高压直流输电优缺点

浅谈特高压直流输电

将电能从大型火力、水力等发电厂输送到远方负荷中心地区时会遇到远距离输电问题。要实现远距离的大功率传输，需采用超高压或特高压输电技术。在特高压输电技术中有交流和直流两种方案，可根据技术经济条件和自身特点加以选择。特高压交流输电是目前国内外最基本的远距离输电方式，而特高压直流输电不存在同步稳定性问题，是大区域电网互联的理想方式。下面我将结合自己所学知识与查阅的资料对特高压直流输电进行概括的阐述。

直流输电是指将送端系统的正弦交流电在送端换流站升压整流后通过直流线路传输到受端换流站，受端换流站将直流逆变成正弦的工频交流电后降压和受端系统相连。而对于换流站，它的核心元件是换流器，，由1 个或数个换流单元串联而成，电路均采用三相换流桥，材料多采用可控硅阀。它的基本工作原理是，控制调节装置通过控制桥阀的触发时刻，可改变触发相位，进而调节直流电压瞬时值、电阻上的直流电流、直流输送功率。同时，相同的触发脉冲控制每个桥阀的所有可控硅元件。当三相电源为对称正弦波的情况下，线电压由负到正的过零点时，脉冲触发桥阀，同时阀两端电压变正，阀立即开通。6 个脉冲发生器分别完成对单桥换流器的6 个桥阀的触发，恰好交流正弦波电源经过1 个周期，线电压又达到下一个过零点进行第二个触发周期。一般，工程上为了获得脉波更小的直流输电电压，通常采用12脉的双桥换流器。

与交流输电相比，直流输电技术具有以下特点：输电功率大小、方向可以快速控制调节；直流输电系统的接入不会增加原有系统的短路容量；利用直流调制可以提高系统的稳定水平；直流的一个极发生故障，另一个极可以继续运行，且可以利用其过负荷能力减少单极故障下的树洞功率损失；另外直流架空线路走廊宽度约为相同电压等级交流输线路走廊宽度的一半。而对于特高压直流输电，它不但具有常规直流输电的特点，而且还能够很好的解决我国一些现存的问题：

1、我国一次能源分布很不均衡, 水利资源2/ 3分布在西南地区, 煤矿资源2/ 3 分布在陕西、山西及内蒙古西部。而电力需求又相对集中在经济发展较好较快的东部、中部和南部区域。能源产地和需求地区之间的距离为1 000~ 2 500 km。因此我国要大力发展西电东送, 实现南北互供, 全国联网。特高压直流输电在远距离输电方面较为经济, 而且控制保护灵活快速, 是实现南北互供的较好途径。

2、我国东部、中部、南部地区是我国经济发达地区, 用电需求大, 用电负荷有着较高的增长率。特高压直流输电能够实现大容量输电, 规划的特高压直流输电工程的送电容量高

达5 GW 和6. 4 GW, 相应的直流额定电流将达到3 125 A 和4 000 A, 能较好地满足西电东送的需要。

3、由于我国土地和环保的压力, 通过特高压直流实现大容量、远距离输电, 能够节省线路走廊, 缓解由于电力的发展带来的土地资源的紧张。

综上所述，特高压直流输电有着很多的优越性，目前已发展成一种重要的电能传输方式，随着大功率电力电子器件的不断改进和完善，直流输电系统的可靠性会越来越高，经济性也会越来越好。特高压直流输电符合电力工业发展规律和电网技术的发展方向，在我国有广阔的应用前景，目前我国已建成的高压直流输电工程有天广直流、三常直流、三广直流等，但这些工程在控制保护系统、换流器等设备上仍存在一些问题，具体有以下几方面：

1、过电压和绝缘问题

目前, 我国规划和正在建设的特高压直流工程电压由+ -500 kV 提高到+ -800 kV, 输送容量约为 + -500 kV 的2 倍, 换流站和线路绝缘部分的投资比例增大, 一旦出现绝缘故障带来的损失和系统扰动问题将很严重, 因此过电压保护以及绝缘配合将是特高压直流输电的最根本性问题。另外, 我国西部水电资源位于高海拔地区, 存在较严重的污秽、履冰等问题, 合理优化的过电压保护和绝缘配合将为系统安全稳定提供有利的保障。

2、电磁环境问题

电磁环境指的是输电线路的电磁环境, 包括线路下方电场效应、无线电干扰和可听噪声等几方面的内容, 是工程设计、建设以及运行中必须考虑的关键问题。直流线路在运行时, 导线周围空间产生离子场, 线下合成场强对人体产生影响。线路和换流站设备产生的无线电干扰会对无线电通信产生干扰, 产生的噪声会使附近的居民以及换流站的工作人员受到伤害。随着电压等级从+-500 kV 提高到+-800 kV, 电磁环境问题将更加突出。

3、控制保护问题

直流工程的核心就是控制保护。控制保护的关键技术有: 软硬件平台技术、直流控制保护系统设计、阀触发控制、直流保护。直流系统故障有很大一部分是控制保护系统故障造成的。由于特高压直流输送能量大, 对直流控制保护提出了更高的要求。因此对于直流控制保护的研究基于+-500 kV 相对成熟的运行经验, 深入开展控制算法与最优控制、鲁棒控制、智能控制等先进算法相结合的研究, 避免多回直流落点相对集中时发生换相失败, 充分利用直流附加控制, 快速灵活提高系统稳定性。另外由于特高压直流输电换流阀采用12 脉动串联, 相应的控制保护要深入研究。

目前，我国正在逐步从为世界上发电装机容量和发电量最大的国家，而我国广阔的领土

和复杂的输电环境也使特高压直流输电工程在未来发挥巨大的作用。相信随着更深入的科学研究，将为特高压直流输电提供更有力的技术支撑，保障特高压直流电网的建设。