特高壓直流輸電技術的特點及應用

【摘 要】特高壓直流輸電是目前世界上解決高電壓、大容量、遠距離送電和電網互聯的一個重要手段。文章介紹了特高壓直流輸電技術的特點、基本參數以及南方電網對特高壓輸電技術的研究及應用。

【關鍵詞】特高壓直流輸電;大容量輸電技術;遠距離送電

0.引言

隨著國名經濟的持續、高水平增長，電力需求日益旺盛，電力工業的發展速度加快。預計到2020年全國發電總裝機容量將達到1200GW。在這種情況下，需要輸電工程具有更高的輸電能力和輸電效率，實現安全可靠、經濟合理的大容量、遠距離送電。特高壓直流輸電就是滿足這種要求的重要技術之一。

1.特高壓直流輸電的重要性

特高壓電網建設的迫切性特高壓建設的必要性源于東部持續的電荒。我國的用電需求主要集中在中東部經濟發達地區，而能源富集地區則集中在西北部。用電需求和供給發展不平衡，亟需加強跨區域送電能力。

高壓直流輸電技術是一個適合中國國情的遠距離、大容量輸電技術。以南方五省區為例，云、貴兩省一次能源保有量占90%，但是廣東經濟總量占67%，全社會用電量是其他四省區總量的1.6倍。這種能源資源與消費市場‘逆向分布’，使西電東送成為優化區域資源配置的必然選擇。

十二五期間，國家電網與南方電網分別規劃了共約5300億元的特高壓直流及特高壓交流輸電。由于特高壓直流輸電主要采取點對點的形式，對電網運行的干擾較小，得到社會各界的支持。據統計，在十二五期間，國家電網和南方電網共計規劃了12 條±800kV特高壓直流輸電線路。

2.特高壓直流輸電技術的特點

（1）特高壓直流輸電系統中間沒有落點，可點對點、大功率、遠距離直接將電力送往負荷中心。在送受關系明確的情況下，采用特高壓直流輸電，實現交直流并聯輸電或非同步聯網，電網結構比較松散、清晰。

（2）特高壓直流輸電可以減少或避免大量過網潮流，按照送受兩端運行方式變化而改變潮流。特高壓直流輸電系統的潮流方向和大小均能方便地進行控制。

（3）特高壓直流輸電的電壓高、輸送容量大、線路走廊窄，適合大功率、遠距離輸電。

（4）在交直流并聯輸電的情況下，利用直流有功功率調制，可以有效抑制與其并列的交流線路的功率振蕩，包括區域性低頻振蕩，明顯提高交流的暫態、動態穩定性能。

（5）大功率直流輸電，當發生直流系統閉鎖時，兩端交流系統將承受大的功率沖擊。

3.特高壓直流輸電的經濟優勢

與±600kV級及600kV以下超高壓直流相比，特高壓直流輸電的主要技術和經濟優勢可歸納為以下六個方面：

（1）輸送容量大。采用4000安培晶閘管閥，±800kV直流特高壓輸電能力可達到640萬千瓦，是±500千伏、300萬千瓦高壓直流方式的2.1倍，是±600kV級、380萬千瓦高壓直流方式的1.7倍，能夠充分發揮規模輸電優勢。

（2）送電距離長。采用±800kV直流輸電技術使得超遠距離的送電成為可能，經濟輸電距離可以達到2500公里甚至更遠，為西南大水電基地開發提供了輸電保障。

（3）線路損耗低。在導線總截面、輸送容量均相同的情況下，±800kV直流線路的電阻損耗是±500kV直流線路的39%，是±600kV級直流線路的60%，提高輸電效率，節省運行費用。

（4）工程投資省。根據有關設計部門的計算，對于超長距離、超大容量輸電需求，±800kV直流輸電方案的單位輸送容量綜合造價約為±500kV直流輸電方案的72%，節省工程投資效益顯著。

（5）走廊利用率高。由于單回線路輸送容量大，顯著節省山谷、江河跨越點的有限資源。

（6）運行方式靈活。國家電網公司特高壓直流輸電擬采用400+400kV雙十二脈動換流器串聯的接線方案，運行方式靈活，系統可靠性大大提高。任何一個換流閥模塊發生故障，系統仍能夠保證75%額定功率的送出。

