高压直流输电的前沿技术

（ １） 直流多落点问题研究［３］ 。南方电网安全稳定 性的一个突出问题是受端广东电网的直流多落点问 题。该项研究采用详细的直流输电系统模型， 通过实 时、非实时电磁暂态仿真以及机电暂态仿真工具进 行了交叉互补分析， 即采用连接实际直流控制保护 装置的 ＲＴＤＳ 实时仿真器， 进行直流输电系统在交 流电网故障时的详细动态性能研究； 以电磁暂态仿 真程序 ＰＳＣＡＤ／ＥＭＴＤＣ 为研究工具， 对多回直流系 统与交流系统的相互影响进行研究； 采用机电暂态 计 算 程 序 （ ＮＥＴＯＭＡＣ 和 ＢＰＡ） ， 研 究 了 直 流 多 落 点 对南方电网稳定性的影响。得出了对实际运行具有 指导意义的结论。
为了在保证直流输电系统可靠性的前提下限制 直流输电系统单极大地回线方式运行时变压器的直 流偏磁， 南方电网技术研究中心开展了直流输电系 统地中直流电流对交流变压器的影响及防范措施研 究。从理论上分析了大地回路电流对交流变压器的 影响， 研究了直流单极运行时地中电流的分布规律， 提出了在变压器中性点与地网之间串联电阻的方 案， 把中性点流入的直流电流限制到工程上可以接 受的程度。
中国电力
第 ３８ 卷
作。目前， 结合国家重点技术开发项目， 在交直流并 列运行系统在线稳定控制决策支持系统、多回直流 联合调制研究、直流多落点电网的安全稳定技术等 方面开展工作。
１．１ 直流输电系统运行技术研究 １．１．１ 提高直流输电系统运行可靠性
在天广直流输电系统投运初期， 由于直流输电 系统及设备在设计、制造、安 装 、调 试 中 遗 留 的 一 些 问题在运行中不断暴露出来， 使直流系统停运次数 较多， 对可靠性指标影响较大。为提高直流输电系统 的运行水平， 开展了多项专题研究。
２００１年 ２１ １
９１．９９ ０．５６
２００２年 １０ １
８９．９８ ０．１６２０来自３年 ５ ０９３．６６ ０．１７
２００５ 年上半年， 天生桥换流站极 ＩＩ Ｃ 相换流变 压器现场组装修复成功， 不仅解决大件运输难题， 大幅缩短修复时间， 而且积累了现场修复换流变压 器的宝贵经验， 成为世界直流输电技术的一项创 举， 也便于将来在换流站近区进行大尺寸超重量换 流变压器组装。
关键词： 直流输电； 交直流混合电网； 特高压直流输电
中图分类号： ＴＭ７５２
文献标识码： Ａ
文章编号： １００４－９６４９（ ２００５） １０－０００１－０６
０ 引言
高压直流输电在大容量、远距离输电的场合， 尤 其在我国“西电东送”和全国 联 网 中 起 着 主 导 作 用 。 目前世界上重大的高压直流输电工程主要集中在我 国， 直流输电新技术也主要在这些工程中应用。高压 直流输电的一些技术问题， 尤其是特高压直流输电 技术问题， 不仅是中国电网前所未有的， 而且是世界 电网发展史中前所未有的， 面临一些世界级难题。在 经济全球化背景下， 开展高压直流输电的技术问题 研究， 解决高压直流输电技术和交直流混合电网运行 中的难题， 不仅对我国电网的安全稳定运行具有重要 的意义， 而且将为世界电网技术的发展做出贡献。
１ 直流输电和交直流混合运行电网技术研究
直流输电系统在南方电网中占有重要地位， 其 运行的可靠性对南方电网的安全稳定运行具有重大 影响。在直流输电系统运行技术方面， 中国南方电网 公司结合南方电网的具体情况， 重点在提高直流输 电 系 统 可 靠 性 、直 流 控 制 保 护 系 统 核 心 技 术 、直 流 接 地极和入地电流对附近交流变压器的影响等方面进 行 了 深 入 的 研 究 。在 交 直 流 混 合 运 行 电 网 技 术 方 面 ， 围绕电网运行安全稳定技术开展了大量的研究工
（ ５） 南方电网暂态安全在线评估和稳定控制在 线预决策系统的可行性研究。提出了在线暂态安全 评估和稳定控制在线预决策系统的核心功能、系统 的技术方案和系统配置、系统实施的技术路线， 指出 了需要解决的关键技术问题； 对南方电网进一步开 展电网安全稳定在线分析与预决策系统研究提出了 建议。
