高压直流供电
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高压直流供电范文第1篇
1 高压直流供电技术的优势
1.1 在技术方面的优势
可靠性大幅提升，高压直流供电技术引入的主要目的就在于提升系统的安全性。UPS系统本身仅并联主机具有冗余备份，系统组件之间更多地是串联关系，其可用性是各部分组件可靠性的连乘结果，总体可靠性低于单个组件的可靠性。反观直流系统，系统的并联整流模块、蓄电池组均构成了冗余关系，不可靠性是各组件连乘结果，总体可靠性高于单个组件的可靠性。
1.2 高压直流供电能大大节约能耗
目前大量使用的UPS主机均为在线双变换型，在负载率大于50％时，其转换效率与开关电源相近。但一个不容忽视的现实是，为了保证UPS系统的可靠性，UPS主机均采用n+1(n=1、2、3)方式运行，加之受后端负载输入的谐波和波峰因数的影响，UPS主机并不能满足运行，通常UPS单机的设计最大稳定运行负载率仅为35―53％。而受后端设备虚提功耗和业务发展的影响，很多UPS系统通常在寿命中后期才能达到设计负载率，甚至根本不能达到设计负载率，UPS主机单机长期运行在很低的负载率，其转换效率通常为80％多，甚至更低。对于直流电源系统而言，因其采用模块化结构，可根据输出负载的大小，由监控模块、监控系统或现场值守人员灵活控制模块的开机运行数量，使整流器模块的负载率始终保持在较高的水平，从而使系统的转换效率保持在较高的水平。
1.3 直流供电的带载能力大大提高
UPS系统带载能力受两个因素的制约，一是负载的功率因数，以国内某大型UPS厂商的某型主机为例，在输出功率因数为0.5（容性）时，其最大允许负载率仅为50％；二是负载的电流峰值系数，通常UPS主机的设计波峰因数为3，如果负载的电流峰值系数大于3，则UPS主机将降容使用。对于直流系统而言，不存在功率因数的问题；因其并联了内阻极低的大容量蓄电池组，加之整流器模块有大量的富余（充电和备用），其负载高电流峰值系数的负荷能力很强，不需专门考虑安全富余容量。
2 高压直流技术的应用前景分析
2.1 高压直流技术的应用现状
目前对高压直流供电的应用，总体情况是电信运营商非常热心，热切希望大规模高压直流供电，与电源系统厂商一起进行了大量了理论研究，国内业界已就包括高压直流供电电压、接地方式等关键问题达成了共识，高压直流供电已在部分本地网进行了试点。与之形成鲜明对比的是，到目前为止，后端IT设备还没有针对高压直流供电的电源技术标准，也没有大型IT厂商宣布支持后端设备高压直流供电。高压直流供电有多种电压可供选择，因为缺乏后端设备厂商的响应，国内高压直流供电的思路均是基于不对后端用电设备进行改造，供电电压的选择就必须保证在电源系统各种运行模式下，后端设备均可正常工作，目前国内业界对高压直流供电的标称电压已达成共识，即选用240V电压等级。
2.2 制约高压直流技术大规模应用的主要因素
2.2.1 后端设备的适应性
从目前运营商的试点情况来看，尽管采用单相UPS电源供电的后端设备绝大多数都支持高压直流供电，高压直流供电基本可保障后端设备的运行。但高压直流供电毕竟不是后端设备的电源标准，采用高压直流供电实质上是改变了设备电源的标称运行环境，因而对运营商而言存在较多的风险：技术风险：使用UPS电源供电的后端设备种类繁多，从目前运营商的试点情况来看，还是有部分设备不支持高压直流供电，对于具体的设备能否支持高压直流供电，能否在高压直流供电的额定输出电压、最低输出电压、最高输出电压下正常运行，只能针对具体设备进行电路分析和实际实验。对于在高压直流供电下能正常运行的后端设备，也需要用时间来检验其寿命是否会发生变化。法律风险：改变设备的电源运行环境，实质上是改变了采购合同约定的运行条件，如后端设备发生故障，运营商将处于较为不利的法律地位，面临着较大的风险。同时，对于高压直流供电最大应用场合的IDC机房，运营商通常与客户签订有严格的SLA（服务等级协议），供电电源的改变也会将运营商推向不利的地位，一旦客户托管设备发生故障，尤其是涉及到对服务连续性极为敏感的金融、大型SP等客户时，双方可能陷入长时间的纠纷，或以运营商的让步而告终。从现网试点情况来看，运营商普遍的心态还是感觉“高压直流电源稳定可靠，不会出现问题”，还没有从法律层面认真思考可能遇到的法律纠纷。
