淺談高壓直流電技術現(xiàn)狀及發(fā)展前景

何鎮(zhèn)宇

（國網(wǎng)新疆電力公司烏魯木齊供電公司 830054）

淺談高壓直流電技術現(xiàn)狀及發(fā)展前景

何鎮(zhèn)宇

（國網(wǎng)新疆電力公司烏魯木齊供電公司 830054）

目前，隨著我國東南部經(jīng)濟的快速發(fā)展，傳統(tǒng)的能源資源已經(jīng)逐漸走向枯竭，能源資源和電力負荷之間存在的一個日益嚴重的問題就是二者在更大范圍之內的逆向分布越來越突出，煤炭的運輸成本越來越高，同時運輸?shù)哪芰﹄y以滿足煤炭的實際需求，經(jīng)濟發(fā)達的人口較為密集的區(qū)域大氣污染的問題也是日益嚴重，這就需要高壓電網(wǎng)的建設來進行能源的傳輸。為了滿足國內直流電輸電工程的建設的需要，緊跟直流輸電設備制造水平的前沿技術，本文主要對高壓直流電技術的現(xiàn)狀和發(fā)展前景進行分析，為供電和輸電方案的設計提供一定的參考。

高壓直流；技術；現(xiàn)狀；發(fā)展前景

引言

隨著我國電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展，采用高壓直流輸電的必要性也是日益突出。高壓直流輸電和交流輸電相比較而言，前者在一定的條件下還是有很明顯的優(yōu)勢的，所以也促使著高壓直流輸電逐漸成為了電力系統(tǒng)中一項較為前沿的輸電技術。高壓直流輸電由于其具備了交流輸電所不能比擬的優(yōu)點和特殊性，隨著我國換流元件的質量和功率的不斷提高、價格的不斷降低、以及直流輸電運行管理水平的不斷提高，所以高壓直流輸電的應用才越來越廣泛，其重要的作用也是更加的凸顯出來。

1 高壓直流電技術的現(xiàn)狀

我國一次能源與負荷需求逆向分布的情況，從客觀上來說，需要在大范圍內優(yōu)化配置能源。為實現(xiàn)能源的經(jīng)濟合理調配，國家電網(wǎng)公司正全力建設全國范圍內的特高壓堅強智能電網(wǎng)。高壓直流輸電在技術上有非常顯著的優(yōu)勢，因此使其成為了遠距離跨區(qū)域電能輸送的主要構成方式，自從三峽地區(qū)的電力送出和西電東送等一系列的工程之后，復奉特高壓直流等工程也是相繼的投入運行，之后還有將近二十多項特高壓直流輸電的工程逐漸進入到設計規(guī)劃的階段之中。

自1954年瑞典哥特蘭島直流輸電工程投運以來，世界各國已有上百個現(xiàn)代工業(yè)化直流輸電工程建成投運，直流電壓、電流和輸電容量遍布各個等級。隨著材料科學、微電子技術、制造工藝水平等的不斷發(fā)展，換流站一、二次設備有了長足進步。在直流輸電技術大規(guī)模應用于電力系統(tǒng)背景下，有必要掌握設備發(fā)展現(xiàn)狀、總結設備發(fā)展趨勢、歸納設備運維經(jīng)驗，反哺設備設計制造，以確保直流輸電技術的不斷更新進步。

1.1 高壓直流輸電產(chǎn)業(yè)市場規(guī)模

目前世界范圍內已經(jīng)規(guī)劃的特高壓直流輸電工程約有50個，總容量達320GW以上，市場規(guī)模超過數(shù)千億元。

到2015年，世界范圍內柔性直流輸電工程的市場規(guī)模預計在1000億元以上。隨著新能源的快速發(fā)展和環(huán)境保護要求的提高，我國對柔性直流輸電技術也呈現(xiàn)出強勁的市場需求。

