高压直流输电与其关键技术的研究_史劲

2012年第4期 1

高压直流输电与其关键技术的研究

史 劲 陈 弘

（成都电业局，成都 610021）

摘要 高压直流输电（HVDC ）拥有增加送电距离、扩展输电电容量等优点，能够有效解决输电网中大容量、远距离和高电压输电问题，可以实现电网的互联，其应用前景相当广阔。本文先简要介绍了HVDC 的发展情况，然后总结了HVDC 主要的优缺点，之后分析了其技术特点以及使用的关键技术，并对HVDC 的应用前景作了简要介绍。本文能够在高压直流输电的建设中起到一定的借鉴和指导效果。

关键词：高压直流输电；关键技术；应用前景；综述

Review on High V oltage Direct Current Transmission and Its Key T echnology

Shi Jin Chen Hong

(Chengdu Electric Power Bureau, Chengdu 610021)

Abstract HVDC has advantages on long distance transmission, large power capacity sending. It is an important mean to solve the difficults in large-capacity, long-distance, high-voltage transmission grid interconnection and its application prospects is broad. This paper first briefly describes the development of HVDC, and then summarizes the main advantages and disadvantages of HVDC, then analysis its technical characteristics and the use of key technologies. At last, analysis and explore the application prospects of HVDC. It may be a good reference to ultra-high voltage direct current transmission project .

Key words ：HVDC ；key technology ；application prospects ；review

中国高速发展的经济环境，要求更多的电力的供给。与之同时，电力系统也逐渐增大规模，发展迅速。在2004年全国装机容量约440GW ，2005年达到500GW ，新增装机约50GW/年，预计2020年将达到1000GW 。

然而，我国资源分布不太均，且大多聚集在西

部地区。西电东送的战略将继续实施，且规模还在

扩大。2005年西电东送的电量约为24GW ，2010约

为60GW ，预计2030年将达到180GW 。对于这样的

远距离和大容量输电，若继续使用传统的较低电压

等级输电，势必很具有挑战。因此，高压直流输电

应运而生[1]。

高压直流输电技术，指采用较高直流电压进行

电力传输的技术，其电压的等级一般在±500 kV 及

以上。当前，HVDC 输电是确保远距离、高电压和

大容量电力供应的重要举措。我国电力部门长远规

划是，到2020年，国内将开展并完成多大十几个直

流输电项目[2]。

考虑到高压直流输电的重要性，本文将从高压直流发展进程、高压直流输电的特点及其关键的技术问题予以详细阐述，最后对其应用前景作相应总结。 1 高压直流输电的发展

在20世纪60年代，高压直流输电（HVDC ）技术已有一定发展。1966 年，瑞典Chalmers 大学就开始了±750kV 导线研究。在此之后，巴西、苏联等国对高压直流输电技术也进行了开发、研究。当时，全球最高电压等级的直流输电系统是巴西的伊泰普水电站的输电工程（±600kV ）。我国高压直流输电进展很快。从20世纪80年代开始，完成了舟山直流输电工程（±100kV ）和葛—上（葛洲坝至上海南汇）高压直流输电工程（±500kV ），现阶段已有数条直流输电线路，其具有的输电容量以及线路的总长都是全球第一[1]。 高压直流输电需要两个基础，一是直流装置的研

2012年第4期

2

发水准，二是输电技术的研究高度；这两点对确定高压直流输电能力至关重要。长期以来，我国为获得合适的高压直流输电的电压等级，开展了很多讨论、研究和关键问题攻关。而且针对我国能源分布不均、负荷需求量大且分散等特点，考虑到传统500kV 输电网缺少线路走廊及高网损的弊端，通过对高压交流输电（UHV AC ）以及特高压直流输电（UHVDC ）的分析论证，最后将高压直流输电的标准电压定为±800kV ，还部署了向—上（向家坝到上海）和云—广直流等项目作为高压直流输电的示范性项目[3]。