2.2.2 配套器件
高压直流供电涉及的元器件中，整流器模块所需的功率电子器件、电容、变压器等器件较为通用，供应不存在任何问题，但熔断器、断路器等配电保护元件就较为匮乏。高压直流供电系统日常运行电压（浮充电压）即已达到270V，普通熔断器均为交流熔断器，已不能支持这一电压等级，只能选用专用的直流熔断器，但目前直流熔熔断器生产厂家很少，市面上也难以见到。断路器的情况要好一些，普通热磁脱扣型塑壳断路器单极工作电压已可达250V，ABB、施耐德等大型厂商也可提供直流工作电压达220V的微型断路器，这两类断路器双极使用时工作电压均远远高于高压直流系统可能的最高电压（均充电压）288V，可为高压直流系统保护。但采用这两类断路器也存在较多的问题：1.技术问题：整定值易漂移；塑壳断路器安装尺寸较大；微型断路器易被碰刮误断、整定值通常不能调整、分断短路电流电流小。2.商务问题：产量较小，价格较高，供货周期长。
3 高压直流技术应用的推广
制约高压直流供电技术大规模应用的因素也许还有很多，根本的原因还在于没有后端设备高压直流供电的标准化，鉴于后端设备，尤其是IT设备，绝大部分的应用还在于社会的其他行业，仅仅依靠通信行业的力量难以有效推动电源标准的改进的，应该积极推动全社会对高压直流供电的认知，进而产生体现国家意志的法律、政府规章和技术标准，推动使用高压直流供电的IT设备的大规模生产和应用。在后端设备具备高压直流供电的条件，并大规模商用后，电源系统的标准化将迎刃而解，市场这只无形的手将推动前端电源零部件及整机厂商全力进行研发和生产，现阶段前端电源系统存在的种种制约将不复存在。
参考文献：
[1]赵俊莉.电气化铁道用有源电力滤波器方案研究[J].机车电传动.2000
[2]李春林.配电网中谐波源识别方法比较[J].东北电力技术.2004
高压直流供电范文第2篇
[关键词]功率半导体器件；高压直流输电；电力电子技术
中图分类号：TM72 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）17-0241-01
1 引言
功率半导体器件是用于电力设备的电能变换和控制电路方面的大功率电子器件。广泛应用于涉及电力系统的各个方面，涉及发电、输电、配电和用电的各个领域。
高电压、大容量的功率半导体器件的迅速发展，促使高压直流输电技术发生了重大变革，使得高压直流输电系统迅速发展。同时，随着高压直流输电系统的电压等级不断提高，使得各部分装置所承受的电压不断提高，对功率半导体器件的性能提出了更高的要求。本文从功率半导体器件在HVDC中的应用领域和对HVDC发展的影响两方面进行了阐述，从辨证的角度分析二者的关系，对功率器件的发展方向进行了展望。
2 功率半导体器件的发展状况
20世纪80年代中期，4.5kV的GTO得到广泛应用，并成为在接下来的十年内大功率变流器的首选器件，一直到IGBT的阻断电压达到3.3kV之后，才开始改变GTO独占市场的局面。至2005年，以晶闸管为代表的半控型器件已达到7×107W/9000V的水平，全控器件也发展到了十分高的水平。当前，功率半导体器件的水平基本稳定在109～1010WHz左右，已逼近了由于寄生二极管制约而能达到的材料极限。
高品质电能变换所内涵的高耐压、高速、高电流密度、高集成度和低导通电阻等给人们提出不少科学与技术问题，并不断推动着功率半导体的发展。为了使功率半导体器件适应便携式、绿色电源、节能减排的发展需要，功率器件正不断采用新技术，不断改进材料性能或开发新的应用材料、继续优化完善结构设计、制造工艺和封装技术等，提高器件功率集成密度，减少功率损耗。
2.2 功率半导体器件未来发展方向
现代大功率半导体器件正朝以下几个方向发展：[1]
（1）大电流、高耐压：现代电力电子器件正向大电流高压方向发展，以适应高压领域对电力电子器件快速需求的趋势，尤其在高压直流输电、高压电力无功补偿、高压电机、变频器等领域。
（2）高频化：从高压大电流的GTO到高频多功能的IGBT、MOSFET，其频率已从数千HZ到几十KHZ、MHZ。这标志着电力电子技术已进入高频化时代。
