高壓直流輸電技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展前景

王崢

摘要：隨國內(nèi)外高壓直流輸電技術(shù)的不斷發(fā)展，直流輸電設(shè)備的制造水平也不斷提高，為持續(xù)推動我國輸電工程建設(shè)發(fā)展，本文對主要高壓直流的最新技術(shù)應(yīng)用及發(fā)展前景進行了總結(jié)，通過對高壓直流運行方式的總結(jié)，指出未來技術(shù)的發(fā)展前景，結(jié)合當(dāng)下輸電工程建設(shè)中的應(yīng)用，對直流輸電技術(shù)中的尖端技術(shù)進行解析，重點分析了各類高壓直流輸電技術(shù)在工程建設(shè)中應(yīng)用的利弊。

關(guān)鍵詞：高壓直流輸電技術(shù);遠距離輸電;西電東送;大電網(wǎng)互聯(lián)

眾所周知，我國幅員遼闊，能源分配不均，負荷發(fā)展不均衡，水資源集中在西南省份，煤炭資源集中在中部、西北省份，負荷集中在東部沿海地區(qū)，因此必須另一方 面，電網(wǎng)互聯(lián)是電力工業(yè)發(fā)展的必然趨勢。近年來我國多項大中型輸電工程已成功使用此項輸電技術(shù)取得了顯著的成果，高壓輸電技術(shù)在實現(xiàn)電力市場經(jīng)濟中也有著多項交流電所不能替代的優(yōu)勢，在實現(xiàn)大電網(wǎng)互聯(lián)中有著至關(guān)重要的作用。

1 直流輸電系統(tǒng)簡介

在直流輸電系統(tǒng)中，只有輸電線路是直流供電的，發(fā)電和供電系統(tǒng)仍然是交流供電。輸電線路開始時，發(fā)電系統(tǒng)的交流電流由輸電變壓器供電，送至整流裝置。整流器的主要部件是用于交流/直流轉(zhuǎn)換的晶閘管變換器和整流閥。其功能是將高壓交流電流轉(zhuǎn)換為高壓直流電流，并傳輸?shù)捷旊娋€路。直接電能通過輸電線路傳輸給變頻器。轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)與整流器的結(jié)構(gòu)相同，但效果相反。它們通過高壓交流電流變換高壓直電流。然后，通過轉(zhuǎn)換變壓器將電力從交流系統(tǒng)傳輸?shù)浇涣飨到y(tǒng)，從而降低電壓。在直流輸電系統(tǒng)中，通信系統(tǒng)的電能也可以通過改變變換器的控制狀態(tài)發(fā)送到直流系統(tǒng)，即變流器和變換器可以相互轉(zhuǎn)換。

2 高壓直流輸電特點概述

架空線路一般三條導(dǎo)線用于通信，兩條導(dǎo)線用于直流。將陸地或海水用作回路時，只需要一條導(dǎo)線，從而大大節(jié)省了建造成本。對于電纜而言，直流母線的 許用工作電壓大約是交流電流的三倍，因為絕緣電路的電阻比交流電流高得多，如油紙電纜，而直流電纜的投資要小得多。每年的電力損失很小。只使用兩條直流架空輸電線路，導(dǎo)體電阻損失小于交流電流傳輸;無靈敏度或耐受性的被動損耗;在沒有皮膚效應(yīng)的情況下，駕駛員的橫截面得到充分利用。此外，DC航空公司的空間負荷效應(yīng)使其暈損和無線電干擾低于通信線路。系統(tǒng)十分穩(wěn)定，能夠?qū)崿F(xiàn)電網(wǎng)異步連接，交流電源系統(tǒng)中的所有同步發(fā)電機保持同步運行速率，實現(xiàn)電網(wǎng)異步連接，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。限制短路電流。當(dāng)兩個交流電 源系統(tǒng)通過電力線連接時，短路能力會增加，這可能需要更換斷路器或添加限電裝置。但是，當(dāng)兩個通信系統(tǒng)通過直流輸電線路連接時，直流系統(tǒng)的恒流控制會迅速限制短路電流，并且不會因互連而增加短路容量。直流輸電能通過晶閘管變換器快速調(diào) 節(jié)有功功率，實現(xiàn)潮流逆轉(zhuǎn)，保證正常時輸出穩(wěn)定，發(fā)生事故時能實現(xiàn)對故障系統(tǒng)的緊急音頻支持，以及振蕩阻尼和同步二次振蕩抑制。當(dāng)交流和直流同時運行時，如果交流短路，則可暫時增加直流傳輸功率，以降低發(fā)電機轉(zhuǎn)子的加速度，提高系統(tǒng)的可靠性。直流線路沿線電壓分布穩(wěn)定，在既無空負荷又無輕負荷的情況下，無需補償并聯(lián)電阻。

