高壓直流輸電入地電流在交流電網分布的應用探討

劉　珅

（西安電力高等專科學校，陜西 西安 710032）

高壓直流輸電入地電流在交流電網分布的應用探討

劉珅

（西安電力高等專科學校，陜西 西安 710032）

調查研究顯示，現如今，我國在探知高壓直流輸電入地電流在交流電網中的分布類型及方式，大都是通過利用計算機仿真模擬來完成的。仿真模擬的過程就是，先借助事先得到的一些數據，整理電網的信息，然后再建立相應的數學模型，最后利用計算機軟件進行直流分布的仿真模擬。本文對交流電網和高壓直流輸電進行了簡要地介紹，分析了高壓直流輸電對交流電網的影響，并且以廣東電網為例，詳細闡述了如何利用計算機仿真技術，了解高壓直流輸電入地電流在交流電網中的分布。

高壓直流輸電；計算機仿真；交流電網

自第一座大型的交流電站成立后，交流電就逐步取代了直流電在人們生活中的應用。但是到了20世紀50年代，新型的直流輸電技術即高壓直流輸電開始出現并迅速發展起來，它具有很多高壓交流輸電技術沒有的優點，比如說，可以長距離輸電；不同的電網之間能夠互相連接等等。不過，在單極大地回線運行時，入地電流在電壓變化較大的電站之間運轉就會產生很大的感應電壓，在這種情況下，直流電壓就很有可能通過某種方式流入變壓器，最后進入電網并以一種特定的方式分布其中。這不僅會影響到變壓器的正常運行，還極有可能破壞附近的交流系統，無法保證電網的安全運行。所以，我們就高壓直流輸電中的入地電流在交流電網中的分布規律進行研究，具有非常大的必要性。

1.交流電網的現狀

在費郎蒂設計出了交流電站之后，交流電在人們的日常生活中得到了廣泛地應用，它之所以能夠在短時間內走進人們的生活，原因大致可以分為3點。其一是，交流發電機利用電磁感應的原理，將大自然賜予我們的水流能、風能等等可持續性發展的能源，轉化為生活所需的電能；其二，與直流變電站相比，交流變電站所需的費用會少很多，在造價上更為低廉；其三，交流電可以直接通過變壓器進行升壓和降壓，這給電力的配送帶來了極大的方便。

雖然交流電的獲取與配送有著很多的優點，但是，凡事都有利與弊，交流電也存在著很多的缺點，這個同樣也可以概括為3個主要方面。一方面，交流電在運輸過程中，會受到距離的限制。在進行交流輸電時，除了會有因為導線的電阻消耗一部分能源之外，還會有交流感抗的消耗，這就在很大程度上限制了交流電的傳輸距離；另一方面，交流電的年耗能非常巨大。交流電在使用過程中，除了阻抗會消耗一部分的功率，電抗的能耗問題也很嚴重，這就造成了很多能源的浪費；最后一點，交流電的兩端系統需要同時運行。交流電在傳輸的過程中，還會在兩端的傳輸系統產生電流的相位差，這時，如果不同時運行兩個系統，就可能造成設備的損耗，甚至造成大面積的停電現象。

2.高壓直流輸電

在交流電的使用進行到一個階段之后，人們逐漸發現了很多無法解決的問題，因此，又想到了用高壓直流輸電來代替交流電的使用。尤其是我國的土地面積非常大，含有豐富的能源，但是資源的分布極不均勻。比如說，有2/3的水資源分布在西南西北地區；60%的煤炭資源分布在人口稀疏的西部地區。那些耗電量巨大的東部、中部以及南部地區占有的資源非常短缺，所以說，我國對于直流輸電的研究工作極度重視。功夫不負有心人，在1980年左右，我國終于順利建成了第一座高壓直流輸電路線，這個線路跨度100km，最大輸電容量高達500MW，這是我國直流輸電史上最重要的工程之一。而到了1990年，第一條雙極直流輸電工程開始施工并很快投入使用，相比于之前的500MW，這條雙極直流輸電的輸電容量達到了1200MW，解決了長距離輸電的難題，使直流電與交流電搭配共同輸電成為可能。2005年，我國的第一個換流站開始投入使用，它的輸電量、輸電電流以及交流電壓都達到了從未有過的高度，從此實現了高壓直流輸電在交流電網中的應用。