（3）集成化、智能化：几乎所有全控型器件都由许多的单元胞管子并联而成（IGBT、GTO）。
功率半导体器件的发展日新月异，HVDC 技术正在不断的进步和成熟，输电容量和电压等级逐渐提高，使其在输电系统中越来越具有竞争力。随着西电东送和全国联网的不断发展，电能质量和电网运行的灵活性和可靠性的要求越来越高，HVDC技术必将得到越来越广泛的应用。为了满足我国轨道交通、智能电网、新能源等国民经济发展重要领域对高压大电流晶闸管、高压大功率IGBT、IGCT等功率半导体器件的强大需求，提升国家电力电子产业的技术水平，2007年南车时代电气投资3.5亿，启动了大尺寸功率半导体器件研发及产业化基地建设。该线采用了世界顶尖级的工艺和测试设备，主要生产6英寸、5英寸高压大电流晶闸管和整流管，满足高压/特高压直流输电项目的需要。
2 功率半导体器件在HVDC中的应用
HVDC在电力系统的应用中，存在着一些固有的缺陷，如不能向无源系统供电、易发生换相失败、需要配置专门的滤波装置、设备投资高、占地面积大等[4]，这些问题一直限制着HVDC的发展。20世纪90年代以后，随着电力电子技术的发展，特别是具有可关断能力的新型半导体器件的出现，促进HVDC技术产生了重大变革。
功率半导体器件的发展促使高压直流输电技术不断进步，根据功率半导体器件的更新可将HVDC技术的不同发展阶段进行划分。HVDC发展的第一个25年，由汞弧阀换流技术支撑，到70年代中期为止；第二个25年到2000年为止，这个时期HVDC技术是由基于晶闸管阀的电网换相换流技术支撑；可以预计，在接下来的25年里，强迫换相换流器技术将占主导地位。随着大功率开关器件成本的不断降低，电容换相换流器将会被自换相换流器所取代。
2.1 功率器件的在换流器中的应用
HVDC系统的主要设备包括换流装置、换流变压器、平波电抗器、滤波器、电线路、接地极、无功补偿装置、控制保护系统。其中换流装置、换流变压器、有源滤波器、无功补偿装置、控制保护系统等都是以功率半导体器件为基础。早期的大功率换流器，几乎都是基于晶闸管的。换流器可以将电能进行交-直、直-交转换，分为两种基本结构类型：电流源型换流器CSC和电压源型换流器VSC。
2.3 轻型直流输电技术
随着大功率GTO和IGBT开关的商业化，在过去的10年里，VSC的应用范围也不断扩大。采用大功率IGBT开关，VSC的额定值在双极性结构下可以达到约±150kV、3000MW，且VSC可以与弱交流系统甚至无源网络连接。HVDC light采用基于脉宽调制技术的控制方法，能灵活独立的控制有功和无功功率，并能限制低次谐波，使滤波系统简化，保证高水平的电能质量，同时使换流站更加紧凑，投资减少。但是，需要看到技术的更新不可能十全十美，必然伴随着新问题。
功率半导体器件的使用必然会带来谐波问题，而且IGBT硅的有效面积利用率低、损坏后会造成开路等缺点局限了其在高压直流输电系统中的应用。
与其它应用领域相比，HVDC技术随着其电压等级的不断提高对功率半导体器件的性能提出了更高的要求，如大容量、高耐压、高可靠性、低损耗等。使得功率半导体器件不得不采用器件串、并联技术和复杂的电路拓扑来达到实际应用的要求，导致装置的故障率和成本大大增加。可以看出一方面功率半导体器件促进了HVDC技术的发展，另一方面HVDC系统的正常运行与功率半导体器件的某些特性密切相关。对于高输入电压器件的研制，国内外许多器件工艺厂商都投入了大量的人力物力，控制技术领域也在研究对单个器件进行串并联或进行模块化。虽然这两种方法可以大幅度提高功率半导体器件的耐压、容量等性能，但综合结果并不尽如人意，仍需要研究人员继续努力。
3 总结
功率半导体器件的发展促进了高压直流输电技术的发生了重大变革，同时随着高压直流系统电源等级的不断提高也对功率半导体器件的性能提出了更高的要求，指引功率半导体器件向着高耐压、大电流、大容量、低损耗的方向发展。功率器件在不断改进的过程中出现了许多新问题，这将是未来功率器件发展面临的挑战。随着科技的不断进步这些问题将会得到解决，这样会进一步促进高压直流输电技术的进步。
参考文献
[1] 袁立强，赵争鸣，宋高升，王正元.电力半导体器件原理与应用[M].机械工业出版社，2011.
