高压直流输电在我国的应用及发展前景

2012年第11卷第4期

高压直流输电在我国的应用及发展前景分析

□贺章波

【摘要】从世界第一项高压直流输电工程投运以来，经过50多年的发展，其技术不断的得到完善，在世界上的应用也越来越广泛。本文主要分析了高压直流输电的优势，介绍了其在我国电网中的应用状况，并预测了高压直流输电在我国的发展前景。

【关键词】高压直流输电；技术优势；经济优势；应用前景；远距离输电

【作者单位】贺章波，湖北交通职业技术学院

从1954年世界上第一项高压直流输电工程投运以来，直流输电技术随着电力事业的发展不断的改进和提高，它在电网互联、长距离输电等方面有着独特的优点，目前在世界上的应用已经越来越广泛。

一、高压直流输电相对于交流输电的特点

在交流输电中一般把1000kv及以上的电压称为特高压，330kv 750kv的称为超高压，220kv及以下的被称为高压。直流输电的等级概念与交流输电的不同，在直流输电中，ʃ100kV以上的统称为高压，ʃ500kV和ʃ600kV也被称为高压而不称为超高压，超过ʃ600kV的则被称为特高压。与交流输电相比，高压直流输电有如下的优点：

（一）高压直流输电的技术优势。

1．不存在系统稳定问题，有利于实现电网的非同期互联。在交流输电系统中，所有的同步发电机都必须保持着同步运行，并且在输电容许输送功率、距离都会受到网络结构、参数等条件的限制，需要采取一定的措施提高其稳定性。而在高压直流输电系统中，直流线路没有电抗，其输电容量和距离不会受到同步运行稳定性的限制，适合用于远距离大容量的输电。

2．限制短路电流。用交流输电线连接的交流系统，会增加其短路容量，有时甚至需要增设限流装置。而用直流输电线路连接的交流系统，直流系统的“定电流控制”可以快速的对短路电流进行限制，使其保持在额定功率附近，不会因为互联而增加短路容量。

3．调节快速，运行可靠。高压直流输电系统可以利用可控硅换流器快速的对有功功率进行调整，从而改变功率流动方向，在正常情况下保证输出稳定；一旦发生故障，又可以利用健全系统对故障系统进行紧急支援，并能实现对阻尼振荡和次同步振荡的抑制。在直、交流线路并列运行的时候，如果交流线路发生短路，可以暂时性的增大直流线路的输送功率，从而减少发电机转子的加速，提高整个系统的可靠性。

4．可实现非同步联网。在逆变和整流的隔离作用下，采用高压直流输电线路连接的系统之间不需要同步运行，被联的系统可以是额定频率相同的系统，也可以是额定频率不同的系统，并且相互之间保持各自的频率和电压独立运行，不受联网影响，同时也不会由于故障传递而发生大面积停电的事故。

（二）高压直流输电的经济优势。

1．线路造价低。在架空输电线的时候，交流输电系统需要三根导线，而直流输电一般只用两根，如果采用大地或是海水作为回路时则只需要一根导线，能够减少线路建设所需要的费用。就电缆而言，绝缘介质的直流强度要比交流强度高出很多，如常用到的油浸纸电缆，直流电缆允许工作电压是交流的3倍左右，直流电缆所需要的投资比交流要少得多。

2．年电能损失小。通常直流架空输电线只有两根，导线电阻会比交流输电小得多；没有感抗和容抗的无功损耗；没有集肤效应，导线的截面利用充分。并且，受到“空间电荷效应”的影响，直流架空线路的电晕损耗和无线电干扰都要比交流线路小。

当然高压直流输电也存在着一定的缺点：一是换流站造价高。高压直流输电换流站由于设备种类较多，因而造价成本比交流变电所会高一些，而且运行维护也比较复杂，对运行人员的要求比较高，这也是现阶段限制高压直流输电的一个重要因素。二是换流器消耗大量的无功功率。目前在高压直流输电中使用较为广泛的晶闸管换流器在换流过程中会消耗大量的无功功率。三是产生大量的谐波。换流器在直流侧和交流侧都会产生谐波电流，导致发电机和电容器过热，换流器控制不稳、干扰信息系统等问题。为了解决这些问题又往往会在换流站内安装交（直）流滤波器和平波电抗器等进行滤波，导致换流站的造价增高。这些问题都是需要我国电力企业通过不断的探索和研究加以改善、克服的。

二、高压直流输电的应用状况

由于高压直流输电在技术社经济上的优势，目前其主要被应用于长距离大容量架空输电、长距离海底电缆输电、电网互联等方面。世界上有很多国家现在都采取了这种技术，特别是北美、西欧等经济比较发达的地区。2009年西班牙Abengoa集团和瑞士ABB集团合作，开始建设连接巴西西北

2012年第11卷第4期

部两座新建水电站和巴西经济中心圣保罗的2500公里高压直流输电线路，该线路竣工以后会成为世界上最长的高压直流输电线路。

1988年，我国建成了从浙江穿山半岛到舟山岛的输送距离为13．5千米的100kv直流海底电缆送电实验工程，额定的输电容量为50MW。1990年，从湖北葛洲坝到上海的葛南双极直流输电站线路正式投入使用，其额定电压和额定容量分别为ʃ500kV和1．2GW，送电距离为1045km。葛南双极直流输电线路是我国第一条长距离大容量的高压直流输电线路，同时也是区域电网直流互联工程，标志我国电力事业从此进入了直交流混合输电时代。2001年6月我国第二条长距离大容量的高压直流输电线路，广西天生桥至广东北郊的天广双极直流输电线路正式开始商业运行，其送点距离约960千米，额定电压ʃ500kV，额定容量为1800MW。