３ 回直流输电与多回交流输电并列运行的大规模互 联电网， 成功地应用了光触发 、有 源 直 流 滤 波 器 、光 ＴＶ 和 光 ＴＡ 等 多 项 世 界 尖 端 的 直 流 输 电 技 术 。 到 ２０１０ 年， 南方电网将形成“八交五直”的“西电东送” 输电主网架结构， 特高压直流输电技术也将在中国 南方电网中实施， 并将获得有效应用。
收稿日期： ２００５－０８－２０； 修回日期： ２００５－０９－０２ 作者简介： 赵 杰（ １９６１－） ， 男， 工学硕士， 高级工程师， 全国电力行业直流输电技术标准化委员会副主任， 从事现代电力企业管
理、高电压技术、直流输电技术等研究。Ｅ－ｍａｉｌ： ｚｈａｏｊｉｅ＠ｃｓｇ．ｎｅｔ．ｃｎ
１
特约专稿
第 ３８ 卷第 １０ 期
第 ２１０００５期年 １０ 月
中国电力 赵ＥＬＥ杰ＣＴ： Ｒ高ＩＣ压ＰＯ直Ｗ流Ｅ输Ｒ 电的前沿技术
Ｖｏｌ． ３８， Ｎｏ ． １０ Ｏｃｔ． ２００５
特约专稿
高压直流输电的前沿技术
赵杰
（南方电网技术研究中心，广东 广州 ５１０６２０）
摘 要： 大容量、远距离输电已经成为我国电网发展的趋势， 而直流输电技术在大容量、远距离输电中占
１．２ 交直流混合电网运行技术研究 １．２．１ 交直流混合电网安全稳定运行技术
交直流混合电网安全稳定运行技术是保障南方 电网安全稳定运行的关键技术， 南方电网公司与国
第 １０ 期
赵 杰： 高压直流输电的前沿技术
特约专稿
内研究机构和高校合作， 通过多个研究项目开展了 相关技术研究， 部分成果已在南方电网运行中应用。
直流输电技术的特点是输送的功率大小、方向 可以快速控制和调节； 直流输电系统接入不会增加 原有电力系统的短路容量； 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， 且可利用其过负荷能力， 减少单极故 障下的输送功率损失； 遇到可能发生污闪的恶劣天 气， 可以采用降压运行来保障电力传输； 另外， 直流 架空线路走廊宽度约为同名电压等级交流线路的一 半， 且能输送更大容量， 更充分地利用线路走廊资 源。直流输电技术的特点决定了它在我国电网发展 中的重要作用。目前， 中国南方电网已发展成为具有
表 １ ２００１—２００３ 年天广直流输电系统运行可靠性指标 Ｔａｂ．１ Ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ｉｎｄｉｃｅｓ ｏｆ Ｔｉａｎ－Ｇｕａｎｇ ＨＶＤＣ ｔｒａｎｓ ｍｉｓ ｓ ｉｏｎ ｓ ｙｓ ｔｅｍ ｆｒｏｍ ２００１ ｔｏ ２００３
可靠性指标 单极故障闭锁次数 双极故障闭锁次数 系 统 能 量 可 用 率／％ 非 计 划 不 可 用 率／％
专题研究以杜绝直流双极闭锁、最大限度减少 单极闭锁、提高驾驭电网的能力为目标， 主要针对直 流 一 次 设 备 、换 流 阀 冷 却 水 系 统 、广 州 站 换 流 变 投 切 时 励 磁 涌 流 大 且 衰 减 慢 、噪 声 滤 波 器 损 坏 、并 联 电 容 器 损 坏 较 多 、有 源 滤 波 器 在 运 行 中 经 常 自 动 退 出 、直 流光 ＴＡ 测量偏差、直流光 ＴＡ 的光纤故障影响直流 保护等问题开展了研究工作， 研究成果与加强直流 输电系统的运行管理、制定各种设备缺陷处理方案 和事故预案相结合予以实施， 保证了直流系统的安 全可靠运行。２００３ 年天广直流输电系统运行可靠性 有了较大改善， 如表 １ 所示。
串联电阻法具有阻尼特性好， 装置简单可靠、价 格较低等优点。研究表明： 变压器中性点串入电阻只 对相连的变电站变压器中性点电流有影响， 对其他 变电站影响很小； 多个变压器中性点串入电阻时研 究结论也是一致的。通过模拟分析， 可以预测变压器 中性点串入电阻对邻近变电站的影响， 并可提出针 对性的解决方案。该研究成果已通过评审， 产品已通 过型式试验， 即将在广东电网挂网运行。