[2] 钱照明，盛况.大功率半导体器件的发展与展望[J].大功率变流技术，2010，1：1～9.
[3] 孙伟锋，张波，肖胜安，苏巍，成建兵.功率半导体器件与功率集成技术的发展现状及展望.中国科学：信息科学，2012，42（12）：1616～1630.
[4] 韩民晓.高压直流输电原理与运行[M].电力电子新技术系列图书出版社，2009.
高压直流供电范文第3篇
关键词：特高压直流输电；输电系统；无功功率
中图分类号：TM743 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）30-0018-01
大量实践表明，采用±800 kV特高压直流输电系统为我国很多负荷中心提供了大量输电量，缓解了我国输电走廊的输电压力。±800 kV特高压直流输电系统无功功率即无功负荷，在整个输电过程中产生了重大的影响。本文提出了无功功率产生的原因，并进行了相关的计算。
1 ±800 kV特高压直流输电系统的发展现状
自我国采用±800 kV特高压直流输电系统后，国家电网不仅节约了电网建设投资成本，使输电损耗有所降低，同时，使我国的电力输电系统更加安全、稳定、完整。例如：我国在2010年7月8日，试行了向家坝-上海的±800 kV特高压直流输电系统，这一输电系统的试行成功标志着我国建成了世界上技术最先进、输电容量最大、输电距离最远、电压等级最高的特高压直流输电系统，使我国的输电系统的研究和设计处于国际领先水平。向家坝-上海的±800 kV特高压直流输电系统距离较长，约1 907 km，跨越了八省，并横跨了四次长江，额定电压为±800 kV，额定电容为6 400 MW。在±800 kV特高压直流输电系统中，通常采用的整流侧换流变压器，一次侧额定电压：500 kV，二次侧额定电压：170 kV，安装有4组无功补偿和滤波装置；逆变侧换流变压器的一次侧额定电压：500 kV，二次侧额定电压：163 kV，也安装有4组无功补偿和滤波装置。±800 kV的系统特高压直流输模型，如图1所示。
2 ±800 kV特高压直流输电系统无功功率的原因
±800 kV特高压直流输电系统无功功率的主要原因是换流器的吸收无功功率。由于换流器在换流的过程中需要吸收大量的无功功率，所以在无功功率中整流侧换流变压器占输电总功率的30%～50%，而逆变侧换流变压器却占了40%～60%。逆变侧换流变压器的消耗功率明显高于整流侧换流变压器。但有关研究表明，整流侧换流变压器和逆变侧换流变压器，都在利用有功功率的同时，还吸收换流过程中的无功功率。有功功率因数为：
β=P/S=UI1cosη/UI=I1/I cosη=v cosη
其中，v=I1/I，代表基波因数；cosη代表基波功率因数。整流侧换流变压器的基波功率因数为：
cosη≈cos（a+u/2）
其中，a为换流器的触发角，u为换相重叠角。逆变侧换流变压器的基波功率因数为：
cosη≈cos（y+u/2）
其中，y代表换流器关断角。
从以上公式分析得出，各种换流器换流过程中吸收无功功率的原因主要有以下两点。
①在特高压输电的过程中导致电流畸变的主要原因是，平波电抗器和换相电感的存在，导致2各阀同时开通时出现了重叠角，产生了无功功率。
②整流侧换流变压器的触发角和逆变侧换流变压器的关断角使电压和基波电流产生了相位差，特别是在±800 kV特高压直流输电系统中，输电工程正常运行时，就会使整流侧换流变压器的触发角变为15 °左右，逆变侧换流变压器的关断角就会变为17 °左右。所以导致基波因数v
3 ±800 kV特高压直流输电系统的换流设备的相关 参数
换流变压器是电力输送过程中最重要的设备之一，因此，对变压器设备的参数进行准确的设定显得尤为重要。通常采用的±800 kV特高压直流输电系统的换流设备不仅价格昂贵，同时操作复杂，为工作人员的施工带来了难点。三绕组的换流变压器是按照（400+400） kV的接线方式进行换流的，换电容量为610 MVA，比800 kV的单台换流器的容量要高出很多，因此，采用单相双绕的接线方式更有利于特高压直流换电工作的运行。