为了将湖北三峡的电力输往华东地区，电力部门建立了两条高压直流输电线路。第一条从三峡左岸指江苏常州，其额定电压为ʃ500kV，额定容量为3000MW，输送距离为970千米，这条线路已经于2003年5月正式投产使用。另一条是从三峡右岸至上海地区的三沪高压直流线路，该线路已于2006年12月投产使用，其额定电压为ʃ500kV，额定容量为3000MW，送电距离1075千米，它的建成有效的缓解了华东地区用电紧张的局面，将三峡的电力优势转化为了华东地区的经济优势。目前我国已经有7200MW功率通过葛南线在内的三条高压直流输电线路进行西电东送。

“十五”期间，我国大约共有10GW的电力向广东输送，其中有7800MW是通过三条直流线路输送的，即直流输送容量占总数送容量的78%。这三条直流线路分别是天广双极直流输电线路、湖北荆州至广东惠州线路、贵州安顺至广东肇庆线路。荆州至惠州线路于2004年5月投入运行，其送电距离为975千米，额定电压ʃ500kV，额定容量3000MW。安顺至肇庆线路又被称为贵广一回，于2004年投产，额定容量也为3000MW，额定电压为ʃ500kV，送电距离为940千米。同时还兴建了贵广二回高压直流输电线路，贵广二回西起贵州兴仁东至深圳，线路全长1194千米，额定容量3000MW，额定电压ʃ500kV，于2007年6月单极投产，同年12月双极投产。贵广二回是我国第一项直流自主化依托工程，标志着我国电力行业重大技术装备国产化工作取得了重要突破。

2005年7月我国第一个大区联网的直流背靠背换流站工程灵宝背靠背直流换流站正式投入运行，该项目的直流电流为3kA，传输容量为360MW，华中侧的交流电压为220Kv，，西北侧的交流电压为330Kv。该换流站是我国第一个自主设计、自主建设的直流工程。在建设过程中，采用的也是利用国外先进技术的国产设备，包括换流变压器、换流阀、直流平波电抗器、直流控制保护设备等。并且，该项目于2009年12月完成了扩建工程，使该工程成为目前世界上通流能力最大的直流工程。扩建完成后，灵宝背靠背直流换流站成为了世界上第一个额定电流为4500安的直流工程，新增换流容量75万千瓦，使总换流能力达到原来的3倍多，进一步扩大了“西电东送”规模，增强了西北电网与华中电网的联网能力。

三、高压直流输电进一步应用前景

根据我国电网的远景规划，到2020年，我国高压直流输电工程将会达到20多项，总容量估计会超过60GW。计划兴建的高压直流输电工程包括：云南小湾至广东线路、普洱至广东线路、西洛渡至华东线路、宁夏至山东线路、宝鸡至德阳线路、锦屏至华东线、连接华中与华北的背靠背等等。这些工程的输电距离大多在1000千米至2000千米之间，输电容量大多超过3000MW。随着高压直流输电技术的发展，特别是其在可控性、隔离故障及运行运行管理等方面占有许多优势，特别是采用直流联网时两端电网间的波动互不干扰，稳定性较高，其在电网建设中的应用将会更加广泛。

（一）远距离输电和联网中的应用优势将会进一步扩大。随着电子电力技术的发展，高压直流输电中采用的换流器价格将会不断的下降，进一步降低了直流输电的造价，各国都将会发展高压直流输电项目进行远距离输电。目前巴西的伊泰普工程是世界上容量最大的直流输电工程，其容量为双极6300MW，电压ʃ600kV，送电距离为800千米。并且，在海底远距离输电中，高压直流输电更是具有交流输电所无法取代的优势。大电网互联可以提高供电的可靠性，节省电力投资，提高电网运行的经济效益。因而世界各国在电力事业发展中都将会不断扩大电网的规模。但是如果直接采用交流互联的话，就有可能随着电网的扩大而带来短路容量增大、潮流控制困难，事故范围扩大等问题。而采用高压直流输电联网技术则可以有效的规避这些问题。目前在北美、西欧等经济和科技比较发达的地区，采用高压直流输电进行两个不同步系统的背靠背直流互联来交换功率已经被运用得十分广泛，有效的隔断了各互联的交流同步网的相互影响，限制了短路电流。并且，为了提高高压直流输电系统的灵活性，防止功率振荡、保持整个系统的稳定，有些电力工程采用了多端直流输电和交流输电混合联网的互联形式。随着三峡工程的兴建，在我国电网中将会形成全国联网的局面。利用直流联网可以减少电网间的相互影响，不会增加短路容量，限制故障范围，提高运行的安全性，可以提高全国互联电网的安全稳定运行水平，是最佳的联网方式。

（二）高压直流输电的应用范围会进一步拓展。一是利用高压直流输电可以扩大城市供电容量。随着城市的发展，电力集中负荷迅速的增加，向市中心的供电容量也在不断的扩大，导致城市的供电空间越来越狭窄，供电压力与日俱增，并且随着环保理念逐渐深入人心，高压远距离地下电缆输电逐渐成为了供电主体形势。而随着供电容量的扩大也必然的会导致供电网的短路容量增大，使得供电故障发生的概率提高。而采用基于可变结构控制的直流输电技术和直流电缆，不会产生电容电流，并且利用直流输电良好的功率控制能力，可以限制短路容量，提高整个供电网的安全、可靠性。二是可以向远方小型负荷区供电。采用交流输电技术向一些远距离小型负荷区供电时，特别是向一些海岛供电时，所