3.高壓直流輸電在交流電網中的應用

高壓直流輸電可以不用考慮兩端的交流系統中的相位差問題，而且它只傳送有功功率，不會因為阻抗和電抗消耗傳送的資源。交流電網則可以很方便地運用由其他能源轉換過來的電能，在升壓與降壓上有高壓直流輸電沒有的優勢。所以將兩者結合起來，就可以在很大的程度上節約不可再生的能源。下面我們就針對高壓直流輸電在交流電網中的應用進行分析介紹。

3.1提高穩定性

如上所述，由于交流電網兩端的系統需要同步進行，所以穩定性能特別差，而高壓直流輸電因為不用考慮相位差的問題，具有很強的穩定性。根據優劣互補的原理，用直流輸電把兩個交流系統連接到一起，這樣不僅可以把有功功率和無功功率分隔開，保障功率的利用率，還能在其中的某一個電網短路的情況下，利用直流線路將其隔離開，做到不影響其他電網的正常工作，最終避免因此而導致大面積停電的現象發生。

3.2減少輸電功率的損耗

眾所周知，交流電網因為有電抗和阻抗的緣故，會消耗掉大量的輸送功率，而高壓直流輸電不考慮那些無功功率的影響。所以兩者結合之后，就可以減少甚至避免短路容量的增加，削弱對斷路器的影響，有利于長距離輸電的進行。

3.3提高可控性

交流電網中的傳送功率大小和方向都是不可控制的因素，與之相反，高壓直流輸電的傳送功率是特別容易控制的。這樣結合之后，就可以嚴格按照之前設定好的參數對電網進行控制，減少兩端交流系統對于功率傳送的限制作用，方便了兩個電網之間的電能輸送。

3.4減少費用開支

通常，電量輸送都是在比較大的工程中，而大型的工程肯定會有錯綜復雜的線路。在單純的交流電網的線路中，一般是用三相電來進行電量的輸送，會有很大的費用支出，相比于交流電網中的線路，高壓直流輸電就簡單經濟很多。因為單、雙直流輸電只需要幾根導線就可以完成，再加上線路的數量少、寬度低，所以在整個工程中都不會由于線路問題有很大的花銷。這樣在進行遠距離輸電時，線路越長，節約的費用就越多。

3.5故障發生的可能性減小

如果兩個交流系統用交流的線路進行連接，那么在其中的一個系統出現短路故障時，另一個系統就要發送短路的電路給它，這樣容易造成兩個系統的開關出現破壞。與之不同的是，高壓直流輸電可以通過可控硅的裝置，快速便捷的調整電路中的輸出功率，不會向已經出現短路現象的線路輸送短路電流，更不會影響電路開關的正常使用。

4.應用實例

上面已經針對高壓直流輸電與交流電網結合的優點進行了分析，不過很多工作人員都不清楚直流電在其中的分布情況，為了能夠對其有一個更好地了解，下面就以廣東電網為例，介紹一下高壓直流輸電入地電流在交流電網中的應用。廣東電網已經建成了5個高壓直流輸電系統，采用單極大地回線的方式傳送電能，而在廣東的475個變電站中，有40多個變電站采用抑制直流分布的措施減少高性能設備的使用。目前，位于廣東的各個電網站點都是利用計算機仿真軟件，來核實錄制的電網信息是否屬實。利用計算機仿真軟件還可以預測不同的直流工程的分布情況，結果發現，交流電網的規模越大，變電站的分布就會相對密集一些，而直流在所有的線路中所占的比例也就越大。不過利用仿真系統勘測的結果也會有一定的誤差，比如說，接地運行的110kW系統會影響220kW網絡的直流分布，不過500kW系統的直流分布情況不會發生大的改變。現如今，并沒有一套完全準確的方法可以對高壓直流輸電入地電流在交流電網中的分布情況進行評價，所以只能對變壓器的參數、110kW系統的運行方式以及中性點串聯設備進行嚴格地控制，避免由此而引起大的誤差。

結語

隨著人們生活水平的大幅度提升，人們對于電量的需求也越來越大，而如何將可再生的資源轉換成日常生活所需的電能，成了我國亟需解決的問題之一。調查研究發現，交流電網可以將風能、水流能轉化為電能，但是在電能的傳輸過程中會造成極大的浪費，而高壓直流輸電能夠把有用功和無用功分離開，增大電量傳送的利用率，所以將兩者結合起來，就可以解決交流電網中的很多缺點，實現國家對于遠距離輸電的要求，進而使得人口密集但資源不充沛的地區，用電難的問題得到緩解。

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