2 HVDC 的优缺点

高压直流输电的基本工作原理是，通过AC/DC 换流器，把交流电转换成直流电，之后经过直流输电线把电能输送到接收端，然后再通过DC/AC 换流器把直流电转变成交流电，最后接入交流电网。然而，当前采用较多的一种输电形式是高压交流输电。相对交流输电来说，高压直流输电具有很多独特的优势，如其输电方式灵活、节约了线路走廊、控制迅速、提高了传输容量和传输距离等[1,4-5]。

1）高压直流输电线路造价低、损耗小，可以实现远距离的输电。其原因如下：采用较多的双极性HVDC 系统只需要一正一负两条线路，相比于交流输电系统，在传输功率相同时，高压直流输电线路的总造价或者损耗相对交流输电而言，可降低1/3，而且直流输电线路的走廊也窄很多；还有个优点是，在直流电压作用下，线路电容在直流电压中起不到任何作用，这样一来，线路就不没有充电功率，也就不需要配置并联型电抗器等高抗设备。

此外，HVDC 的优势相对电缆输电时更加显著。电缆可承受的直流电压能力比其承受交流电压能力高两倍以上，所以在HVDC 中使用同等绝缘厚度和芯线截面的电缆，其输送的容量将远远高于交流输电。此外，相比架空线路而言，电缆的输电线路对地电容要高很多。交流电缆输电过程中产生的电容电流大，且与线路长度成正相关，当长度达到某个值时，电容电流就足以占据其所有符合能力，产生输电阻塞而不能进行电能传输。这也说明电容电流会严重影响交流电缆输电距离，难以实现远距离输电。而直流电缆输电就不会存在上面问题，其电容电流几乎为零，可实现直流电缆远距离送电。

2）直流输电系统能满足非同步联网。HVDC 换流器具有电气隔离的作用，因此，HVDC 可以级联两个不同步运行的电力系统，即两个系统可以具有

不同的频率（比如50Hz 或60Hz ），不同的电压等级等。被HVDC 联接的两个系统能够独立运行在各自的电压和频率，不会受到联网的影响，当然也不会由于故障的传递造成较大面积的停电。

3）HVDC 输电没有稳定性问题。一般而言，直流输电线路不具有电抗，也就不会有交流输电同步运行的稳定问题。这表明了稳定性根本不会制约直流输电的输送容量和送电距离，其能适用于远距离和大容量的输电。

4）HVDC 可控性迅速。HVDC 控制系统响应速度快，对于传输的有功大小、方向及设备消耗的无功都可以独立解耦控制。这样不仅使电网间的送电协议方便实施，还使交流侧系统的运行性能得以改善（控制交流系统潮流分布很困难）。除此之外，在交流电网互联中，随着系统的短路容量增加，可能还会造成系统遮断容量不足，从而需要增加额外措施，比如采用限流装置或者更换断路器等来解决。但是，具有快速可控的HVDC 系统可以避免交流系统互联需要增加短路容量的情况。

尽管HVDC 有诸多优点，其也存在一些不足之处： 1）HVDC 换流站投资大。HVDC 换流站的设备繁杂，相比普通交流变电站，其投资花费巨大，而且HVDC 换流站需要具有较高水平的专业工作人员来维护运行。这也成为了一个限制高压直流输电推广应用的重要原因。

2）换流器等设备需要损耗的无功功率大。当前，高压直流输电中主要使用的是晶闸管换流器，这种电力电子变换器需要消耗较多无功来维持运行。在换流过程中，如果将无功损耗表示为无功消耗的占所输送的有功的百分比，那么，一般情况下，整流器的无功损耗约占40%～50%，逆变器损耗的无功约为50%～60%。整体而言，这些无功可来源于两种情况：一是交流滤波器供给部分；二是配置无功补偿装置等。

3）会产生较大谐波。换流器作为强非线性设备，是一个大的谐波注入源，会在直流和交流侧产生大量高次谐波电流，会造成电机电容设备过热，干扰通信系统正常工作，降低换流器控制性能等。为解决这些问题，可在换流器内部安装滤波设备，比如平波电抗器和交/直流滤波器等。但如此做，又从另一个方面增加了整个换流站的造价投资。

3 HVDC 的关键技术

长期以来，高压直流输电技术的发展变化在很