低压直流供电与柔性直流输电及超高压直流输电的探讨
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【摘 要】本文通过对学习直流电路的重要性；低压直流在电子等各行各业的应用；直流在电力系统中的二次回路中的应用、在柔性直流输电的应用以及在超高压特高压直流输电的应用的分析，提出直流电基础学习的重要性。
【关键词】低压直流；柔性直流输电；超高压直流
目前直流电在我国电力系统应用有低压直流、柔性直流输电和超高压直流输电。低压直流主要用于发电厂和变电站的二次回路中，柔性直流输电正应用于智能电网，而超高压直流用于远距离电能输送或系统联网。低压直流也广泛应用于电子计算机电路中。
1. 学习直流电路的重要性
直流电路，是电类专业的非常重要的专业基础课程学习内容，教师学习和探讨的深度关系到学生专业课程的学习探讨的深度，学生学习的探讨的深度关系到学生未来的发展，也关系到学生职业的发展。
直流电路部分的学习，为学生后续的电子技术基础、电机学、电力拖动、电气自动控制、PLC、检测、电气设备、电力系统分析、供用电系统、供用电设备、继电保护、高电压技术、等等课程的学习至关重要。特别是在电力系统中控制和保护二次回路以及其他电气二次控制几乎采用直流电源。随着电力系统的发展，随着新能源的发展，输电系统采用“柔性直流输电”和超高压直流输电越来越多，这就要求我们要相当重视这一方面的研究。
2.低压直流在电子领域的应用
直流广泛用于电子电路、计算机等电路。电子电路、通信电路、计算机电路等所用直流一般是几伏或几十伏。如直流在晶体管放大电路中它主要作为集电极和基极的工作电源。机床控制电路也广泛应用直流。直流电的基础知识是电气类专业和机电类专业的学生学习专业课的基础。教学中重视直流电教学是提高教学质量和学生质量的关键。
3.直流在电力系统中的应用
3.1直流在二次回路中的应用
传统的电力系统继电保护、控制回路、信号回路等二次回路中，广泛应用着直流电，它们所用直流电源电压一般是220V。随着电力系统自动化水平的提高，在微机保护装置和微机自动装置电路中所用直流电压一般是几毫伏、几伏或几十伏电压。低压直流还作为厂站应急电源。
3.2在柔性直流输电的应用
“柔性”直流输电是采用先进的大功率电力电子器件组成的电压源换流器（VSC），其换流器采用IGBT绝缘栅双极型晶体管，它可以依据电网需要，灵活快捷地改变电能输送的大小和方向，并提供更优质的电能质量。多端柔性直流输电系统模块化多电平（MMC）技术，可灵活接入多个站点的风能、太阳能、地热能、小水电等清洁能源，通过一个大容量、长距离的电力传输通道，到达多个城市的负荷中心。这为新能源并网、大型城市供电以及孤岛供电等场合提供了一种有效的解决方案。
1997年世界上第一条柔性直流输电工程投运，目前国外有瑞典的Hellsjon工程、Gotland Light工程和美国的Eagle Pass、Cross - Sound Cable工程、丹麦的Tjaereborg工程等，到目前，世界上已经投运的柔性直流输电工程有11条。
我国是从2006年开始研究，2011年上海南汇柔性直流输电工程投运，其电压±30kV，输出电流300A，输出功率18MVA。国家电网公司是继ABB、西门子之后全球第三个掌握该项技术的公司。2013.12.25南方电网的南澳风电场多端（四端）柔性直流输电工程建成，电压±160kV ，传输功率200MVAV，三个换流站的容量分别是5万千瓦、10万千瓦和20万千瓦，未来岛上还将建设一座接纳海上风电的换流站。目前我国在建的有舟山工程多端（五端）柔性直流输电工程，电压±200kV。
有专家形象地说：“柔性直流输电技术就像在川流不息的江河上建造一个水库，既能接收上游河道的来水，又可以很从容的控制下游水的流量。”柔性直流输电技术对新能源的并网，如出力不断变化的风电并网是目前最合适的，它重点解决了风电场间歇式电源的并网问题，是国际公认的最具有技术优势的风电场并网方案。柔性直流输电技术是海上风电并网的唯一方式，特别适用于海上孤岛供电等偏远地区。柔性直流输电技术柔性直流输电可以大幅改善大规模风电场并网的性能，保障新能源发电的迅速发展。
柔性直流输电最大优点是能够快速灵活的调节其输出的有功功率和无功功率，可以独立的控制其输出电压的幅值、相位；柔性直流输电启动时不需要本地电源支撑；柔性直流输电具有良好的电网故障后的快速恢复控制能力，可以作为系统恢复电源。
当需要大功率远距离输送电能，两大电网联网又遇到联网的稳定性问题时，需要用超高压或特高压直流联网。直流输电有其优越性：无系统稳定问题，在同输送容量下，直流输电比交流输电更经济，直流输电的线路投资是交流输电的1/3。当输电距离大于等价距离时，宜采用直流输电，反之采用交流输电。直流输电电晕干扰小；线路不存在电容电流，沿线路电压分布均匀，不需要无功补偿；调节快速，运行可靠。超高压直流特高压直流通过晶闸管换流器能快速调节有功功率，实现“潮流翻转”（功率流动的方向的改变）；当发生短路时，直流系统的“定电流控制”将迅速的短路电流控制在额定功率附近，短路电流不应互联二恶增大。其缺点是换流站造价较高，换流站会产生谐波。
我国最早的超高压直流输电是1990年建成的葛洲坝至上海的500kV超高压直流输电，后来相继建设了四川向家坝至上海的800kV直流输电工程和云南天生桥至广州的800kV直流输电工程。
三峡电厂的建设，使全国大部分地区电力系统得到了联网，实现了西电东送。三峡电厂输出工程主要有三个通道，中通道500kV交流向鄂豫间两回，鄂湘间两回，鄂赣间一回供电。东通道500kV直流向上海两回输电和500kV交流一回配套供电。南通道500kV直流向广东惠州供电。
4.结论
直流电广泛应用于用户端，应用于各行各业，应用于电子产品、计算机产品、通信网络系统、工厂设备、企事业单位。直流电广泛应用于电力系统中的低压直流系统、柔性直流输电和超高压直流输电。《电路》课程的学习是直流供电系统学习的基础。
参考文献：
[1]上海南汇风电场柔性直流输电工程25日正式投入运行，2011年7月26 上海政务网.
[2]世界首个多端柔性直流输电工程建成，南方电网，2013.12.25.
[3]电力系统分析（第二版），李梅兰 卢文鹏主编，2010.01.