淺議高壓直流輸電技術的發展

熊二虎

摘 要：簡要介紹了直流輸電的產生和發展歷史，以及我國高壓直流輸電的現狀，分析了高壓直流輸電的優缺點，為以后的電力傳輸工程建設提供參考。

關鍵詞：直流輸電；發展歷史；現狀；優缺點

1 直流輸電的發展

自1882年法國以其2KV的直流發電機56KM的傳輸里程開創了直流輸電的先河，直流輸電技術的應用和不斷進步就一直伴隨著人類歷史前行。可控汞弧換流器的研制并成功運行為直流輸電技術提供了發展契機，最具代表性的就是瑞典在1954年投入商業運行的世界上第一個直流輸電工程——哥特蘭直流輸電工程，其電纜線路全長96Km，輸電容量為20MW，送電電壓為±100KV，換流閥為汞弧閥，于1970年更換為可控硅整流閥，并將送電電壓升至±150KV。隨著可控硅技術的成熟發展，1972年，基于可控硅閥的新一代高壓直流輸電系統在加拿大伊爾河流域的背靠背直流工程中正式運行使用，該工程的建成投產，標志著直流工程的整流技術出現了新的飛躍，告別了汞弧換流閥， 步入了大規模采用可控硅整流閥的新里程。自此，直流輸電工程項目在全世界范圍內蓬勃發展，投產總容量逐年快速遞增。

我國的高壓直流輸電起步相對較晚，直到1987年，我國首個自主建成的工業實驗性直流輸電工程在舟山正式運行，全部的設備均由國內制造。隨后陸續建成的葛南工程、天廣工程、三常工程、三廣工程、三滬工程、貴廣Ⅱ回工程等，使得我國的直流輸電技術逐步趕上世界先進水平，如今，我國已擁有世界上最先進的直流輸電技術，截止到2008年已投運了10余項工程，并且各區域的高壓直流輸電工程也在不斷上馬，標志著高壓直流輸電將會成為我國電網的重要組成部分，在未來具有廣闊的發展前景。

除此之外，為了適應我國國民經濟和電力需求的快速增長，國家電網公司于2004年底明確提出了加快建設以百萬伏級交流和±800kV級直流系統特高壓電網為核心的堅強國家電網的戰略目標。最具代表性的是我國自主研發、設計和建設的世界上首條電壓等級最高、輸電距離最遠、輸送容量最大、技術最先進的具有自主知識產權的“向家壩—上海±800kV高壓直流輸電示范工程”，于2011年7月8日正式投入運行。這一工程是迄今為止，世界上電壓等級最高、輸送容量最大、送電距離最遠、技術最先進的特高壓直流輸電工程。而正在建設當中的預計2013年年底雙極低端投運的哈密南——鄭州直流輸電工程，以其2210KM的線路長度、±800KV的送電電壓將是另一個記錄創造者。

2 高壓直流輸電的優勢

之所以高壓直流輸電能夠在全球范圍內蓬勃發展，除了歸功于整流技術的不斷進步以及大功率整流器件的出現之外，更重要的是高壓直流輸電有著交流輸電不可比擬的優勢。

⑴低耗材。傳統的三相交流線路需要三根導線，并且線路走廊寬，而直流輸電線路只需正、負兩極導線，其桿塔的結構簡單，線路走廊窄，此外，一條同電壓的直流輸電線路輸送容量約為交流輸電線路的2倍，直流輸電的線路走廊，其傳輸效率約為交流線路的2倍甚至更多一點。

⑵遠距離、大容量。直流輸電并不存在交流輸電的功角穩定問題，因此不會由于靜態穩定或暫態穩定性能變差而降低輸送容量。這是直流輸電傳輸功率的重要特點，也是它的一大優勢。直流輸電的輸送容量由換流閥電流允許值決定，輸送容量和距離不受兩端的交流系統同步運行的限制，有利于遠距離大容量輸電。

⑶易互聯。對于交流輸電系統，并網中的各個系統必須同步運行，否則可能在設備中形成強大的循環電流而損壞設備，或者停電事故。而直流輸電兩端的交流系統不需要同步運行，可實現不同額定頻率或相同額定頻率交流系統之間的非同期聯絡，提高兩側交流系統互為備用以及事故緊急支援的能力，從而提高交流系統的穩定性和供電的經濟性。

⑷調節快速、準確。直流輸電采用的換流器是基于電力電子器件構成的電能控制電路，通過晶閘管閥等電力電子器件換流器能夠迅速、方便的調節直流線路的電流、電壓和功率，從而可以方便、快速、靈活、準確地實現有功潮流的增減和雙向傳送，向交流系統提供功率、頻率及電壓支持。當交流系統發生故障或受到擾動時，利用直流輸電的調節作用，能有效地提高交流系統的穩定性。

3 高壓直流輸電的缺點

雖然直流輸電解決了很多交流輸電存在的難題，但是直流輸電本身所固有的缺點也限制了直流輸電的應用范圍。

⑴換流器在運行時會產生交流諧波和直流諧波，若處理不當將其引入交流系統會給交流電網帶來很多問題。為了降低諧波的影響需在交流側和直流側加裝濾波器組，這樣無形中就增加了換流站的占地面積和運行成本。

⑵晶閘管式換流器在直流電傳輸過程中會吸收大量的無功功率，高達有功功率的60%，這就需要加裝無功功率補償裝置來進行控制，從而增加了換流站的成本和控制的復雜性。

4 結論

縱觀直流輸電的發展歷史，雖然在不同的歷史階段會存在很多技術性難題，但是隨著電力電子技術、計算機技術的不斷發展，直流輸電技術會越來越完善和成熟，在電網中的優勢地位將會越來越無法取代。在交流輸電局限性的驅使下，技術問題只是時間問題，并不能改變直流輸電的發展趨勢以及廣闊的發展前景。