摘要：柔性直流输电的研究是供电中质量保证的基础性工作，对柔性直流输电在城市电网中应用的仿真研究是人们不容忽视的重点。只有将技术融入到实际的工作中，才能不断提高技能和技术管理水平，有效促进工作的持续发展。
关键词：柔性直流输电技术；城市电网；应用
1柔性直流输电技术的原理
柔性直流输电技术是一种新型的直流输电技术，它的核心是通过电压源换流器（VSC）进行换流，这种电压源换流器是由全控型器件组成的。这种换流器的体积非常小，但是功能非常强，可以减少换流站的设备以及简化其结构，也可以称作轻型直流输电。它的系统原理，如图1表示。
在这个图中可以看到，有一个电压源换流器VSC1用作整流器，另一个电压源换流器VSC2用作逆变器。主要的部件是直流侧电容器以及全控换流桥。直流侧电容器为换流器提供一定的电压支撑，因此，直流电压的稳定性对整个换流器可以正常可靠运行起到决定性的影响。
2柔性直流输电在城市电网中应用的优越性
现代高压直流输电（HVDC）普遍采用晶闸管和移相换流器技术，多用于远距离、大功率输电。但晶闸管（SCR）开关频率较低，换相损耗大。而移相换流器接线复杂，体积庞大，换流电压谐波含量高、功率性能指标低等缺点。因此，由于技术和经济等各方面的的原因，HVDC在近距离小容量的输电场合却难以应用。随着电力半导体技术尤其是绝缘栅双极晶体管（IGBT）的快速发展，其额定电压越来越高，并且在很大程度频率变化范围内仍能有较好的电压分布，促进了HVDC的轻型化，轻型高压直流输电系统即HVDCLight应运而生。
这种轻型直流输电系统把HVDC的容量延伸到了只有几MW到几百MW，除具有传统HVDC的优点外，还可直接向小型孤立的远距离负荷供电，更经济地向市中心送电，方便地连接分散电源，运行控制方式灵活多变，减少输电线路的电压降落和电压闪变，从而进一步提高电能质量，因而具有很好的应用前景。
3变电站传统站用电源存在的问题
3.1站用电源自动化程度不高
由不同供应商提供的各子系统通信规约一般不兼容，难以实现网络化管理，自动化程度低，缺乏统一的系统管理平台，制约了管理水平的提升。
3.2经济性较差
由不同供应商分别设计各子系统，站用电源资源不能综合考虑，造成配置重复，使一次投资显著增加。
3.3安装、服务协调较难
各个供应商由于利益的差异使安装、服务协调困难，站用电源一旦出现故障需要向多个厂家。
3.4运行维护不方便
站用电源分配不同专业人员进行管理，人力资源不能总体调配，通信电源、UPS等也没有纳入变电站的巡检范围，可靠性得不到保障。
4柔性直流输电在城市电网中应用与监测系统关键技术实现
4.1蓄电池内阻测量方法
1）密度法
密度法主要通过测量蓄电池电解液的密度来估算蓄电池的内阻，常用于开口式铅酸电池的内阻测量，不适合密封铅酸蓄电池的内阻测量。该方法的适用范围窄。
2）开路电压法
开路电压法是通过测量蓄电池的端电压来估计蓄电池内阻，精度很差，甚至得出错误结论。因为即使一个容量已经变得很小的蓄电池，再浮充状态下其端电压仍可能表现得很正常。
3）直流放电法
根据物理公式R=U/I，测试设备让电池在短时间内强制通过一个很大的恒定直流电流（目前一般使用40A-80A的大电流），测量此时电池两端的电压，并按公式计算出当前的电池内阻。这种测量方法的精确度较高，控制得当的话，测量精度误差可以控制在0.1%以内。
3）交流压降内阻测量法
因为电池实际上等效于一个有源电阻，因此我们给电池施加一个固定频率和固定电流，然后对其电压进行采样，经过整流、滤波等一系列处理后通过运放电路计算出该电池的内阻值。交流压降内阻测量法的电池测量时间极短，一般在100ms左右，几乎是一按下测量开关就测完了。这种测量方法的优点在于可以测量几乎所有的电池，包括小容量电池。笔记本电池电芯的内阻测量一般都用这种办法，对电池本身不会有太大的损害；但是这种方法这测量精确度稍差。
4.2蓄电池在线电压均衡技术
1）浮充策略
均衡管理以模块为单位，采取分小电流分段均衡管理方法，此策略中是优先充电的，判断依据首先找出此模块中最高电池电压和最低的电池电压，然后计算出最高电压和最低电压与系统中单体电池平均电压之间的差值的绝对值，如果高出部分与低出部分相当的情况下是优先充电的，因为蓄电池组是以整组进行浮充，当电压较低的电池因充电而电压升高后，那么对于过充而电压高的电池自然就会下降。
2）均充策略
找出此模块中最高电池电压和最低的电池电压，然后计算出最高电压和最低电压与系统中单体电池平均电压之间的差值的绝对值，如果高出部分大于低出部分四分之一的情况下，就开始启动对电压高的电池进行平衡电阻分流均充电流，否则将对电压较低的电池进行充电，这与浮充策略大致是相同的，但是提高了平衡电路电流，并且大大提早了平衡控制电路工作的开始工作点，对于电池过充保护来说是非常必要的。
4.3蓄电池组远程充放电安全性技术设计
在实际应用中。柔性直流输电在城市电网中应用的仿真研究诊断与监测系统。要求全面通过严酷等级为IV的型式试验。所有控制采用闭环式序列化控制，即在远程操作中只有第一步满足所有安全条件时才能执行下一步动作，否则就会自动恢复到原始状态。主回路采用双稳态开关，确保系统电源断电、系统复位等情况主回路开关不动作，不会导致出现母线失电。放电回路采用单稳态开关（常开），出现电源断电/系统复位等情况则会立即断开放电主回路，停止放电。
4.4站端设备连接方式
按照系统设计思路，数据采集层所包括的采集模块如电池均衡采集器、开关量采集模块、电源模块、参数采集模块等，各采集模块采取下放式安装，同类模块之间通过通信线串联，最后只有一根通信线与站端监控连接。这样的优点是在于各采集模块能就近对采集节点的数据进行信息采集，避免了由于采集线长带来的采集精度误差。本方案中模块设计都比较精小，可以方便的安装。
结语
柔性直流输电在城市电网中的应用还远未到成熟应用阶段，尤其该系统应用于城市配电网络，造成其控制系统及其复杂，而它的完整性、稳定性、可靠性还没有得到实际验证。但是其应用前景相当广阔诱人，因此深入该课题的理论研究、仿真分析具有具有极高的应用价值。
参考文献：
[1]乔峻.变电站柔性直流输电在城市电网中应用的仿真研究系统的应用研究.科技资讯.2011
[2]朱远志.直流电源微机检测装置开发应用研究.重庆大学，2011
[3]徐政，陈海荣.电压源换流器型直流输电技术综述[J]1高电压技术.2011，33（1）.
论文作者:翟剑,顾琨,刘艳丽
论文发表刊物:《电力设备》2017年第8期
论文发表时间:2017/7/17
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