一直以來(lái)，直流輸電的發(fā)展與換流技術(shù)（特別是高電壓、大功率換流設(shè)備）的發(fā)展有密切的關(guān)系。但是近年來(lái)，除了有電力電子技術(shù)的進(jìn)步推動(dòng)外，由于大量直流工程的投入運(yùn)行，直流輸電的控制、保護(hù)、故障、可靠性等多種問(wèn)題也越發(fā)顯得重要。因此多種新技術(shù)的綜合應(yīng)用使得直流輸電技術(shù)有了新進(jìn)展。
1.光直接觸發(fā)晶閘管晶閘管觸發(fā)技術(shù)是直流輸電的關(guān)鍵技術(shù)之一，采用光觸發(fā)晶閘管，可以省去用于再次進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換的觸發(fā)電路板。但需要將相應(yīng)的保護(hù)或測(cè)量電路集成在晶閘管上，因此技術(shù)復(fù)雜，工藝要求嚴(yán)格。13本1992年投運(yùn)的新直流擴(kuò)建工程、1993年投運(yùn)的北本線直流擴(kuò)建工程、1999年投入的東清水變頻站(±125kV，2400A，300MW)及2000年投運(yùn)的紀(jì)伊海峽直流電纜及架空線系統(tǒng)共5個(gè)工程全部采用光直接觸發(fā)晶閘管，標(biāo)志著直流輸電新時(shí)期的開(kāi)始。2.接地極引線故障測(cè)量裝置直流輸電的接地極引線的運(yùn)行電壓很低，換流站采用傳統(tǒng)的電流、電壓測(cè)量方法，難以檢測(cè)到靠近接地極的對(duì)地短路故障。為了檢測(cè)接地極引線故障，近年來(lái)開(kāi)發(fā)出脈沖回聲、阻抗等接地及引線測(cè)量裝置。其基本原理是，在換流站接地極的兩根引線之間加低壓高頻脈沖，通過(guò)接收這些脈沖的回波，計(jì)算接地引線的阻抗。當(dāng)引線任何地點(diǎn)發(fā)生對(duì)地短路時(shí)，其阻抗的變化將反映到測(cè)量裝置中，從而判定是否發(fā)生故障，并能判斷故障地點(diǎn)。3.實(shí)時(shí)多處理器控制保護(hù)系統(tǒng)隨著電子信息技術(shù)的高迷發(fā)展，處理器的計(jì)算速度越來(lái)越快，存儲(chǔ)空間越來(lái)越大，并行運(yùn)行的處理器越來(lái)越多。現(xiàn)在微處理器技術(shù)遍布直流系統(tǒng)各個(gè)設(shè)備的控制和保護(hù)，包括：極控(或閥控)、站控(交流場(chǎng)／直流場(chǎng))、直流系統(tǒng)保護(hù)、換流變壓器控制保護(hù)、交／直流濾波器控制保護(hù)、換流器冷卻系統(tǒng)控制保護(hù)、站用電系統(tǒng)控制保護(hù)等。4.全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)直流輸電系統(tǒng)中，為了便于事故分析處理，需要對(duì)分布在換流站內(nèi)的各個(gè)控制保護(hù)系統(tǒng)、兩端換流站設(shè)備的測(cè)量時(shí)間進(jìn)行同步，以便精確測(cè)量直流線路的故障地點(diǎn)。以往的直流輸電系統(tǒng)各種設(shè)備之間及兩站之間沒(méi)有統(tǒng)一的時(shí)間參考，暫態(tài)故障記錄與事件記錄不同步，不能示出直流線路故障的正確位置，給檢修和維護(hù)帶來(lái)極大不便。采用全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)，可使各種設(shè)備時(shí)間的誤差小于lms。直流線路故障定位可以精確到300m。5.輕型直流輸電輕型高壓直流輸電是ABB公司發(fā)展的一項(xiàng)全新的輸電技術(shù)，尤其適用于小型的發(fā)電和輸電應(yīng)用，它將高壓直流輸電的經(jīng)濟(jì)應(yīng)用功率范圍降低到幾十兆瓦.