2022年高压直流输电系统市场前景分析及研究报告.docx

高压直流输电解决方案行业调研

高压直流输电系统行业调研

240V直流电源供电总体技术要求.pdf 240V直流电源供电设备技术要求.pdf 通信用240V直流供电系统.pdf 通信用240V直流供电系统技术要求.pdf 通信用240V直流供电系统维护技术要求.pdf

由于拓扑和调制策略的不同，基于模块化多电平换流器的高压直流输电（MMC-HVDC）系统在直流侧发生故障时呈现出与两电平电压源型直流输电（VSC-HVDC）系统不同的故障特性。在PSCAD／EMTDC中搭建的仿真模型基础上，首先分析了MMC-HVDC直流侧线路单极接地、断线和两极短路的故障特性及其对系统运行的影响；然后针对半桥型子模块结构不能够双向阻断故障电流的问题，对子模块拓扑进行了重新设计，通过改变流经子模块电流方向，实现了桥臂电容双向充电，从而提供了续流二极管阻断电压；最后对直流侧两极短路故障进行了仿真分析，仿真结果表明，改进拓扑有效地抑制了直流侧故障电流，避免了交流断路器动作。

为了研究灵宝背靠背换流站在交流系统发生故障时的换相失败过程,利用电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC对灵宝背靠背高压直流输电系统进行了建模,并在此基础上对高压直流输电系统中常见的故障进行了仿真分析,其中包括逆变侧交流系统发生三相故障和单相故障的情况。仿真结果表明,在PSCAD/EMTDC环境下建立的模型能够比较准确地描述在暂态过程中背靠背直流输电系统的动态特性,可以为现场运行以及故障分析提供参考。在系统中加入故障检测控制环节,根据电压和电流的变化,适时增大提前触发角,可以有效地预防换相失败。

vsc_hvdc高压直流输电，2104b运行通过

前言: 电信或数据中心巨大的耗电量已迫使业界需要实行高压直流配电来改善效率，捉高运作效益。本文要说明的是目前已有效率高达98％，功率达1.8 kW而体积只约61x23x7.3mm (见图1) 的高压隔离母线转换器，极为适合高压配电设备的设计应用。其还可直接并联扩展功率到数十千瓦。所说的母线转换器是个开环的固定变比器件，其实就是真正的变压器，是能够在直流操作的变压器，本质上能够双向传输功率的。其使用特殊的谐振零电压零电流开关方式，名为正弦振幅转换（SAC），效率极高，噪声低，在高压配电应用场合是最适合不过了。 正弦振幅转换器（SAC） 我们知道谐振式软开关，对比于硬开关可大大降低开关损耗而提升效率，其主因是使开关管（主要是埸效管）开关在零电流或零电压状态，其产生的开关电压或电流波型就像个准正弦波，谐波从而减低，噪声因而较小。SAC转换拓扑在这方面初看有相似的地方，但细看不如说它的操作是完全的截然不同。SAC是基于串联变压器的谐振拓扑，有别于ZVS/ZCS准谐振器。SAC在固定频率操作，该频率等于初侧端谐振电路的自然振盪频率；在初侧端的场效管被锁定在此自然振盪频率并在过零瞬间开关，消除开关功耗及大大降低高阶噪声谐波。在初侧端谐振电路的电流或电压是纯正弦的，不是方波，也不是其它谐振器的准正弦波，这也大大降低谐波而得出更低的输出噪声频谱，见图2。 SAC是能够同时在零电压及零电流开关场效管的，开关损耗极低而能工作在数个MHz的高频，容许使用细小变庄器磁件，从而提升功率密度及效率。 Vicor的高压母线转换器 (HVBCM) 就是SAC的其中一员，具固定的数个MHz操作频率，不依负载变化。SAC对副侧负载增加的响应是增强在谐振电路正弦波的振幅，也就增强了能量的传递，藕合到副边、负载。当负载降低，正弦幅度下降，负载为零时，其趋向零。 图2: 正弦振幅转换器（SAC） HVBCM 在高压配电电信设备的应用方式 如是新建的电信设备，要在高压配电的场所运作，大可革命性创新设计，直接利用高庄直流为分布功率的源头母线，即设备机柜的背板电压就取自场所内供应的高压直流电压，机柜内的每个单板就直接置放HVBCM，把高压降到安全低庄如48V, 12V，再由负载点转换器提供稳压多路输出到所需负载如处理器，记忆体等，见图3。如此的在高压直接分布电力，完全消除了低压分布的超大电流困难。例如一个5kW的设备在12V分布电力意味母线导体要导电417A电流，而在380V分布则只是13A。在417A电流，每1m欧阻抗就损耗174W，根本是不可克服的困难。 图 3: 设备单板在高压分布电力 电信设备生产商或会有个疑问，电信发展已有多年历史，设备生产商已有大量低压运作良好的单板，而且正在各场所良好运作，发挥其功能。如要生产适合在高压配电场所运作的新设备，是否就要抛弃这些低压单板，重新设计新的单板？是的，电信生产商有大量旧有但又仍然运作且能满足要求的单板，而同时又要快速生产出高压配电适用的机柜设备，怎办？我们会看到，使用HVBCM也能照顾到这种情况，促使快速推出新设备而又可沿用本身已证明可靠的低压运作单板。让我们通过以下例子说明。 设现已有大量48V输入的良好单板，要把它们组合出高压配电适用的设备，那么，设计的机柜当然要有48V的背板， 让这些单板取电。然而场所内的供电源是380VDC，那么机箱的设计只需附加上安装HVBCM的功率板，接受380V输入，提供48V电力到背板就可，见图4。 图4: 设备改进使旧有低压单板可在高庄场合运作 应用HVBCM把380V转到48V的电路非常简单， 见图 5。 使用两个HVBCM并联已组成出48V，3600W峰功率的功率板，这些功率板还能直接并联，扩大传送到48V背板的电力，如此就建构出高压配电场合适用的大功率设备。 图5: HVBCM并联典型应用图 注意:附件原理图以及PCB仅供参考，不可用作商业用途！

