直流电网的发展现状及趋势

直流电网的发展现状及趋势

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专业：电气工程及其自动化

班级：电气14-02

直流电网的发展现状及趋势

作者：桓芝良

河南省-郑州市450000

摘要：现如今中国已将发展可再生能源提升至重要地位，并逐步实现能源结构的战略性调整。分析可再生能源发电的间歇性与不稳定性特点，以及可再生能源发电集中并网带来的稳定性问题，提出通过建设广域覆盖的直流电网以有效解决可再生能源集中并网的有功波动问题。建设全国性的直流骨干输电网，不仅可更有效地利用可再生能源，也将积极推动坚强智能电网的建设。与交流系统相比，直流电网在未来城市配电、微网等领域也有较大的优势。

关键字：直流电网；电压源换相直流输电；网络架构

引言：中国乃至世界均面临着能源结构的战略性调整，中国的可再生能源储量丰富。幅员辽阔、海岸线长决定了比较丰富的风能资源，全国风能资源总储量约32.26亿kW，可开发和利用的风能储量有2.53亿kW。中国太阳能资源理论储量达每年17000亿t标准煤。到2050年，中国可再生能源将达到总能源需求的40%-45%。可以预见，在不远的将来，一次能源以可再生能源为主、终端能源以电力为主的能源格局将变成现实。但是风电、太阳能、海洋能都具有间歇性、随机性特点，属于间歇式电源。随着各种大规模可再生能源接入电网，传统的电力装备、电网结构和运行技术等在接纳超大规模、低质的可再生能源方面越来越力不从心，必须采用新的技术、装备和电网结构来满足未来能源格局的深刻

变化。而直流电网已成为目前解决该问题众多方案中的研究热点。1直流电网的概念

进入21世纪西门子等跨国公司先后开发了电压源换相高压直流输电技术，并迅速得到了推广应用。在此基础上，ABB和西门子等联合欧洲的相关科研单位共同提出建设网络化的直流输电，即欧洲超级电网的宏大构想。通过对广域内可再生能源发电直流联网，可以充分利用可再生能源发电的互补性，实现可再生能源发电的大规模集中接入，提高可再生能源发电利用率。另一方面，随着城市规模的发展，城市人口密集程度的不断增加，大中城市的空中输电走廊已没有发展余地。原有的架空配电网络已经不能满足电力增容的需求，而地下交流电缆存在较大的容性电流，输送距离较短，且需要无功补偿设备，合理的方法是采用地下直流电缆输电。采用电压源换相直流输电技术的电缆占用空间小，单位输送功率高，而且绝缘性能好；另外直流电缆不存在电容电流，适合于远地下电缆输电，不仅比交流三相距离电缆送电。因此，城市直流配电网成为未来配电网的发展方向。

2直流电网在中国前景

2.1直流输电网

随着可再生能源发电的发展及用户对电能要求的不断提高，电网结构同时面临发电端与用电负荷的随机性波动。建立直流电网，将可再生能源与传统能源广域互联，可以充分实现多种能源形式之间的互补，是未来电网的重要发展方向。目前，国外已有较成熟的直流输电网规划。德国在非洲撒哈拉沙漠启动建设了大型太阳能项目，计划在南欧和北

非打造有史以来规模最大的太阳能集中发电工程，通过组建跨越沙漠和地中海的电力供应线来覆盖全欧电力需求的15%。

中国能源不均衡的基本情形，决定了中国大容量远距离输电的格局，同时随着中国可再生能源的迅速发展，可再生能源并网及远距离输送的要求将越来越强烈，位于中国内蒙古地区和沿海地区的大量风电以及位于新疆、甘肃等地的丰富的太阳能，将形成大量的电能输出。全国这种多起点多落点的直流输电格局将逐步成为未来输配电网的主流架构，同高压交流输电网络相辅相成，构成全国输电网络的主干结构；同时，直流输电网还将与大城市中的直流配电网相连接，构成更强大的直流电网。将西南地区丰富的水能资源通过高压直流输电工程送往中东部负荷中心区域，并形成多端高压直流输电网络。将中国西北、华北地区丰富的太阳能、风能连接成直流输电网，最大限度减小可再生能源发电的间歇性及不稳定性问题。在青藏等高海拔地区利用直流电网建设成本相对较低的优势，将丰富的太阳能、地热能连接成网，解决高海拔地区用电问题；同时将东南沿海地区丰富的风能、大型油气田电能连接成直流电网，输送至沿海负荷中心，充分利用沿海地区能源储量大、距负荷中心近的优势。

2.2直流配电网

随着中国城市化进程的不断加速，城市配电网面临着严峻的挑战。城市配电网中，电动汽车、

信息设备，半导体照明系统等直流负荷不断增加。建立直流配电网将减少电力变换环节，大幅提高供电效率。城市人口密度不断上升，负荷密集区用电量不断加大，原有的交流配电网已经难以满足供电要求。电力扩容所需的架空输电走廊已难获得，交流地下电缆输电的输送距离又受容性电流限制，而使用地下直流电缆输电可避免容性电流问题，实现远距离输电。综上所述，直流配电系统具有巨大优势。中国城市配电网改造可以采取分区供电的方式，交流负荷区采用交流配电，直流负荷区采用直流配电。直流配电增大了电缆传输容量，足以满足城市直流负荷区供电要求，这也会缓解交流负荷区的供电压力；同时，可以将直流负荷区直流母线连入交流负荷区直流接入点，实现互相支持。3直流电网应用中的挑战

直流电网拥有上述诸多优点，同时也面临许多挑战。直流电网网络架构设计与分析，地理与潮流分布设计；直流电网运行性能研究，包括稳态与暂态性能、直流电网功率传输特性与运行特性研究、直流电网调度技术等；直流电网关键设备研发，包括高压大容量直流断路器、电压源换相直流输电用高压大容量低损耗换流阀、输电电缆及换相电抗器等；直流电网控制保护技术研发、系统分析等；直流电网换流站与线路标准化制定等。

4结论

直流电网可以实现西北、沿海地区大规模可再生能源的高效、稳定并网及远距离输送。直流电网可以解决由国外能源基地、中国西南部水电基地、中国西北部火电基地向中国中东部负荷中

心大规模远距离输送电能的问题。直流配电网可以有效解决城市用地紧缺、电力供应不足问题，并可大幅提高用户电力智能化水平。综上所述，直流电网在中国具有广阔的应用前景。

赵畹君.《高压直流输电工程技术》刘玉田.《中国输电网架结构初探》周孝信．《试论三代电网和电网技术的发展》

郭剑波.《我国大电网技术发展研讨》

国家电网公司．《国家电网公司促进清洁能源发展综合研究报告》

Analysis of DC Grid Prospects in China

Huan-zhi-liang

Zhengzhou City, Henan Province, 450000

KEY WORDS:DC power grid; voltage source converter DC transmission; network architecture