HVDC技術的介紹和簡史

高壓直流技術在過去一個世紀中取得了許多技術進步。本文提供了 HVDC 技術的介紹和簡史。

高壓直流（HVDC）技術主要用于長距離輸電。該技術在高壓交流輸電技術興起后已被部分放棄。這是多方面的原因，后面的文章會解釋。

隨著上個世紀固態技術和摻雜技術的新技術進步，高壓直流輸電重新受到電力傳輸公用事業和公司的關注。

高壓直流輸電

在發現交流電之前，高壓直流輸電已為人們所熟知。第一個實用的直流輸電系統于 1882 年投入使用，由 Marcel Deprez 設計，以 2 KV 的電勢在 35 英里內傳輸 1.5 kW。

在 19 世紀的最后十年，AC/DC 共存的概念變得清晰而廣為人知。然后，在 1901 年，Herwit 設計了他的汞蒸氣整流器，能夠將交流電轉換為直流電。1928年，控制整改基礎投入使用。

汞弧高壓直流輸電系統

1939 年，Uno Lamm 博士發明了一種汞弧閥的新設計。這是發展高壓直流轉換最成功的嘗試。后來，1954 年第一臺基于汞弧的高壓直流輸電系統投入使用。該系統位于瑞典和哥特蘭島之間，距離為 96 公里，電壓為 100 KV，容量為 20 MW。

34 年后，固態技術被發現作為 HVDC 轉換單元的更好替代品，并開始取代 Mercury-arc 閥門。最后一個基于 Mercury-arc 閥門的商用 HVDC 系統是 Nelson River Bipole，這是一條 895 公里長的鏈路，在 450 KV-DC 下最大容量為 6500 MW。

晶閘管技術

晶閘管或可控硅整流器出現在 1950 年代，但電氣特性非常低。1960 年代晶閘管的發展令人吃驚，單個晶閘管的阻斷電壓達到 1600 伏特，最大電流為 1000 安。隨后晶閘管閥的快速改進使其能夠用于 HVDC 系統，同時阻礙了汞弧閥的發展。

晶閘管閥系統彌補了汞弧閥系統中的問題，減少了維護，擴大了電壓范圍，并消除了反弧的發生。

第一個完全基于晶閘管的 HVDC 輸電系統是兩個背靠背雙橋換流站，每個換流站包含 4800 個晶閘管，通過鰻魚河在 New Brunswick 和 Hydro Quebec 站之間以 80 KV 的電壓傳輸 320 MW。

今天，基于晶閘管的 HVDC 技術已經發展并仍在使用。使用晶閘管的 HVDC 輸電系統稱為電流源換流器（CSC） HVDC 系統。

IGBT技術

CSC 系統是大型電力傳輸箱的絕佳選擇，但成本和空間效率非常低，并且不能安裝用于黑啟動系統，例如合成平衡三相電壓。需要新技術。

1990 年代見證了電力電子技術的巨大發展，隔離柵雙極晶體管（IGBT）的發展打開了通往新 HVDC 輸電系統技術的大門。

與電流控制晶閘管系統相比，IGBT 系統是電壓控制的。它們可以以非常高的頻率切換，這有助于降低系統的交流諧波。它們解決了黑啟動問題，并具有更好的功率控制能力。IGBT 控制的 HVDC 轉換系統稱為電壓源轉換器（VSC）系統。

1997 年和 1999 年在瑞典實施了兩個首批 VSC 系統。這些系統在 10 KV 和 80 KV 下的容量分別為 3 MW 和 50 MW。

從那時起，VSC HVDC 系統經歷了許多發展和發展階段，降低了變流器損耗并提高了系統可靠性。

下一步是什么