±800 kV特高压直流输电系统换流器最低降压运行能达到560 kV，占总电压的70%，而单极金属回路的接线方式只能在线路电阻达到最大时才能降压至560 kV。所以逆变站在不超过分接头档位最大制作能力的前提下，设计时才能采用最大分接头档位。
4 无功功率的计算方式
±800 kV特高压直流输电系统中，换电器的无功功率吸收与直流电量的输送、换相电抗和换相重叠角等因素有关，所以各类变压器的无功功率计算方式如下
其中，P表示直流电输送功率，Q表示换流器吸收的无功功率，η表示换流器的功率因数角，u1表示整流侧换相重叠角，u2表示逆变侧换相重叠角，Xr1表示整流侧换相电抗，Xr2表示逆变侧换相电抗，Id表示直流电流，a表示整流侧换流变压器的触发角，y表示逆变侧换流变压器的关断角，u1表示整流侧换流变压器阀侧空载线电压有效值，u2表示逆变侧换流变压器阀侧空载线电压有效值。在变压器进行换流的过程中会出现设备或测量误差，因此需要对变电站换流器吸收的无功功率做出有效的处理，才能保证电流输出的有效率。
5 结 语
本文对±800 kV特高压直流输电系统的发展现状和±800 kV特高压直流输电系统无功功率的原因进行了分析，提出了特高压直流输电系统的换流设备的相关参数，并根据输电量的需要将换流工程中的换流器吸收的无功功率用表达式计算，为我国的±800 kV特高压直流输电系统的高效运行提供了可靠的理论依据。采用合理的变电器换流参数和接线方式可以使输电运行更稳定、安全。
参考文献：
[1] 余洋，韦晨，朱林.直流输电接地极电流对不同结构变压器影响研究[J].
电力系统保护与控制，2010，（24）.
高压直流供电范文第4篇
关键词：大容量风电基地；直流输电系统；VSC-MDTC
前言
目前风电单机容量已达到兆瓦级，风能利用率越来越高。国内风电基地的数量和规模都在与日俱增。将风电系统渗入整个电力系统对于改善电网系统结构、降低环境污染、减少资源消耗都有着重要的意义。但是由于风能具有方向、大小不确定性，经常导致风电机组瞬时负荷剧烈波动，在并网运行时对系统造成扰动影响，所以成为限制风电进一步发展壮大的难题。在下面文章里，我们通过对特高压柔性直流输电新技术进行了解，并对基于柔性直流输电系统的大容量风电基地与系统并网实现功率外送仿真技术进行探讨。
1 多端柔性特高压直流输电系统
多端柔性直流输电系统VSC-MDTC是由两端柔性直流输电系统VSC-HTDC发展而来，通过VSC换流站与多条直流输电线路将区域内多个用电负荷中心和电源连接在一起，在送电端与受电端均设置了换流站，由其实现功率的输送、分配。VSC-MDTC系统即有柔性直流输电的优点，又能将多个分布式电源联网，很好的解决了如风电、光伏发电等新能源并网问题。对于拓宽电网负荷类型、综合利用资源有着重要的意义。
在VSC-MDTC系统运行过程中直流电压的稳定性直接决定着系统的运行特性和可靠性，所以会选择一个换流站作为功率平衡节点对直流电压进行稳定控制，而其余换流站则在整流或逆变状态完成功率分配。SC-MDTC系统虽然在运行灵活性、可靠性等方面比双端系统更具有技术优势，但是由于拓扑结构更为复杂，所以保证运行稳定的控制策略非常复杂。[1]
2 不同扰动下系统的控制策略
功率扰动对系统的影响：
VSC-MDTC系统利用闭合环路直流线路构成中心呈环状的拓扑结构，将直流环路设置在风电场附近，即缩短了直流线路长度，又降低了容量冗余造成的成本，同时可有效提高系统运行可靠性。在这里我们用W-VSC代表风电场换流站；G-VSC代表送端换流站；L-VSC代表受端换流站。在正常的运行过程中风电场换流站对汇集的风电场功率进行整流并输送至直流环网，与本地电网换流站共同组成送端换流站，通过直流网络将功率输送至远方负荷中心。为了保证系统直流电压稳定性，我们选取功率调节能力强的换流站对直流电压进行控制，在风电场端换流站通过恒压恒频控制策略来保证本端电网的电能质量；而剩余换流站则按照相关发电计划，通过定功率控制策略实现功率合理分配。通过综合考虑本地电网换流站功率裕量及交流电网电能质量，按照发生扰动后系统电网频率变化情况，可将系统语系模式分为三类，分别是自由运行、下垂运行和限流运行，下面我们对三种运行模式的区分进行简单了解。
