直流输电技术概述

直流输电技术概述
直流输电技术近年来发展迅速，应用范围广阔，技术影响深远，发展潜力较大。

为了更好地将直流输电输电技术应用到工程中去，本文首先对直流输电技术的发展、分类与应用进行了介绍，再定性的对直流输电方式与交流输电方式的优缺点及适用范围进行了比较，最后对于不同直流输电技术的经济性、可靠性、适应性及可行性等方面对其进行了定性分析。

标签：直流输电; 柔性直流; 经济性; 可靠性;
0 引言
电力技术是从直流电开始的，早期的直流输电是直接从直流电源送往直流负荷，无需进行换流。

随着三相交流发电机、感应电动机和变压器的迅速发展，在发电和用电领域，交流电取代了直流电系统。

但是直流在远距离电缆输电，不同频率电网间联网等领域仍有重要作用。

近年来，直流输电技术发展迅速，在国内外众多大型工程得到应用，有力推动了电网发展，技术进步，保证了地区清洁能源的开发与经济发展的能源供应[1，2]。

为了更好地应用直流输电技术，本文对直流输电的发展、分类及应用情况进行了简介，对直流输电与交流输电进行对比，并对常规直流与柔性直流技术进行了分析。

1 直流输电技术发展
直流输电技术的关键在于换流问题，根据换流技术的发展，直流输电可以分为三个时期。

即汞弧阀换流时期，晶闸管阀换流时期以及新型半导体换流设备时期。

1）汞弧阀换流时期
1901年发明汞弧整流管，但只能用于整流，不能逆变，1928年研制成功了具有栅极控制能力的汞弧阀，既可以整流又可以实现逆变，使直流输电成为现实。

但存在制造复杂，价格昂贵，故障率高，可靠性低，维护不便等缺点。

2）晶闸管阀换流时期
20世纪70年代后，大功率晶闸管问世，促进了直流输电技术的发展。

相较于汞弧阀换流器，其制造、运行维护和检修都比较简单而方便。

之后的直流工程都采用晶闸管换流阀。

3）新型半导体换流设备时期
20世纪90年代后IGBT得到广泛运用。

1997年3月，世界上第一個采用IGBT 组成的电压源换流器的直流输电工业性试验工程在瑞典中部投入运行。

2 直流输电技术的分类
根据直流系统与交流系统连接端口数量，直流输电系统可分为两端直流输电系统与多端直流输电系统，其中两端直流输电系统根据直流回路的构成可分为单极系统，双极系统和背靠背系统。

目前实际运行的直流输电工程根据换流技术可分为常规直流输电工程（采用晶闸管技术）与柔性直流输电工程（采用IGBT电压源换流器）。

国际上将以电压源换流器（voltage sourced converter，VSC）为核心部件、脉宽调制（pulse width modulation，PWM）控制为理论基础的新一代直流输电技术命名为“电压源换流器型高压直流输电（voltage source converter based high voltage direct current，VSC-HVDC）”。

我国于2006年经研究决定将基于VSC技术的直流输电技术命名为“柔性直流输电”[3]。

3 直流输电技术在国内的应用
我国发展直流输电技术时间较早，应用范围较广。

为了长江三峡水利资源的开发与电力外送，我国于1958年提出直流输电。

1963年在中国电力科学研究院建成1000V、5A的直流输电物理模拟装置。

20世纪70年代以后，在上海和西安建设了使用晶闸管及数字式控制保护系统的直流试验装置与试验工程。

自80年代我国建设第一个直流输电工程—舟山直流输电工程以来，虽然国内直流技术起步较晚，但发展迅速，现已建成两端直流及多端直流系统，采用了包括常规直流技术及柔性直流技术，无论从输送容量或者输电距离都已成为直流输电第一大国，直流工程建设技术为国际领先。

国内现有直流工程概况如下表。

4 直流输电与交流输电技术比较
常规直流输电、柔性直流输电及交流输电技术由于其技术特性，在对于电网的要求，经济性等方面具有不同的优势与缺点，具体可见下表。

其中特高压常规直流常应用于送受关系明确的远距离、大容量输电以及部分大区、省网之间的互联;柔性直流输电适宜海上风电并网、城市区域供电、交流系统互联、孤岛供电等场景。

特高压交流输电技术常应用于中、短距离大容量输电和更高一级电压等级的网架建设[4]。

5 结论
直流输电技术近年来被广泛应用于国内的大容量、长距离送电工程及新能源并网、海岛电网互联中，随着相关技术的发展、成熟，设备成本的下降，直流输电技术还将深入发展，其应用场景将得到进一步拓展。

本文首先介绍了直流输电技术发展历程与分类，总结了国内直流工程的应用，同时对于不同输电技术进行了简要的比较，明确了适宜的应用场景，这将有助于加深对直流输电技术的了解，并为其进一步发展有所助益。

参考文献：
[1] 刘振亚，张启平. 国家电网发展模式研究[J]. 中国电机工程学报，2013，33（7）：1-10.
[2] 饶宏，张东辉，赵晓斌，等. 特高压直流输电的实践和分析，2015，41（8）：2481-2488.
[3] 乐波，梅念，刘思源，等.柔性直流输电技术综述[J]. 中国电业，2014，5：43-47.。