特高压直流输电的现状与展望王冰1

特高压直流输电的现状与展望王冰1

王冰1梅林2

（1国网北京市电力公司北京市100031；2国家电网公司运行分公司北京市100052）

摘要：特高压直流输电一般用在大容量长距离的直流电运输过程中，目前，在海底电缆、大型发电站等对这种技术的应用最广泛。在我国，特高压直流输电是指通过1000kV级交流电网和600kV级以上的直流电网所构成的电网系统。纵观当前，直流输电技术发展得越来越成熟，并在电力传输中占着举足轻重的地位，由于目前计算机技术应用在了特高压直流输电中，使得特高压直流输电在调控方面有着更大的发展。本文通过分析我国特高压直流输电的发展现状，对特高压直流输电在今后的发展进行了展望。

关键词：特高压；直流输电；电网；电力传输

1特高压电直流输电的现状

1.1发展速度快

在20世纪60年代，一些发达国家需要向部分地区进行远距离输电，由于输电过程中的距离遥远，且输送的电量极大，所以，设计人员就开始研究高压直流运输。起初，电流的传输距离最多可达1000km，最高直流电压为500000V，传输过程中的最大功率可以达到6.0×106kW；发展到如今，这种特高压直流电的传输最高电压可以达到800000kV，而且最近几年，特高压直流电的发展速度非常惊人。另外，由于我国这几年现代化科技的飞速发展，目前，在高压直流电的传输过程中，计算机在对高压电流检测过程中得到了应用，这使得高压直流电的系统方面得到了优化，进而使得高压直流电的技术发展更向前迈进了一步。此外，与以往的电线相比而言，电流传输过程中对光纤的使用使得电流在传输过程中的安全性得到了保障，进而很大程度上使得输电效率得到了提高。同时，随着高压直流电传输技术的发展，目前，有很多国家也开始把高压直流电传输技术应用于实际生活中。

1.2效率高

目前，我国在直流电传输方面一共有3种电流传输方式，即交流电传输、超高压输电以及特高压输电。在进行远距离直流电传输过程中，应用最多的一种方式是特高压直流电传输。这种电流传输方式无论在经济成本、能源耗损，还是在工程规模方面，都要优于其他的电流传输方式。

1.3我国特高压直流输电技术发展

我国最早从20世纪80年代开始采用超直流电输送工程，这种技术主要是用在葛洲坝直流电输送工程中，虽然我国在超直流电力输送方面起步比较晚，但经过近几年的快速发展，我国在超直流电力输送方面取得了相当辉煌的成绩。经过这几年的发展，我国在电力传输方面特高压直流电输电技术也逐步成熟，我国于2010年独立研发了当时全世界领先，且在输送电力方面独一无二的特高压直流输电工程，即向家坝特高压直流输电工程，今后的几年内，我国在各个地区也开始建设这种特高压直流输电工程。

2特高压直流输电所未来的发展

2.1优化过电压和绝缘技术

如今，特高压直流输电工程在发展过程中也存在明显的不足，比如换流站的投资成本比较高，一旦出现故障，将会造成非常严重的损失。且由于我国的大气压环境比较差，在对线路进行绝缘保护过程中带来了很大的困难。时间一长，线路上很容易积淀尘埃，对线路的绝缘效果也会造成影响。此外，线路的绝缘层的成本也比较高，所以，一旦出现问题，将会造成很大的经济损失。我国西北部在水电、风电方面占有非常丰富的资源优势，但这些地区常年存在沙尘暴、暴雪等恶劣气候，所以，每年对线路造成了很大的损害。因此，要想保障特高压直流输电的安全、稳定，则必须对过电压以及绝缘层给予高度重视；否则，就会对电力在往华东、华北等地的运输造成非常大的影响。

2.2处理电磁环境问题

在特高压直流输电运行过程中，由于线路会产生电磁环境，所以，电路下方经常会出现电场效应、无线电干扰以及噪声等现象。线路下方产生电场效应的原因主要是特高压直流电在运输的过程中，由于其自身的电压过高，所以，电线的周边会产生离子流场，进而使得电线周边存在场强，当人靠近时产生的电压场会对人体造成危害。而我们日常生活中所遇到的无线电干扰现象也主要是因为特高压直流电在电流传输过程中，线路会产生相应的无线电，进而对周围无线电通信设备造成干扰。比如，可能会出现突然之间出现手机无法通话、网络断开等。但在一般情况下，居民密集的地方不会受到无线电的影响；但对于居住比较分散的区域而言，就有可能会造成影响。为了降低无线电对居民区带来的干扰，一般的做法是增加导线半径。

3高压直流输电的特点

高压直流输电与交流输电相比，其优点是直流电具有无感抗、荣抗，且不存在同步问题，适用于大功率远距离传输电能。其主要有以下几个特点：1）较传统的交流输电而言，高压直流输电传输的距离更远。2）在长距离输电时，高压直流输电损失的电能更低，所需的输电廊道也更小。3）对不同额定频率或相同额定频率交流系统的非同步互联，在并入直流系统后，可增加并列运行交直流系统的稳定性。4）高压直流输电可控性好，从而使系统稳定性更高。5）高压直流输电可较好控制有功功率和无功功率。6）直流输电线路稳态运行时不产生电容电流，线路部分不需要无功补偿设备。7）柔性直流输电无需换相电源，可供各种负荷和电源的接入。

4特高压直流输电面临的问题

1）过电压及绝缘问题。目前，我国已投入运行的特高压直流工程电压由为±800kV，输送容量较大，约为±500kV输电容量的2倍，随着换流站和线路绝缘部分的投资比例逐渐增大，一旦线路发生绝缘故障，带来的系统扰动问题和损失将很严重，因此过电压保护以及绝缘配合问题将是特高压直流输电亟需解决的问题。另外，我国西部水电资源由于地处海拔较高，存在很严重的污秽、履冰等问题，系统要想稳定运行，需要高质量及合理优化的过电压保护和绝缘配合。2）电磁环境问题。高压直流输电线路运行时在导线周围空间附近会产生离子流场，导线下合成的场强对人体产生有害影响。线路或换流站设备产生的无线电会对无线电通信工程正常接收产生干扰，干扰产生的过高噪声会使附近居民产生烦躁不安的感觉。3）控制保护问题。控制保护问题是高压直流输电的核心问题。其关键技术有：软硬件平台控制技术、阀触发控制、直流保护设计、直流控制保护系统设计。直流输电系统故障很大程度是控制保护系统故障造成的。由于特高压直流输送电能过大，对直流保护系统的相关要求也更严格。因此需深入开展控制算法与鲁棒、智能控制等多种先进算法相结合的研究工作，避免多回直流落点相对集中时发生换相失败的现象，充分利用直流附加控制作用，灵活快速的提升系统稳定性。

结束语

中国特高压电网将由±800kV级直流系统和1000kV级交流输电系统组成。前者主要定位于部分大区、省网之间的互联以及远距离大容量输电。后者主要服务于近距离大容量输电及更高一级电压等级的网架建设；两者可以互为补充，相辅相成。从目前情况来看，在实现大区电网联网时，采用特高压直流输电方式更具优势。特高压直流线路除了要考虑特高压交流线路存在的电场、无线电干扰、磁场、线路可听噪声等对环境和人的影响外，还要进一步考虑换流站噪声、离子流效应等因素对外界的影响以及换流站接地极对交流系统造成的影响。

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