4.特高壓交直流輸電的優缺點對比

4.1經濟方面

（1）線路造價低。對于架空輸電線，交流用三根導線，而直流一般用兩根，采用大地或海水作回路時只要一根，能節省大量的線路建設費用。對于電纜，由于絕緣介質的直流強度遠高于交流強度，如通常的油浸紙電纜，直流的允許工作電壓約為交流的3倍，直流電纜的投資少得多。

（2）年電能損失小。直流架空輸電線只用兩根，導線電阻損耗比交流輸電小；沒有感抗和容抗的無功損耗；沒有集膚效應，導線的截面利用充分。另外，直流架空線路的“空間電荷效應”使其電暈損耗和無線電干擾都比交流線路小。

4.2技術方面

（1）不存在系統穩定問題，可實現電網的非同期互聯，而交流電力系統中所有的同步發電機都保持同步運行。因此，直流輸電的輸送容量和距離不受同步運行穩定性的限制.還可連接兩個不同頻率的系統，實現非同期聯網，提高系統的穩定性。

（2）限制短路電流。如用交流輸電線連接兩個交流系統，短路容量增大，甚至需要更換斷路器或增設限流裝置。然而用直流輸電線路連接兩個交流系統，直流系統的“定電流控制’，將快速把短路電流限制在額定功率附近，短路容量不因互聯而增大。

（3）調節快速，運行可靠。直流輸電通過可控硅換流器能快速調整有功功率，實現“潮流翻轉”（功率流動方向的改變），在正常時能保證穩定輸出，在事故情況下，可實現健全系統對故障系統的緊急支援，也能實現振蕩阻尼和次同步振蕩的抑制。在交直流線路并列運行時，如果交流線路發生短路，可短暫增大直流輸送功率以減少發電機轉子加速，提高系統的可靠性。

（4）沒有電容充電電流。直流線路穩態時無電容電流，沿線電壓分布平穩，無空、輕載時交流長線受端及中部發生電壓異常升高的現象，也不需要并聯電抗補償。

5.南方電網特高壓輸電技術的研究及應用

2007年10月，國家發改委正式批準以南方電網公司為依托單位、清華大學為合作共建單位，昆明特高壓試驗基地為基礎，組建我國特高壓工程技術國家工程實驗室。國家工程實驗室是國家技術創新體系的重要組成部分，特高壓工程技術(昆明、廣州)國家工程實驗室是全國首批組建的6個國家工程實驗室之一。該實驗室于2008年1月開工建設，占地295畝，一期工程以特高壓直流為主，總投資3.5億元。

2009年，5月南方電網特高壓工廠技術國家工程實驗室正式啟動，該實驗室的建設和運行填補了我國在高海拔、強紫外線實際環境下特高壓試驗研究的空白。它作為我國功能最齊全的交直流特高壓試驗基地，將在國際上發揮極大的影響力和帶動力。

2010年，世界上第一個±800kV直流輸電工程——云廣特高壓直流輸電工程雙極竣工投產，這是迄今世界電壓等級最高的直流輸電項目，500萬千瓦電力源源從云南楚雄換流站輸送到廣州增城穗東換流站，輸送到珠三角電力負荷中心。該工程的竣工投產，大大增強了云南水電輸送廣東的能力，按照工程設計指標，800kV特高壓線路，500萬千瓦的輸送能力，約相當于500kV超高壓直流輸電線路的2倍，大幅降低輸電損耗，大量節約土地。

云廣特高壓直流工程不少屬于目前世界上最前沿的技術。南方電網公司作較好地掌握了特高壓直流輸電的核心技術，形成了一套具有自主知識產權的、涵蓋研究、設計、安裝、施工、調試、驗收等各個方面的技術規范和工藝標準，共起草國家和行業標準25項，申請或獲授權專利106項，登記軟件著作權8項。工程綜合自主化率達到62.9%，標志著我國電力技術、裝備制造水平在世界輸變電領域占領了新的制高點。

6.結論

特高壓直流輸電是目前世界上解決高電壓、大容量、遠距離送電和電網互聯的一個重要手段。其具有輸送靈活。損耗小、能夠節約輸電走廊、實現快速控制等優點。特高壓輸電技術復核電力工業發展規律和電網技術的發展方向，在我國具有廣闊的應用前景。