（ ２） 南方电网多回交／直流混合运行对电网安全 稳定性的影响研究［４］ 。针对南方电网 ２００５、２０１０ 和 ２０１５ 年网架结构， 分析了广东电网直流落点附近发 生单一交流故障对多回直流系统的影响， 以及直流 系统控制参数对直流功率恢复特性的影响， 并对严 重交流故障是否会导致电压崩溃等问题和广东直流 落点优化布置问题进行了研究。
（ ４） 南方电网电压稳定性分析与控制研究。结合 多馈入交直流混合输电的特点， 提出一整套适应于 南 方 电 网 静 态 、动 态 、暂 态 电 压 稳 定 性 分 析 的 模 型 和 参数， 综合考虑了发电机动态、发电机励磁、ＨＶＤＣ、 ＴＣＳＣ、ＯＬＴＣ、ＳＶＣ、负 荷 特 性 等 因 素 的 影 响 ， 研 究 了 系统电压稳定裕度和传输功率极限， 提出防止电压 不稳定的预防控制措施和电压崩溃的校正措施。
现结合直流输电系统和交直流混合电网运行中 的典型问题， 介绍中国南方电网公司在直流输电和 交直流混合运行电网技术方面的研究。结合贵广二 回直流输电工程建设， 介绍直流输电工程技术自主 化的有关研究。针对超长距离、超大容量输电， 结合 云广±８００ ｋＶ 特高压直流输电工程前期研究， 介绍 特高压直流输电工程需重点研究解决的问题和可行 性研究工作。
（ ３） 多馈入直流输电系统的控制策略及其对南 方电网暂态稳定性的影响研究［５］ 。 针 对 南 方 电 网 ２００５ 年的丰大和丰腰运行方式， 从机电暂态的角度 出发， 对南方电网的安全稳定性进行了定性和定量 分析， 详细分析了天广、贵广和三广直流系统各种常 规的控制策略对南方电网安全稳定性的影响， 重点 考察了多回直流系统的控制策略对南方电网稳定性 的影响； 结合南方电网多馈入直流输电系统交直流 并联运行实际， 进行了直流系统对交流系统的紧急 功率支援研究。
１．１．３ 直流系统大地回路电流对交流变压器影响 及应对措施研究［２］
南方电网中直流输电系统绝大多数时间均在双 极定功率模式下运行， 且尽可能采用双极平衡运行 方式。但在某些特殊情况下， 直流输电系统在短时间 内以单极大地回线方式运行， 此时直流电流持续地 通过接地极注入大地。当幅值高达几千安培的直流 电流进入大地后， 地中电流的一部分可能通过附近 的交流变压器直接接地的中性点， 经由交流输电线 路， 流至线路另一端的中性点接地变压器， 并经该变 压器的中性点入地， 形成直流回路。交流变压器中性 点流过直流电流， 会产生直流磁通， 使铁心磁化曲线 不对称， 加剧铁心饱和， 可能导致变压器噪音明显增 大， 并引起变压器铁心、螺栓、外壳等过热。为了消除 这些不利影响， 可以在直流输电工程设计、运行等各 阶段采取措施， 包括合理选择接地极极址、采用一条 专用金属回流导线、限制单极大地回线方式的运行 时间和运行电流等。
有极其重要的地位。开展高压直流输电的前沿技术研究， 对我国电网的建设和安全稳定运行均具有重要的
意义。结合高压直流输电技术在南方电网中的应用， 重点介绍中国南方电网公司在直流输电和交直流混合
电网运行技术、直流输电工程技术自主化及特高压直流输电技术方面研究的最新进展， 包括在高压直流输
电前沿技术方面的研究成果及其在南方电网中的应用。
对天广直流输电系统运行的研究及其成果的 应用实施， 确保了天广直流输电系统安全可靠运 行， 并为贵广直流输电系统的安全可靠运行打下坚 实的基础。
１．１．２ 直流输电控制保护系统研究［１］
高压直流输电控制保护系统的结构复杂， 其可 靠性对保证直流输电系统的可靠运行尤为重要。为 了解决天广、贵广直流工程控制保护系统中暴露出 的问题， 进一步提高运行水平， 并为以后的直流输电 工程积累丰富的经验， 南方电网公司结合实际， 对西 门子直流输电控制保护技术的原理和实现手段进行
２
了深入分析和研究。 直流工程控制保护系统随实际电力系统的要
求、换流元件和控制系统自身的发展而发展， 因此进 一步研究的重点是在基于新型控制系统平台的直流 控制保护系统、直流控制中不同功能调节器配合方 式和优化方案、保护定值的整定原则和合理的定值 配合关系等方面； 通过实时仿真器与实际控制保护 装置连接构成的闭环试验系统对直流控制保护系统 的性能和功能进行深入分析。