該系統(tǒng)由放在兩個(gè)或兩個(gè)以上的輸電終端上的終端換流站及它們之間的聯(lián)接組成。雖然傳統(tǒng)的直流架空線可以作為聯(lián)接,但如果我們應(yīng)用地下電纜來(lái)聯(lián)接兩個(gè)變電站,整個(gè)系統(tǒng)將能最多地獲益。在很多場(chǎng)合，評(píng)估下來(lái)的電纜成本低于架空線的成本，而且在一個(gè)輕型高壓直流輸電系統(tǒng)中，使用電纜所需的環(huán)境等方面的許可還更容易獲得。比起交流輸電和本地發(fā)電，輕型高壓直流輸電系統(tǒng)不僅具有成本優(yōu)勢(shì)，它對(duì)提高交流電網(wǎng)供電品質(zhì)也提供了新的可能.自1997年提出輕型高壓直流輸電，數(shù)個(gè)輸電線路已投入商業(yè)運(yùn)營(yíng)，其中最高容量已達(dá)330MW。更多的正在建設(shè)中。5.1輕型直流輸電與傳統(tǒng)直流輸電的區(qū)別(1)功率范圍傳統(tǒng)直流輸電的顯著特點(diǎn)就是傳輸功率范圍大，一般都在250MW以上。然而輕型直流，其功率可以與發(fā)電機(jī)組相配合，從幾十MW大到目前的約350MW左右，并以最高為±150kV的直流電壓傳輸。(2)模塊化輕型直流基于一種模塊的概念，使得換流站的大小有一系列的標(biāo)準(zhǔn)組成。大多數(shù)設(shè)備可在工廠里封裝成模塊。而傳統(tǒng)直流通常需要根據(jù)特定的應(yīng)用情況來(lái)定制換流設(shè)備。(3)直流電路輕型直流是雙極的，直流回路沒(méi)有與大地相聯(lián)，因此需要兩條導(dǎo)線（或線纜）。(4)換流站輕型直流在換流站中與傳統(tǒng)直流有很大不同。前者對(duì)應(yīng)晶閘管，后者一般對(duì)應(yīng)IGBT。傳統(tǒng)直流通過(guò)換流變壓器連接交流電網(wǎng)，而輕型直流是串聯(lián)電抗器加變壓器。在濾波和無(wú)功補(bǔ)償方面，傳統(tǒng)直流有無(wú)功有50左右在濾波器中，且要并聯(lián)電容。而輕型直流僅需要小型的濾波器。傳統(tǒng)直流以平波電抗器和直流濾波器來(lái)平伏電流，而輕型直流可采用直流電容器。此外，傳統(tǒng)直流需要有換流站站間控制與通訊功能，而輕型直流則可不需要。(5)對(duì)交流系統(tǒng)的依賴性輕型直流不需要依靠交流系統(tǒng)的能力來(lái)維持電壓和頻率穩(wěn)定。與傳統(tǒng)直流所不同，短路容量顯得并不重要。輕型直流可以向缺乏同步機(jī)的電網(wǎng)饋送負(fù)荷。(6)可以象SVC（靜止無(wú)功補(bǔ)償器）工作傳統(tǒng)的直流輸電終端點(diǎn)可以通過(guò)投切濾波器和并聯(lián)電容器組或改變觸發(fā)角來(lái)控制無(wú)功與電壓。但是這顯然需要額外的設(shè)備，從而增加投資。輕型直流可以快速改變相角和幅值，這樣使得同時(shí)獨(dú)立控制有功和無(wú)功成為可能。5.2輕型直流的典型實(shí)現(xiàn)：它通過(guò)VSC（電壓源變換器）來(lái)實(shí)現(xiàn)，通常采用兩電平6脈動(dòng)型，每個(gè)橋臂都由多個(gè)IGBT或GTO串聯(lián)而成。直流側(cè)電容器的作用是為逆變器提供電壓支撐、緩沖橋臂關(guān)斷時(shí)的沖擊電流、減小直流側(cè)諧波；換流電抗器是VSC與交流側(cè)能量交換的紐帶同也起到濾波的作用；交流濾波器作用是濾去交流側(cè)諧波。在輕型直流中，VSC通常采用正弦脈寬調(diào)制(SPWM)技術(shù)，SPWM的基本原理是：用給定的正弦波與三角載波比較，來(lái)決定每個(gè)橋臂的開(kāi)通關(guān)斷時(shí)刻。