智能电网的基础详细教程：高压直流输电.docx

3.2 基于DAS的石油管道安全监测系统 当Φ-OTDR采用相位解调时, Φ-OTDR具备 探测外界振动和声波变化的能力, 包括声波的幅 度、频率、相位信息. 在石油工业界, DAS已经展 现出前所未有的应用前景. 在国外, 率先开展DAS 应用的是英国的Optasense 和Silixa公司, 应用的 类型主要分为两类: 地震波检测和石油管道安全监 测, 覆盖了石油工业的勘探、生产、运输三个过程, 具有重要的经济意义和社会意义 [54,55]. 国内虽然 开展Φ-OTDR 的研究虽然较早, 但是DAS 的研究 与应用较晚, 相比国外仍有较大差距. 早在2008年, Optosense就致力于DAS在石油 管道安全监测的应用, 提出了 “zero pipeline inci- dents”(零管道事故)的口号, 主要致力于管道安全 的两个方面: 一是第三方干扰 (TPI), 也就是对于 潜在的或者正在实施的对管道的第三方破坏行为, 包括对于管道的机械挖掘、人为挖掘、重型车辆等 进行提前预报或报警; 二是提供新型的多个模式的 管道泄漏探测, 比如管道的腐蚀导致的管道泄漏. 由于国内的大部分石油管道安全事故主要是 由偷盗油对管道的破坏造成的, 因此对于泄漏检测 的需求要远远大于对于TPI检测的需求. 石油管 道的盗油活动, 不仅造成石油产品的损耗, 带来直 接的经济损失, 更重要的是, 由于盗油者对管道的 破坏很可能造成环境的污染, 带来严重的生态灾 难 [55]. 盗油活动所有的过程, 均会在管道形成地 震波, 而目前国内的管道增压站之间的通信, 均采 用光纤通信, 而光纤通信链路与石油管道是并行铺 设, 且相隔较近, 因此TPI 入侵动作产生的地震波 会较好地传递到通信光纤上. 因此, DAS从增压站 点的通信光缆接入, 就能够完成长距离入侵监测的 目的. 现场利用DAS进行管道TPI监测的具体实施 方案如图 25 所示. 光缆埋地深度从 1—2 m 不等. DAS置于增压站A处, 连接与石油管道并行的传感 光缆, 管道总长为 50 km. 现场的石油管道的情况 较为复杂, 靠近公路和铁路的地方较多, 车辆的振 动对监测系统产生较多的干扰, 因此需要对各种振 动信号进行识别, 以区分不同振动信号的类型, 最 终达到屏蔽绝大多数的干扰, 只对TPI入侵动作有 报警响应. A DAS B 50 km 图 25 基于DAS的石油管道安全监测系统的实施方案图 Fig. 25. Schematic diagram of the oil pipeline safety monitoring system based on DAS. 为了验证该系统的效果, 在光纤的尾端约 47 km处, 利用本实验室研发的DAS, 采集管线 附近的各种动作, 包括挖掘、走路、跑步、车辆产生 的振动信号. 测试位置离路边较近, 各类车辆, 特 别是重型车辆在经过该处管道时, 产生非常大的振 动信号, 容易造成误报警. 24 20 15 10 5 0 47000 47050 47100 47150 47200 47250 Distance/m T im e / s 47000 47350 图 26 距光缆垂直距离 1 m处刨地时, 振动幅度 -时 间 -距离的瀑布图 Fig. 26. Waterfall figure of vibration amplitude-time- distance when digging the ground at 1 m vertical dis- tance away from theoptical cable. 在测试点附近进行挖掘时, 得到的振动幅度时 间距离的瀑布图如图 26所示, 在 47250—47270 m 之间, 振动信号的幅值较大, 在瀑布图上体现为 随挖掘动作节奏出现亮点. 对上述空间位置处的 信号进行叠加, 得到在不同入侵动作时的振动时 域信号、自功率谱、短时傅里叶变换 (STFT)如 图 27所示. 074207-15