3 發(fā)展前景

3.1 遠距離傳輸中的應(yīng)用

電子技術(shù)的不斷發(fā)展，為各個行業(yè)都帶來的新的機會，高壓輸電也不例外。隨著換流器的價格不斷降低，高壓直流輸電工程的成本也不斷降低，加上其獨有的穩(wěn)定、可控等性能優(yōu)勢，就成為了遠距離輸電的首要選擇。目前，高壓直流遠距離輸電技術(shù)已在世界各地廣泛應(yīng)用，隨其成本不斷的降低，其優(yōu)勢進一步擴大，在全世界電力運輸?shù)谋戎匾矊⒂釉龃蟆?/p>

3.2 大電網(wǎng)互聯(lián)中的應(yīng)用

高壓直流輸電在海底遠距離傳輸中的具有無可替代的位置，獨有的大電網(wǎng)互聯(lián)可以有效地提高供電的可靠性、節(jié)約投資、提高運行效益。鑒于高壓直流輸電技術(shù)在遠距離供電中的顯著優(yōu)勢，世界各國勢必會不斷增加高壓直流輸電工程，減少電網(wǎng)間的相互影響作用、短路容量，保持電網(wǎng)穩(wěn)定性。

3.3 應(yīng)用范圍擴大

城市化進程的不斷加劇，城市中心供電越來越集中化、狹窄化，供電壓力不斷增大，地下電纜輸電就成了城市中心供電日后發(fā)展的主要方向，城市人口的不斷聚集導(dǎo)致城市供電電容日益增大，供電網(wǎng)的短路容量也勢必會增大，電網(wǎng)的故障率也會大大增加，采用直流輸電可以有效地避免電容電流的產(chǎn)生，因其良好的功率控制性能，大大避免了短路容量的產(chǎn)生，保障了城市電網(wǎng)的安全性。直流大電網(wǎng)供電，可以發(fā)揮其集中供電，保障發(fā)電時的環(huán)保、優(yōu)質(zhì)、高效、廉價等電力特點。而小規(guī)模交流電發(fā)電廠，一般都是采用火力發(fā)電來進行的，成本高、能量消耗大、污染重，經(jīng)濟效益差。與此相比，大電網(wǎng)高壓直流輸電的無論從經(jīng)濟效益還是環(huán)境保護層面都更具有優(yōu)勢，并可為日益顯著的城市化貢獻自己的力量。

3.4 市場化運作優(yōu)勢

順應(yīng)經(jīng)濟市場變化，送要求電力輸送安全、可靠、經(jīng)濟，而要做到電力的可靠性，就必須要保證能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)潮流的控制，電力在電網(wǎng)中自由傳輸。要實現(xiàn)能夠靈活地控制電網(wǎng)電流傳輸，高壓直流電與交流電相比有著獨特的優(yōu)勢，高壓直流電可以不受交流電網(wǎng)兩端的影響，可以嚴格按照電力輸送計劃實時監(jiān)控，可以有效地避免環(huán)流、潮流繞行等現(xiàn)象，提高電力市場的管理效率。我國國土面積，幅員遼闊，資源優(yōu)化配置中重要的一環(huán)就是西電東送。能夠?qū)崿F(xiàn)西電東送，高壓直流在遠距離輸電中發(fā)揮了不可替代的作用。隨著全國大電網(wǎng)互聯(lián)工程的不斷推進，電力市場的進一步開放，高壓直流輸電在電力市場化的舞臺上將擔(dān)當(dāng)越來越重要的角色，隨輸變新材料的出現(xiàn)，直流輸電設(shè)備成本的降低，高壓直流的輸電優(yōu)勢愈加明顯，更加確定了其在世界輸電市場中的競爭力。

結(jié)束語：

綜上，由于其遠距離輸電和互連的獨特優(yōu)勢，連續(xù)高壓輸電在東西輸電、南北互連和國家電網(wǎng)互連項目中發(fā)揮著重要作用。隨著電氣和電子部件的進一步發(fā)展、信息技術(shù)的改進，預(yù)計高壓直流運輸?shù)膽?yīng)用前景將會更廣闊。

參考文獻

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