（1）自由运行模式下，系统在控制范围内可向用户持续提供优质电能，当扰动发生时，系统默认的直流电压控制换流站即可全部承担不平衡功率并维持直流电压稳定。当换流站功率调节能力无法满足需求时，将进入下垂运行模式。
（2）下垂运行模式下，G-VSC控制策略发生改变，由定直流电压控制变为直流电压直流电流下垂控制，同时由各端换流站共同承担功率调节压力。
（3）限流运行模式下，系统默认进行电压控制的换流站其功率调节能力达到极限，直流电压发生剧烈波动。此时，系统需要重新选择具有较大功率裕量的L-VSC换流站对直流电压进行控制，维持系统功率平衡。[2]
3 系统仿真分析
为了对前面文章中探讨的基于柔性直流系统实现风电基地的功率外送问题进行深入分析，我们可以利用Matlab/simulink仿真系统。在建立的仿真系统中，可将火电厂和风电场视为等值机组。下面我们对不同位置的扰动情况进行仿真：
3.1 G-VSC端负荷发生扰动
在仿真过程中，人为的在G-SVC端L1三秒时负荷由300MW下降200MW，在11秒时再下降100MW。造成系统严重不平衡，进行限流运行模式。
通过对仿真系统采集处理获取的动态响应图进行分析发现，在3s时，由于G-SVC端负荷L1出现快速下滑，导致系统频率大幅上升，系统无法维持在自由运行模式，进而进入下垂运行阶段，为了维持送端电网频率质量，需要其余端换流站进行功率支援。系统直流电压在进行下垂运行阶段时会出现提升，而L-VSC1和L-VSC2在检测到直流电压上升信号后，根据下垂控制策略增大受电需求，而W-VSC则根据下垂控制策略降低馈入系统的功率。最终结果是G-VSC将电网中多余的电能释放至直流网络并实现消纳，有效缓解了扰动对送端电网正常运行造成的影响。
在11s时，负荷L1进一步下降，VSC-MDTC系统的功率不平衡情况恶化，虽然由多端换流站共同进行功率协调，但G-VSC换流站自身功率容量仍然无法满足直流电压的控制需求。所以VSC-MDTC系统只能进入限流运行状态，系统中L-VSC1换流站根据直流电压/有功功率下垂控制策略进行快速切换。
3.2 W-VSC端的风速变化
人为调电场初始风速为8m/s，在3秒时，人为调速为9m/s，在13秒时降为7m/s。两次调整都造成了风电功率的突变，致使系统内功率波动。在风速变化时采取相应调整策略，当风速突增时，风电场功率上升，为保持系统稳定，G-VSC换流站需要进行功率支援来维持电压稳定，但由于系统频率上升达到进入下垂运行模式条件，根据相关策略需要由各端换流站对不平衡功率进行分担。G-VSC根据下垂策略升高直流系统电压，而L-VSC在直流电压/有功功率下垂策略控制下，增加部分功率输出，降低了直流电压波动，缓解了G-VSC的功率调节压力，同时也有效遏制了G-VSC侧频率的上升。
3.3 L-VSC端的负荷发生变化
在仿真系统运行过程中人为调整负荷，先于3s时增加至400MW，再于13s时降低至200MW，造成本端电网的功率扰动及频率变化。采用相应控制策略后系统，在3s时，由于负荷增大导致L-VSC端电网负荷波动，超出承受能力，造成该端频率下滑，在采取相应控制措施后，L-VSC端增大受电需求，由G-VSC提供功率支持，但直流电网电压快速下滑，而L-VSC和风电机组根据电压变化，在下垂策略控制下调整有功输出，进而分担了G-VSC的功率调节压力，提高了L-VSC端的频率。
4 结束语
在上面文章里，我们对大容量风电基地通过多端柔性特高压直流输电系统实现功率外送的仿真问题进行了深入探讨，受篇幅限制只是对在扰动情况下系统的协调控制进行了分析，实际应用过程中，还存在很多问题需要深入研究，诸如风电龅墓β市调控制策略、交直流混联系统的应用等。
参考文献
[1]杜培东，王维洲，刘福潮.大容量风电基地通过多端柔性特高压直流输电系统实现功率外送的仿真分析[C].甘肃省电机工程学会学术年会，2014：10-15.
