然逐步退網，并且隨著數據業務比重逐步增大，按照現在的設備供電模式，會有大量的在網UPS系統擴容、大量新的UPS系統投入運行。因為UPS擴容涉及到電源的頻率、電壓、相序、相位、波形等問題，不像直流電源系統擴容只關注電壓一個參數，這使得UPS初期建設時就需按最大容量進行建設投資。否則，每一次UPS在線擴容都是一次巨大的風險操作，甚至可能因為UPS制造商產品更新換代使得UPS擴容不可能，使得UPS單臺故障時沒有設備替換。按照現在的運行狀態和維護模式，發生巨大災難的“掉電”事件將頻頻引發。當UPS出現故障時，經專業技術人員才能進行維修，且維修技術復雜，時間長，測試困難。
1.2 不間斷交流UPS供電的能效分析
因業務的發展是一個漸進的過程，兼顧到建設周期和業務發展規劃，這就要求UPS在投資建設初期就得考慮容量最大化，這使得不間斷交流UPS在實際使用中的平均使用效率只有20-30%。這個能耗指標在過去通信業務以語音業務為主、數據業務比重很小的時代，信息設備耗能的絕對值很小，UPS系統效率低下往往被人們忽視。而目前正處在數據業務迅猛發展時期，數據業務將漸漸變為主流業務，信息設備的能耗越來越受重視，顯然，這種低效率是無法忍受的。
2 新興供電方式探索
高壓直流對信息設備供電，改變了傳統的供電模式，高壓直流供電以一個全新的理念注入通信電源行業，受到業界的高度關注，尤其是經濟效益和社會效益顯著，相信很快會被通信運營商和信息行業接受。目前國內通信用240V直流供電系統是依據YDT2378-2011《通信用240V直流供電系統》設計的。
2.1 直流代替交流供電的理論依據
IT設備內部電源是一個可靠性很高的獨立模塊。對于功能強、使用在重要場合的服務器或小型機，均配置兩個及兩個以上的模塊并聯運行。（圖1）是IT設備工作原理示意圖。
從圖1中可以看出，雖然IT設備輸入是交流電源，但核心部分還是DC/DC變換電路。我們只要輸入一個范圍合適的直流電壓，就同樣能滿足IT設備工作。由此就可消除交流供電引起的一切不利因素。如果將輸入的直流配上蓄電池，輔以遠程監控，構成一個可靠的直流供電系統，就可取代UPS交流供電系統。通常PC機或服務器銘牌標明工作電壓范圍180～240V，由此得出直流工作電壓上限為：
Umax=240*1.4=336V （1）
因為直流電源供電是從IT設備原交流輸入端子輸入的，所以原有整流橋中只有一半整流管工作，即一個二級管承擔原電路中兩個二極管的工作任務。據電工原理可知，保持整流元件溫升一定，允許通過平滑直流Iavg比通過的脈動直流Isin大。對于正弦波來說：
Iavg/Isin>1.3 （2）
因此直流長時間安全工作的最低電壓計算如下：
Umin=180*0.9÷1.3×2≈250V （3）
綜合考慮，在信息設備供電電源中，選用標稱240V的直流供電，考慮蓄電池浮充和均充因素，實際浮充電壓260～265V，均充電壓270～280V完全滿足替代AC～220V交流UPS的安全電壓范圍要求。
2.2 240V高壓直流供電的特點
（1）高可靠性。這點可以從三個方面體現：一是采用直流供電，蓄電池可以作為電源直接并聯在負載端，當停電時，蓄電池的電能可以直接供給負載，確保供電的不間斷。二是直流供電只有電壓幅值一個參數，各個直流模塊之間不存在相位、相序、頻率需同步的問題，系統結構簡單很多，可靠性大大提高。三是交流UPS系統雖然可以提高冗余度來提高安全系數，但是由于涉及到同步問題，每個模塊之間必須相互通信來保持同步，所以還是存在并機板的單點故障問題。而直流模塊沒有這些問題，即使脫離控制模塊，只要保持輸出電壓穩定，也能并聯輸出電能。（2）高效節能。和交流UPS系統相比，直流供電省掉了逆變環節，而一般逆變的損耗在5%左右，因此電源的效率得以提高。其次，由于服務器輸入的是直流電，也就不存在功率因數及諧波的問題，降低了線損。最后由于并機技術簡單，可以采用大量的模塊并聯，使每個模塊的使用率可達到70%～80%，比起交流UPS系統，系統效率提高了很多。（3）維護性好、擴容便捷。采用高壓直流供電，就如現在一直使用的-48V直流系統一樣，系統由模塊組成，維護人員可以自己進行維護。因為是直流輸入沒有零線，因此，也就不存在“零地”電壓，避免了一些不明的故障，維護部門也無需再費時費力去解決“零地”電壓的問題。
由于采用模塊化結構，現在一個模塊的容量一般在10KW左右，只要預留好機架位置，擴容非常方便。同時在建設時，可以根據服務器的數量逐漸增加模塊數，使每個模塊的負載率可以盡量地提高，這對于節能也是非常有好處的。
2.3 240V高壓直流供電與交流UPS供電的對比分析
傳統的數據中心大都通過UPS來實現掉電保護，通常所有IT負載都要經過UPS來供電，假定實際運行UPS的平均效率為90%，那么每100度電，經過UPS這個環節就白白損耗掉10%。不僅如此，我們還需要考慮UPS散發出來的熱量需要額外的空調帶走，按數據中心典型PUE（能效比）為1.8來算，那么UPS環節帶來的總能耗達18%，很不節能。因此，在供電主回路能耗方面：UPS能耗占到18%；而高壓直流可降到8%；而這又形成了空調能耗的對比，加上建設高壓直流供電系統時，可節省建設面積約25%，這又進一步節省了空調能耗。另外應用高壓直流電源系統，比傳統型UPS可節省投資30%以上?？傊?，在適當用戶場合，應用高壓直流供電技術的優勢十分明顯。表1為傳統UPS與高壓直流的綜合對比情況匯總。
3 結語
240V高壓直流電源（HVDC）比傳統型UPS有較多優勢。通信網絡中，240V高壓直流電源，必然逐步推廣和普及使用。而在特定感性負載等交流用電場合，可選用工頻逆變器并聯來滿足現場需求，這可同時彌補傳統交流UPS與高壓直流在這方面的不足。迎合信息設備供電電源發展方向，不失時機地推動高壓直流電源使用，必將實現電源保障能力質的飛躍，同時，也將獲得很好的經濟效益和社會效益。
參考文獻
[1]電力電子技術.第5版.
[2]UPS電源維修手冊.電子工業出版社，2008.03.
