高压直流输电技术的应用现状及展望

高压直流输电技术的应用现状及展望

刘美丽者吴玲

刘美丽者吴玲

哈尔滨石油学院

摘要：大容量、远距离输电已经成为我国电网发展的趋势，而直流输电技术在大容量、远距离输电中占有及其重要的地位。开展高压直流输电的前沿技术研究，对我国电网的建设和安全稳定运行均具有重要的意义。国内外大量研究表明，当输电距离较长、输送容量较大时，从经济和环境等角度考虑，采用高压直流输电方案具有显著的优势。本文从高压输电的原理、主要优点、主要设备、技术优势、以及远景展望等几个方面加以介绍。

关键词：高压直流输电；换流站；整流；逆变

高压直流输电在大容量、远距离输电的场合，尤其在我国“西电东送”和全国联网中起着主导作用。应用高压直流输电系统，电能等级和方向均能得到快速精确的控制，这一特点可提高它所连接的交流电网的性能和效率，直流输电系统已经被普遍应用。

一、高压直流输电的原理

在一个高压直流输电系统中，电能从三相交流电网的一点导出，在换流站转换成直流，再通过架空线或电缆传送到接受点；直流在另一侧换流站转化成交流后，再进入接收方的交流电网。直流输电的额定功率通常大于100兆瓦，许多在1000-3000兆瓦之间。高压直流输电用于远距离或超远距离输电，因为它相对传统的交流输电更经济。

二、高压直流输电的主要优点

直流输电与交流输电相比具有以下优点：①当输送相同功率时，直流输电线路造价低，架空线路杆塔结构较简单，线路走廊窄，同绝缘水平的电缆可以运行于较高的电压；②直流输电的功率和能量损耗小；③对通信干扰小；④线路稳态运行时没有电容电流，没有电抗压降，沿线电压分布较平稳，线路本身无需无功补偿；⑤直流输电线联系的两端交流系统不需要同步运行，因此可用以实现不同频率或相同频率交流系统之间的非同步联系；⑥直流输电线本身不存在交流输电固有的稳定问题，输送距离和功率也不受电力系统同步运行稳定性的限制；⑦由直流输电线互相联系的交流系统各自的短路容量不会因互联而显著增大；⑧直流输电线的功率和电流的调节控制比较容易并且迅速，可以实现各种调节、控制。如果交、直流并列运行，有助于提高交流系统的稳定性和改善整个系统的运行特性。

三、高压直流输电的主要设备

高压直流输电设备主要包括换流器、换流变压器、平波电抗器、交流滤波器、直流避雷器及控制保护设备等。

换流器又称换流阀，是换流站的关键设备，其功能是实现整流和逆变。目前换流器多数采用可控硅整流管组成三相桥式整流电路作为基本单元，称为换流桥。换流系统一般由两个或多个换流桥组成，实现交流变直流直流变交流的功能。

换流器在整流和逆变过程中将要产生5、7、11、13、17、19等多次谐波。为了减少各次谐波进入交流系统，在换流站交流母线上要装设滤波器。它由电抗线圈、电容器和小电阻3种设备串联组成，通过参数配合可滤掉多次谐波。一般在换流站的交流侧母线装有5、7、11、13次谐波滤波器组。

直流输电一般采用双极线路，当换流器有一极退出运行时，直流系统可按单极两线运行，但输送功率要减少一半。

四、高压直流输电节能探索

自上世纪80年代以来，电力传输技术的发展步伐明显加快，提高传输能力的办法不断涌现，直流输电，对于提高现有传输系统的传输能力，挖掘现有设备潜力，具有十分重要的现实意义，实施起来可收到事半功倍的效果。

从经济方面看，直流输电有以下三个主要优点：

首先，线路造价低，节省电缆费用。直流输电只需两根导线，采用大地或海水作回路只用一根导线，能够节省大量线路投资，因此电缆费用省得多。

其次，运行电能损耗小，传输节能效果显著。直流输电导线根数少，电阻发热损耗小，没有感抗和容抗的无功损耗，且传输功率的增加使单位损耗降低，大大提高了电力传输中的节能效果。

最后，线路走廊窄，征地费省。以同级500千伏电压为例，直流线路走廊宽仅40米，对于数百千米或数千千米的输电线路来说，其节约的土地量是很可观的。

五、高压直流输电的技术优势

高压直流输电调节速度快，运行可靠。在正常情况下能保证稳定输出，在事故情况下可实现紧急支援，因为直流输电可通过可控硅换流器快速调整功率、实现潮流翻转。此外，直流输电线路无电容充电电流，电压分布平稳，负载大小不发生电压异常不需并联电抗。

直流输电最核心的技术集中于换流站设备，换流站能实现直流输电工程中直流和交流相互间能量的转换，除在交流场具有交流变电站相同的设备外，还有以下特有设备：换流阀、控制保护系统、换流变压器、交流滤波器和无功补偿设备、直流滤波器、平波电抗器以及直流场设备，而换流阀是换流站中的核心设备，其主要功能是进行交直流转换，从最初的汞弧阀发展到现在的电控和光控晶闸管阀。

晶闸管用于高压直流输电已有很长的历史。近10多年来，可关断的晶闸管、绝缘门极双极性三极管等大功率电子器件的开断能力不断提高，新的大功率电力电子器件的研究开发和应用，将进一步改善新一代的直流输电性能、大幅度简化设备、减少换流站的占地、降低造价。

六、高压直流输电的远景展望

发电厂发出的交流电通过换流阀变成直流电，然后通过直流输电线路送至受电端再变成交流电，注入受端交流电网。业内专家一致认为。高压直流输电具有线路输电能力强、损耗小、两侧交流系统不需同步运行、发生故障时对电网造成的损失小等优点，特别适合用于长距离点对点大功率输电。

其中，轻型直流输电系统采用可关断的晶闸管、绝缘门极双极性三极管等可关断的器件组成换流器，使中型的直流输电工程在较短输送距离也具有竞争力。

此外，可关断器件组成的换流器，还可用于向海上石油平台、海岛等孤立小系统供电，未来还可用于城市配电系统，接入燃料电池、光伏发电等分布式电源。轻型直流输电系统更有助于解决清洁能源上网稳定性问题。

参考文献：

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[3]彭毅晖.高压直流输电的现状及展望[J].大众用电，2007.

[4]程江.高压直流输电技术的特点及在我国的发展前景[J].江西电力职业技术学院学报，2005，18（2）：24-25