當(dāng)直流側(cè)電壓恒定時(shí)，SPWM的調(diào)制度(正弦給定信號(hào)與三角載波幅值之比，在0—1的范圍內(nèi))決定VSC輸出電壓的幅值；正弦給定信號(hào)的頻率與相位決定VSC輸出電壓的頻率與相位。VSC吸收有功功率和無(wú)功功率分別取決于VSC輸出電壓的相位和幅值，所以，通過(guò)控制SPWM給定正弦信號(hào)的相位就可以控制有功功率的大小及輸送方向，通過(guò)控制SPWM的調(diào)制度就可以控制無(wú)功功率的大小及性質(zhì)(容性或感性)，從而可以實(shí)現(xiàn)對(duì)有功功率、無(wú)功功率同時(shí)且相互獨(dú)立的調(diào)節(jié)。5.3輕型直流輸電技術(shù)特點(diǎn)(1)VSC電流能夠自關(guān)斷，可以工作在無(wú)源逆變方式，不需要外加的換相電壓。克服了傳統(tǒng)HVDC受端必須是有源網(wǎng)絡(luò)的根本缺陷，使利用HVDC為遠(yuǎn)距離的孤立負(fù)荷送電成為可能。(2)正常運(yùn)行時(shí)VSC可以同時(shí)且相互獨(dú)立控制有功功率、無(wú)功功率，控制更加靈活方便。(3)VSC不僅不需要交流側(cè)提供無(wú)功功率而且能夠起到STATCOM的作用，即動(dòng)態(tài)補(bǔ)償交流母線的無(wú)功功率，穩(wěn)定交流母線電壓。這意味著故障時(shí)，如VSC容量允許，那么HVDCLisht系統(tǒng)既可向故障系統(tǒng)提供有功功率的緊急支援又可提供無(wú)功功率緊急支援，從而提高系統(tǒng)功角電壓的穩(wěn)定性。(4)潮流反轉(zhuǎn)時(shí)直流電流方向反轉(zhuǎn)而直流電壓極性不變，與傳統(tǒng)HVDC恰好相反。這個(gè)特點(diǎn)有利于構(gòu)成既能方便地控制潮流又有較高可靠性的并聯(lián)多端直流系統(tǒng)。(5)由于VSC交流倒電流可以被控制，所以不會(huì)增加系統(tǒng)的短路功率。這意味著增加新的輕型直流輸電線路后，交流系統(tǒng)的保護(hù)整定基本不需改變。(6)VSC通常采用SPWM技術(shù)，開(kāi)關(guān)頻率相對(duì)較高，經(jīng)過(guò)低通濾波后就可得到所需交流電壓，可以不用變壓器，所需濾波裝置容量也大大減小.(7)但I(xiàn)GBT損耗大，不利于大型直流工程的采用。今后集成門(mén)極換相晶閘管（IGCT）和碳化硅等新型半導(dǎo)體器件的開(kāi)發(fā)，給直流輸電技術(shù)的發(fā)展
將創(chuàng)造更好的條件。同時(shí)，日本電力研究所正在研制以GTO為功率器件、9脈沖PWM控制的300MWVSC，并稱(chēng)之為高性能自換相交直流換流器，該項(xiàng)研究的目的是用于將來(lái)的直流輸電，目前，GTO的串聯(lián)均壓等技術(shù)難題已試驗(yàn)成功。輕型直流潛在的用途包括遠(yuǎn)距離無(wú)源網(wǎng)絡(luò)送電、發(fā)電廠的連接及用來(lái)構(gòu)成大城市內(nèi)多端直流輸電系統(tǒng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的交流配電網(wǎng)等。目前，由于器件容量及其串聯(lián)技術(shù)限制，輕型直流可達(dá)到的容量有限，還不能取代傳統(tǒng)HVDC用于大功率直流輸電。以GTO為功率器件的大容量VSC一旦研制成功將較大幅度提高輕型輸電容量。6.直流輸電系統(tǒng)可靠性技術(shù)在分析直流輸電系統(tǒng)設(shè)備可靠性指標(biāo)時(shí)，通常按以下幾種故障的原因分析，即交流設(shè)備及其輔助設(shè)備、換流閥及其冷卻系統(tǒng)、換流站控制保護(hù)和通信設(shè)備、直流一次設(shè)備、直流線路或電纜，以及其它原因，如人為的或不明的原因。
