特高压直流输电技术研究

特高压直流输电技术研究

发表时间：2017-07-04T11:23:41.107Z 来源：《电力设备》2017年第7期作者：杨帅

[导读] 摘要：文章首先介绍了特高压直流输电原理，接着分析了特高压直流输电技术的特点，特高压直流输电技术的优点、交直流特高压技术的应用，未来需要解决的难点等。通过分析能够看出，当前特高压直流输电技术在中国具有广阔的应用前景。

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摘要：文章首先介绍了特高压直流输电原理，接着分析了特高压直流输电技术的特点，特高压直流输电技术的优点、交直流特高压技术的应用，未来需要解决的难点等。通过分析能够看出，当前特高压直流输电技术在中国具有广阔的应用前景。

关键词：特高压；直流输电；应用

引言

随着国民经济的持续快速发展，我国电力工业呈现加速发展态势，近几年发展更加迅猛。按照在建规模和合理开工计划，全国装机容量 2010 年达到 9.5 亿千瓦，2020 年达到 14.7 亿千瓦；用电量 2010 年达到 4.5 万亿千瓦时，2020 年达到 7.4 万亿千瓦时。电力需求和电源建设空间巨大，电网面临持续增加输送能力的艰巨任务。同时我国资源分布不均匀，全国四分之三的可开发水资源在西南地区，三分之二的煤炭资源分布在西北地区，而经济发达的东部地区集中了三分之二的用电负荷。大容量、远距离输电成为我国电网发展的必然趋势。

同时，特高压输电具有明显的经济效益。特高压输电线路可减少铁塔用材三分之一，节约导线二分之一，节省包括变电所在内的电网造价约 10%-15%。特高压线路输电走廊仅为同等输送能力的 500k V 线路所需走廊的四分之一，这对人口稠密、土地宝贵或走廊困难的国家和地区带来重大的经济社会效益。

1特高压直流输电原理

高压直流输电的电压等级概念与交流输电不一样。对于交流输电来说，一般将 220k V 及以下的电压等级称为高压，330 ～ 750k V 的称为超高压 ,1000k V 及以上的称为特高压。直流输电把 ±500k V 和 ±660k V 称为超高压；±800k V 及以上电压等级称为特高压。

直流输电工程是以直流电的方式实现电能传输的工程。直流电必须经过换流（整流和逆变）实现直流电变交流电，然后与交流系统连接。

两端直流输电系统可分为单极系统（正极和负极）、双极系统（正、负两极）和背靠背直流系统（无直流输电系统）三种类型。

2特高压直流输电优点

我国目前发展的特高压输电技术包括特高压交流输电技术和特高压直流输电技术。一般特高压交流输电技术用于近距离的组网和电力输送，直流输电技术用来进行远距离、大规模的电力输送，两者在以后的电网发展中都扮演重要角色。本文对其中的特高压直流输电技术进行简要分析，其优点主要包括以下几个方面。

在直流输电的每极导线的绝缘水平和截面积与交流输电线路的每相导线相同的情况下，输电容量相同时直流输电所需的线路走廊只需交流输电所需线路走廊的2/3，在土地资源越来越紧张的今天，特高压直流输电线路可以节省线路走廊的优点显得更加突出。

在输送功率相同的情况下，直流输电的线路损耗只有交流输电的2/3，长久以往可以节约大量的能源；同时直流输电可以以大地为回路，只需要一根导线，而交流输电需要3根导线，在输电线路建设方面特高压直流输电电缆的投资要低很多。

交流输电网络互联时需要考虑两个电网之间的周期和相位，而直流输电不存在系统稳定性问题，相比交流输电网络，能简单有效地解决电网之间的联结问题。

长距离输电时，采用直流输电比交流输电更容易实现，如800kv的特高压直流输电距离最远可达2500km。

3特高压直流技术存在的不足

（1）直流输电换流站比交流变电所结构复杂、造价高、运行费用高，换流站造价比同等规模交流变电所要高出数倍。（2）为降低换流器运行时在交流侧和直流侧产生的一系列谐波，需在两侧需分别装设交流滤波器和直流滤波器，使得换电站的占地面积、造价和运行费用均大幅度提高。（3）直流断路器没有电流过零点可利用，灭弧问题难以解决。（4）由于直流电的静电吸附作用，使直流输电线路和换电站设备的污秽问题比交流输电严重，给外绝缘问题带来困难。