高压直流供电范文第5篇
【关键词】 交流UPS 240V高压直流 交流并联 工频逆变器
传统的不间断交流UPS为信息设备可靠供电提供了一种有效的解决方案，但同时也存在一些突出的问题，高压直流供电相对于传统的UPS而言有突出的优势，可以提供一种新的供电模式。
1 不间断交流UPS供电现状分析
信息设备发展至今，一直采用交流UPS电源系统供电或低压直流系统（-48V）供电。但近年来，随着计算机网络的迅速普及和数据业务的快速发展，特别是IDC业务的快速发展，传统的UPS供电模式的安全性、经济性等方面凸现的问题越来越多。
1.1 不间断交流UPS供电的优缺点
有较成熟的技术和产品，应用也很普遍，被用户广泛接受，这是交流UPS的优点。但是传统交流UPS供电系统有其无法克服的弊端：（1）可靠性低。不间断交流UPS电源系统，有很多不可备份的系统单点故障点，比如同步锁相板、静态开关、输出切换开关、逆变器等，这些单点故障点，都可能导致整个通信系统“掉电”瘫痪。即使采用相对可靠的串联热备份系统，切换电路的单点故障也容易造成整个通信系统“掉电”瘫痪，尤其是瞬间过载的容错能力差，一旦主机过载保护切换到备机，备机由于瞬间浪涌也同时过载保护自动切换到旁路，对于过去有人值守的机房可以立即人工处理，但现在普遍采用机房无人值守，一旦发生故障，恢复时间较长，危害很大。（2）效率低，能耗高。由于UPS中采用了逆变器，相比240V高压直流供电，这是多出的一级能量变换，也就多消耗了一级变换产生的能量，因此降低了UPS的效率。如果UPS采用1+1并机备份的系统，满载工作时的理论单机负载率才50%，实际中UPS系统的负载率比满载低，约在30%左右，而UPS的效率与负载率是紧密相关的，负载率越高效率越高，通常UPS效率会远低于240V直流供电系统的效率。在通信电源系统中，系统本身消耗的绝大部分能量都将以热量形式散发在机房中，这些热量全都要靠空调系统的制冷功能来维持机房的热平衡，这也就增加了空调的能耗。因此，因使用UPS的综合能耗更高。（3）维护难，扩容难，投资大。随着通信技术的不断发展，数据通信逐渐成为主体已经成为不争的事实。在网的程控交换必然逐步退网，并且随着数据业务比重逐步增大，按照现在的设备供电模式，会有大量的在网UPS系统扩容、大量新的UPS系统投入运行。因为UPS扩容涉及到电源的频率、电压、相序、相位、波形等问题，不像直流电源系统扩容只关注电压一个参数，这使得UPS初期建设时就需按最大容量进行建设投资。否则，每一次UPS在线扩容都是一次巨大的风险操作，甚至可能因为UPS制造商产品更新换代使得UPS扩容不可能，使得UPS单台故障时没有设备替换。按照现在的运行状态和维护模式，发生巨大灾难的“掉电”事件将频频引发。当UPS出现故障时，经专业技术人员才能进行维修，且维修技术复杂，时间长，测试困难。
1.2 不间断交流UPS供电的能效分析
因业务的发展是一个渐进的过程，兼顾到建设周期和业务发展规划，这就要求UPS在投资建设初期就得考虑容量最大化，这使得不间断交流UPS在实际使用中的平均使用效率只有20-30%。这个能耗指标在过去通信业务以语音业务为主、数据业务比重很小的时代，信息设备耗能的绝对值很小，UPS系统效率低下往往被人们忽视。而目前正处在数据业务迅猛发展时期，数据业务将渐渐变为主流业务，信息设备的能耗越来越受重视，显然，这种低效率是无法忍受的。
2 新兴供电方式探索
高压直流对信息设备供电，改变了传统的供电模式，高压直流供电以一个全新的理念注入通信电源行业，受到业界的高度关注，尤其是经济效益和社会效益显著，相信很快会被通信运营商和信息行业接受。目前国内通信用240V直流供电系统是依据YDT2378-2011《通信用240V直流供电系统》设计的。
2.1 直流代替交流供电的理论依据
IT设备内部电源是一个可靠性很高的独立模块。对于功能强、使用在重要场合的服务器或小型机，均配置两个及两个以上的模块并联运行。（图1）是IT设备工作原理示意图。