直流系統(tǒng)可靠性的分析方法通常包括對(duì)世界已投運(yùn)的直流工程進(jìn)行可靠性指標(biāo)的統(tǒng)計(jì)及原因分析；對(duì)影響可靠性的主要因素進(jìn)行敏感性分析；建立直流系統(tǒng)可靠性計(jì)算的數(shù)學(xué)模型，并對(duì)相關(guān)的計(jì)算條件和參數(shù)進(jìn)行收集和假設(shè)，然后按照有關(guān)的計(jì)算方法進(jìn)行計(jì)算分析；對(duì)可靠性的等效經(jīng)濟(jì)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)估；最后提出工程可靠性的指標(biāo)要求，主要是單極和雙極的年強(qiáng)迫停運(yùn)次數(shù)和系統(tǒng)的可用率，并按此提出相關(guān)的設(shè)計(jì)、制造、建設(shè)、運(yùn)行和檢修要求。直流可靠性的計(jì)算方法通常是建立描述系統(tǒng)可靠性的數(shù)學(xué)模型，根據(jù)狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)移關(guān)系列出狀態(tài)概率的狀態(tài)方程進(jìn)行有關(guān)計(jì)算，如馬爾可夫過(guò)程研究方法，這是一種數(shù)學(xué)解析方法。另一種是模擬法，它是對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)字仿真模擬，然后采用統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)方法進(jìn)行分析，如蒙特卡洛模擬法。在直流輸電系統(tǒng)中，根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，對(duì)直流系統(tǒng)可靠性分析中最敏感的故障因素是交流系統(tǒng)故障、換流變壓器故障、換流站控制保護(hù)系統(tǒng)和換流閥及其輔助設(shè)備，其中又以電纜、換流變壓器和換流閥的返修時(shí)間最長(zhǎng)，影響系統(tǒng)可用率為最嚴(yán)重。對(duì)各設(shè)備元件的可靠性分析中，主要考慮的因素為設(shè)備的故障率、備品備件的數(shù)量、設(shè)備的維修周期和故障后修理和運(yùn)輸?shù)臅r(shí)間，以及各子系統(tǒng)是否雙重化和自動(dòng)切換等。直流系統(tǒng)可靠性的經(jīng)濟(jì)評(píng)估主要涉及到：在強(qiáng)迫停運(yùn)期間，要有補(bǔ)償?shù)乃碗娙萘浚赡苄枰黾酉到y(tǒng)的備用容量以避免直流系統(tǒng)的停運(yùn)給用戶用電帶來(lái)過(guò)大的影響，這種臨時(shí)的容量往往價(jià)格較高。此外，就是故障的修復(fù)費(fèi)用。由于直流系統(tǒng)通常配有完全獨(dú)立的雙重化快速極控制保護(hù)系統(tǒng)、根據(jù)系統(tǒng)要求設(shè)計(jì)的雙極或單極過(guò)負(fù)荷能力，以及可降壓運(yùn)行的性能，這些特點(diǎn)或使直流輸電系統(tǒng)的雙極和單極停運(yùn)率大大減少；或使得當(dāng)一極停運(yùn)時(shí)不僅不影響另一極的運(yùn)行，另一極還可采用過(guò)負(fù)荷運(yùn)行方式；或者線路絕緣水平降低時(shí)還可降壓運(yùn)行；這些都將使故障時(shí)發(fā)生的輸送容量的變化減至最小，而系統(tǒng)的可靠性和可用率大大提高。