4特高压直流输电技术的应用分析

4.1拓扑结构

在近些年来，特高压直流输电的拓扑结构主要有多端直流和公用接地极两种，其中，多端直流是通过连接多个换流站来共同组成直流系统，在电压源换流器发展背景下，出现了混合型多端直流和极联式多端直流，前者是将合理分配同一极换流器组的位置，电源端与用户端都是分散分布。公用接地极是通过几个工程公用接地极的方式，来降低工程整体造价成本，提升接地极利用水平，提高工程经济效益、社会效益；但也存在接地电流容易过大、检修较为复杂等不足。

4.2换流技术

在特高压直流输电的换流技术方面，主要有电容换相直流输电技术和柔性直流输电技术两种，其中，电容换相直流输电技术是通过将换相电容器串接到直流换流器与换流变压器中，利用串联电容来对换流器无功消耗进行补偿，减少换流站的向设备，能够有效降低换相失

败的可能，提高系统抗干扰能力，确保系统的稳定。柔性直流输电是以VSC成熟为基础的，是一种通过脉冲宽度调制方法来对VSC进行控制，实现直流输电的技术，其优点是控制方式灵活，可以完成有功无功解耦控制。

4.3晶闸管技术

在特高压直流输电中，晶闸管是必不可少的部件，从电触发晶闸管开始，逐渐发展出了光触发晶闸管、碳化硅晶闸管，功率不断提升，对特高压直流输电的实现起着重要保障作用。在近些年来，碳化硅晶闸管应用越来越加广泛，具有较高耐压水平和击穿电场强度，可以显著降低运行损耗，是未来发展的重要趋势。

4.4光电式电流互感器

光电式电流互感器（CT）是为解决电磁式互感器弊端而出现的，在特高压直流输电中也占据着较为重要的地位，常见的包括有源型CT和以同光程原理为基础、以旋光效应为基础的CT。在特高压直流输电中，有源型CT使用的位置主要有直流极母线、滤波器组等，存在故障率高、维护困难等不足；以旋光效应为基础的CT测量精度容易受现场震动影响，实用性方面还存在差距；以同光程原理为基础的CT优点明显，包括抗震性、绝缘特性等，都较为良好，且没有饱和效应，已经有成功应用案例。

5我国特高压直流技术未来的发展方向及待解决的问题

我国特高压直流输电工程在最近十年得到快速发展，已经建成哈郑特高压直流工程、锦苏特高压直流工程、向上特高压直流工程等一批特高压直流项目，上山特高压直流项目等正在建设之中。中国已成为世界上投运直流输电工程最多、直流输电技术应用最全面的国家。

未来随着社会的发展，我国的特高压电网建设还会继续向着更高的电压等级发展，以达到距离更远、容量更大、损耗更小的目的。

换流变压器是直流系统最主要的设备，占设备价格的40%，所以发展更高电压等级的直流输电工程，必须要有可靠的换流变压器。换流变压器绝缘结构复杂，需要同时耐受交直流和急性反转电压；调压级数多，出线结构复杂；尺寸大重量大，运输不变。且考虑到国内大部分变压器的运输方式为公路+铁路运输，在运输界限下的的主绝缘距离如何确定、主绝缘结构如何布置以及阀侧出线的研发又是重中之重。

此外，我国大气污染的日益严重，工业生产排出的含盐废气，包括钠、钾、钙等，污秽环境下外绝缘子的配置是我国特高压技术的研究重点。

结语：

为了适应我国电力工业的快速发展，实现对电力资源的合理配置并满足东部经济发达地区的用电和环保要求，必须要加大对特高压输变电技术研究的投入并在实际运用中尽可能发挥其技术优点。但在研究过程中可能会遇到一些不可避免且尚未遇到过的问题，需要结合现实经验与实际情况对其做进一步的研究。

参考文献：

[1]赵功展.特高压直流输电工程关键技术应用分析[J].企业技术开发，2014，32:121-122.

[2]杨广羽，刘敏，冯广涛，王彦宾.特高压直流输电现场层模拟仿真技术应用[J].云南电力技术，2014，06:135-138.