1.2 高壓直流電的優(yōu)缺點

1.2.1 優(yōu)點

輸送相同的功率的時候，線路的造價比較低，交流需要三根導線，但是直流僅僅需要一根導線，這樣就能夠節(jié)省大量的有色金屬，并且線路走廊、鐵塔的高度和占地面積都比交流電有更大的優(yōu)勢；線路的功率相對較小，運行的費用就比較低；適合在水下或者是海底進行輸電；不用考慮系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題，交流輸電系統(tǒng)中，所有連接在系統(tǒng)的同步發(fā)電機都必須保持同步，線路越長，靜穩(wěn)定的極限就越小，然而直流輸電不受輸電距離的限制，與系統(tǒng)的頻率和系統(tǒng)的相位幾乎沒有關系，因此直流輸電能夠連接兩個不同頻率的交流系統(tǒng)；能夠有效的限制系統(tǒng)電流短路的問題；調節(jié)速度比較快、運行更加的可靠。

1.2.2 缺點

換流站的設備比較昂貴；換流裝置需要耗費大量的無功功率；換流裝置會有大量的諧波產(chǎn)生，要想做好濾波消諧的工作，就需要投入消諧裝置；換流裝置的過載能力相當?shù)汀?/p>

1.3 主要的技術差距

現(xiàn)有高壓/特高壓直流工程都是采取與國外廠家合作的方式，其換流閥和直流場等設備的核心技術幾乎都已經(jīng)被國外所壟斷，國內能夠開展的只有部分組裝的工作，國產(chǎn)化率始終沒有辦法得到提升。柔性直流輸電技術和高壓直流換流閥的試驗技術，仍然一直被國外廠家所壟斷與封鎖，沒有任何的技術轉讓。

1.4 需要實現(xiàn)的目標

目前，我國高壓直流電技術主要就是需要在特高壓直流輸電、柔性直流輸電成套裝置等核心技術和裝備方面實現(xiàn)突破，以全面實現(xiàn)高壓直流輸電裝備的國產(chǎn)化。

2 高壓直流電發(fā)展前景

2.1 國內高壓直流輸電產(chǎn)業(yè)市場的估算

未來二十年中，國家電網(wǎng)公司規(guī)劃建設的直流輸電工程多達40條以上，其中特高壓直流輸電工程超過15條。

目前，我國每條特高壓直流輸電工程的建設總投資在150億元以上。其中特高直流換流閥和換流變的價格均在15～20億，平波電抗器的價格在10億左右，控制保護系統(tǒng)價格在4億以上，交流場和直流場成套設備總造價也接近20億元。每條特高壓直流輸電換流站的設備投資（不包括線路和桿塔）大約在80億左右。在未來20年中，直流輸電設備將達到2000億元左右的市場規(guī)模。

2.2 高壓直流輸電產(chǎn)業(yè)發(fā)展

2.2.1 特高壓直流換流閥裝備

中國電科院以特高壓直流換流閥研制工作和試驗能力建設為切入點，以系統(tǒng)分析、基本理論研究為基礎，經(jīng)過十多年的自主研發(fā)和創(chuàng)新，極易多年的集中攻關，獲得了±800kV/4750A換流閥模塊及閥塔的樣機研制的成功，這是中國電科院在特高壓換流閥領域走向世界前列的重要標志。

2.2.2 其它高壓直流輸電核心裝備

目前，我國電力科學研究院正在逐漸進行高壓直流輸電系統(tǒng)的控制保護技術和直流斷路器、光電型電流互感器、直流分壓器和穿墻套管等關鍵設備的核心技術展開工作。

3 結語

直流輸電發(fā)展到今天，在一次和二次設備層面均有了長足進步，其發(fā)展方向是在保證系統(tǒng)運行可靠的情況下不斷提高運行電壓、增大輸送功率、降低系統(tǒng)損耗、發(fā)揮其快速可控性以提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。一次設備發(fā)展的關鍵是在制造和運輸限制條件下提高設備的絕緣耐壓水平，提高通流能力，研究合理的主電路拓撲，提高直流輸電系統(tǒng)動態(tài)性能。二次設備發(fā)展的技術趨勢是不斷提高設備可靠性，提高控制性能指標，提高協(xié)調控制能力。通過功能的合理集成、有序分布，方便人機交互，不斷提高直流輸電運行的集約化水平。

[1]付鵬，侯麗巖.談談高壓直流供電技術的發(fā)展及前景.中國科技博覽，2012.

[2]高壓直流輸電技術現(xiàn)狀及發(fā)展前景.電網(wǎng)技術，2012（04）.

[3]彭大銘.高壓直流供電技術及其應用前景分析.通信與信息技術，2010.

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