从图1中可以看出，虽然IT设备输入是交流电源，但核心部分还是DC/DC变换电路。我们只要输入一个范围合适的直流电压，就同样能满足IT设备工作。由此就可消除交流供电引起的一切不利因素。如果将输入的直流配上蓄电池，辅以远程监控，构成一个可靠的直流供电系统，就可取代UPS交流供电系统。通常PC机或服务器铭牌标明工作电压范围180～240V，由此得出直流工作电压上限为：
Umax=240*1.4=336V （1）
因为直流电源供电是从IT设备原交流输入端子输入的，所以原有整流桥中只有一半整流管工作，即一个二级管承担原电路中两个二极管的工作任务。据电工原理可知，保持整流元件温升一定，允许通过平滑直流Iavg比通过的脉动直流Isin大。对于正弦波来说：
Iavg/Isin>1.3 （2）
因此直流长时间安全工作的最低电压计算如下：
Umin=180*0.9÷1.3×2≈250V （3）
综合考虑，在信息设备供电电源中，选用标称240V的直流供电，考虑蓄电池浮充和均充因素，实际浮充电压260～265V，均充电压270～280V完全满足替代AC～220V交流UPS的安全电压范围要求。
2.2 240V高压直流供电的特点
（1）高可靠性。这点可以从三个方面体现：一是采用直流供电，蓄电池可以作为电源直接并联在负载端，当停电时，蓄电池的电能可以直接供给负载，确保供电的不间断。二是直流供电只有电压幅值一个参数，各个直流模块之间不存在相位、相序、频率需同步的问题，系统结构简单很多，可靠性大大提高。三是交流UPS系统虽然可以提高冗余度来提高安全系数，但是由于涉及到同步问题，每个模块之间必须相互通信来保持同步，所以还是存在并机板的单点故障问题。而直流模块没有这些问题，即使脱离控制模块，只要保持输出电压稳定，也能并联输出电能。（2）高效节能。和交流UPS系统相比，直流供电省掉了逆变环节，而一般逆变的损耗在5%左右，因此电源的效率得以提高。其次，由于服务器输入的是直流电，也就不存在功率因数及谐波的问题，降低了线损。最后由于并机技术简单，可以采用大量的模块并联，使每个模块的使用率可达到70%～80%，比起交流UPS系统，系统效率提高了很多。（3）维护性好、扩容便捷。采用高压直流供电，就如现在一直使用的-48V直流系统一样，系统由模块组成，维护人员可以自己进行维护。因为是直流输入没有零线，因此，也就不存在“零地”电压，避免了一些不明的故障，维护部门也无需再费时费力去解决“零地”电压的问题。
由于采用模块化结构，现在一个模块的容量一般在10KW左右，只要预留好机架位置，扩容非常方便。同时在建设时，可以根据服务器的数量逐渐增加模块数，使每个模块的负载率可以尽量地提高，这对于节能也是非常有好处的。
2.3 240V高压直流供电与交流UPS供电的对比分析
传统的数据中心大都通过UPS来实现掉电保护，通常所有IT负载都要经过UPS来供电，假定实际运行UPS的平均效率为90%，那么每100度电，经过UPS这个环节就白白损耗掉10%。不仅如此，我们还需要考虑UPS散发出来的热量需要额外的空调带走，按数据中心典型PUE（能效比）为1.8来算，那么UPS环节带来的总能耗达18%，很不节能。因此，在供电主回路能耗方面：UPS能耗占到18%；而高压直流可降到8%；而这又形成了空调能耗的对比，加上建设高压直流供电系统时，可节省建设面积约25%，这又进一步节省了空调能耗。另外应用高压直流电源系统，比传统型UPS可节省投资30%以上。总之，在适当用户场合，应用高压直流供电技术的优势十分明显。表1为传统UPS与高压直流的综合对比情况汇总。
3 结语
240V高压直流电源（HVDC）比传统型UPS有较多优势。通信网络中，240V高压直流电源，必然逐步推广和普及使用。而在特定感性负载等交流用电场合，可选用工频逆变器并联来满足现场需求，这可同时弥补传统交流UPS与高压直流在这方面的不足。迎合信息设备供电电源发展方向，不失时机地推动高压直流电源使用，必将实现电源保障能力质的飞跃，同时，也将获得很好的经济效益和社会效益。
参考文献
[1]电力电子技术.第5版.
[2]UPS电源维修手册.电子工业出版社，2008.03.
