高压直流输电技术的应用

高压直流输电技术的应用

1 绪论

1.1 课题来源及研究的目的和意义

随着电力需求的不断增大和电力电子技术的发展，其固有的一些缺点也逐渐显现出来例如交流远距离的稳定性及安全问题等。而直流输电在某些领域具有交流输电不可比拟的优势，例如远距离输电大系统非同步互联等。因此直流输电作为输电系统的重要组成部分。已经在快速的发展之中。

输电技术是指采用全控制型功率半导体器件的电压源换流器的直流输电技术。上个世纪90年代以来采用VSC的新型直流输电技术得到了迅速发展，已有实际两端系统投入商业运行。

电网面临空前发展的局面.由于直流输电具有送电距离远、送电容量大、控制灵活等特点，因此在运、在建及规划建设中的直流输电工程已经和即将在西电东送、南北互供中承担主要送电任务，在未来全国联网中发挥重要作用。做好直流输电的研究、规划和建设是今后一段时间我国电网发展的重要任务。

1.2国内外技术现状及发展趋势

高压直流输电技术兴起自20世纪50年代，经过半个世纪的发展，已经成为成熟的输电技术。世界上已成功投运高压直流工程60多项，其中，50年代有2项、60

年代有5项、70年代有15项、80年代有30项、90年代有10项。迈入21世纪，我国先后投运了天生桥——广州（简称天广）直流输电工程和三峡——常州（简称三常）直流输电工程。

高压直流输电技术起步在20世纪50年代，而突破性的发展却在80年代。随着晶闸管技术的发展和现代电网发展的需要，80年代，全世界共建成了30项直流输电工程，直流输电在电网中发挥了重要作用。在这期间，建设了背靠背工程14项；建设了输送距离长达1 700 km的扎伊尔英加——沙巴工程；建成了电压等级为±600 kV 的巴西伊泰普水电站送出工程。直流输电的控制保护技术得到进一步的发展和完善。迈入90年代以后，随着电力电子技术、计算机技术和控制理论的迅速发展，使得高压直流输电技术日益完善，可靠性得到提高。

我国直流输电技术同样是在80年代得到发展，建成了我国自行研制的舟山直流输电工程（±100 kV，100 MW，55 km）和代表当时世界先进水平的葛洲坝——上海（简称葛上）±500 kV直流输电工程。90年代，开始建设天广直流输电工程和三常直流输电工程，天广直流工程于2000年12月单极投产，2001年6月双极投产；三常直流输电工程于2003年5月投入运行。2001年开工建设三峡——广东（简称三广）直流输电工程和贵州——广东（简称贵广）直流输电工程，三广直流工程于2004年6月正式投产；贵广直流工程于2004年9月双极投产。

自50 年代兴起后，已经历了40 多年的发展, 成为一项日趋成熟的技术。至1995 年, 世界上已n 成功投运的HVDC 工程已达62 项，预计至2002 年, 世界还将有约20 项HVDC 工程投入运行。

80 年代, 随着可控硅技术以及世界电网技术发展，HVDC 技术得到一个阶跃性的发展。其一, 由于联网的要求，背靠背工程有14 项，约占新建工程的一半; 其二, 建成了目前世界上最长的直流线路．1700KM 的扎伊尔英加—沙巴工程以及电压等级最高( 士600KV) 、输送容量最大(3150MW) 的巴西伊太普工程。

90 年代，世界第一个复杂的三端HVDC 工程( 魁北克—新英格兰工程) 完成，并建成了世界上最长的海缆(250km)HVDC 工程( 瑞典—德国的BALTIC 工程) 。

亚洲地区的HVDC 技术开始兴起。菲律宾、南韩、马束西亚、泰围、印度、日本和中国都相继开始HVDC 工程的建设和研究，已建和计划中的工程约有15 项。

随着电网技术和电力电子技术的发展，HVDC 技术将会继续深化其可控性强的特点，同时克服其对电网带来的一些不利因素( 如谐波) 及投流站造价较高的弱点，加强其在电网发展中的作用。

1.3主要研究内容、研究方法及思路

提高额定电压等级和额定输送容量。目前，高压输电工程的电压等级除伊泰普工程外，多为±500 kV，对于送电1 000 km左右，送电容量不超过300万kW的直流工程来说这个电压等级基本合适。但当送电容量超过300万kW，送电距离接近或超过1 500 km时，则有必要将电压等级提高到±600 kV或以上，输送容量提高到400万kW左右，以充分利用线路走廊资源，减少输电回路数，降低输电损耗。

(2）提高直流输电的可靠性和可用率。直流输电工程在投运初期往往可靠性偏低、

单极故障率偏高，甚至会出现双极故障，往往需要经过1~2年才能稳定到保证指标。像广东电网中有七八回直流输电馈入，即使按设计故障率指标计算，单极故障每年每极为5次，一年就将有70~80次单极故障，甚至更多，这将给电网带来太频繁的冲击，因此必须有力的提高直流输电的可靠性和可用率。

（3）要进一步优化控制，减少换相失败概率，提高换相失败后的恢复速度。优化控制方式和控制策略可提高直流系统的稳态和动态性能，更好地发挥直流的调制作用；能对与其连接的交流电网提供有效的阻尼和支援，提高联合系统的稳定水平。

（4）要减少直流系统对交流系统的影响，极大地减少交流谐波的注入；严格限制直流系统配制的无功在各种工况下对交流系统的不利影响。

（5）要认真研究交直流并联运行系统的问题。现在，南方电网是我国第一个交直流并联运行的电网，已经积累一些运行经验。随着直流输电项目的增多，在我国将会形成新的交直流并联运行系统，而且交直流并联运行系统的结构将会更加复杂。因此，我们必须认真研究这种电网结构的安全稳定运行方案，以提高交直流并联系统的运行水平。

（6）要认真研究同起点多回直流送出和同落点多回直流馈入的问题。同落点多回直流馈入的情况已在南方电网的广东电网中出现。同起点多回直流送出将在向家坝、溪落渡电站送出中出现。对这种直流输电送出和馈入的研究有很强的针对性，要在工程建设阶段将有关问题解决好，为今后电网的安全稳定运行打下基础。

2 直流电的基本构成和特点

2.1 直流输电的基本构成

高压直流输电系统主要由换流器（整流、逆变）、环流变压器、滤波器、控制与保护装置等组成。如图1所示。