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五、换流站的主要设备
包括换流器、换流变压器、平波电抗器、交流滤波器、直流避雷器及控制保护设备等。
换流器又称换流阀是换流站的关键设备，其功能是实现整流和逆变。目前换流器多数采用晶闸管可控硅整流管)组成三相桥式整流作为基本单元，称为换流桥。一般由两个或多个换流桥组成换流系统，实现交流变直流直流变交流的功能。
换流器在整流和逆变过程中将要产生5、7、11、13、17、19等多次谐波。为了减少各次谐波进入交流系统在换流站交流母线上要装设滤波器。它由电抗线圈、电容器和小电阻3种设备串联组成通过调谐的参数配合可滤掉多次谐波。 一般在换流站的交流侧母线装有5、7、11、13次谐波滤波器组。
单极又分为一线一地和单极两线的方式。直流输电一般采用双极线路，当换流器有一极退出运行时，直流系统可按单极两线运行，但箱送功率要减少一半。
2009年，瑞士ABB集团与西班牙Abengoa集团合作，开始建设连接巴西西北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。该线路竣工后将成为世界最长的高压直流输电线路
六、经济性三大特性突出节能效果
从经济方面看，直流输电有以下三个主要优点：
首先，线路造价低，节省电缆费用。直流输电只需两根导线，采用大地或海水作回路只用一根导线，能够节省大量线路投资，因此电缆费用省得多。
其次，运行电能损耗小，传输节能效果显著。直流输电导线根数少，电阻发热损耗小，没有感抗和容抗的无功损耗，且传输功率的增加使单位损耗降低，大大提高了电力传输中的节能效果。
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最后，线路走廊窄，征地费省。以同级500千伏电压为例，直流线路走廊宽仅40米，对于数百千米或数千千米的输电线路来说，其节约的土地量是很可观的。
除了经济性，直流输电的技术性也可圈可点。直流输电调节速度快，运行可靠。在正常情况下能保证稳定输出，在事故情况下可实现紧急支援，因为直流输电可通过可控硅换流器快速调整功率、实现潮流翻转。此外，直流输电线路无电容充电电流，直流线路无电容充电电流，电压分布平稳，负载大小不发生电压异常不需并联电抗。
七、远距离输电优势明显
发电厂发出的交流电通过换流阀变成直流电，然后通过直流输电线路送至受电端再变成交流电，注入受端交流电网。业内专家一致认为。高压直流输电具有线路输电能力强、损耗小、两侧交流系统不需同步运行、发生故障时对电网造成的损失小等优点，特别适合用于长距离点对点大功率输电。
其中，轻型直流输电系统采用可关断的晶闸管、绝缘门极双极性三极管等可关断的器件组成换流器，使中型的直流输电工程在较短输送距离也具有竞争力。
此外，可关断器件组成的换流器，还可用于向海上石油平台、海岛等孤立小系统供电，未来还可用于城市配电系统，接入燃料电池、光伏发电等分布式电源。轻型直流输电系统更有助于解决清洁能源上网稳定性问题。
1、高压直流输电与交流输电相比，具有诸多优点：
(1)高压直流输电具有明显的经济性。输送相同功率时，直流输电线路所用线材仅为交流输电的 1/2～2/3。直流输电采用两线制，与采用三线制三相交流输 电相比，在输电线路导线截面和电流密度相同的条件下，若不考虑趋肤效 应，输送相同的电功率，输电线和绝缘材料可节省约 1/3。如果考虑到趋肤效 应和各种损 耗，输送同样功率交流电所用导线截面积大于或等于直流输电所用 导线截面积的 1.33 倍。因此，直流输电所用的线材几乎只有交流输电的一半。 另外，直流输电 线路的杆塔结构也比同容量的三相交流输电线路的简单，线路 走
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廊占地面积也大幅减少，图 5-2 分别给出了两者的走廊照片。但是，直流输电 系统中的换流站的造 价和运行费用要比交流输电系统变电站的高，当输电距离增加到一定值后，直流输电线路所节省的费用刚好抵偿了换流站所增加的费用， 此时这个输电距离即被称为 交流输电与直流输电的等价距离。如果把交流输电 和直流输电两种输电方式在输送一定功率时，所需的费用和输电距离之间的关系 绘成如图 5-3 (a) 所示的曲 线， 两曲线交点的横坐标就是等价距离。 5-3 图 (b) 给出了随着输送距离的增加，交流和直流输电系统的线路损耗曲线。
图 5-2 交流输电和直流输电线路走廊 (a)交流输电线路走廊;(b)直流输电线路走廊
图 5-3 交流输电与直流输电系统等价距离和线路损耗对比图 (a)总投资与线路距离的关系;(b)架空输电线路的损耗
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(2)在电缆输电线路中，高压直流输电线路不产生电容电流，而交流输电线路存在电容电流，引起损耗。在一些特殊场合，如输电线路经过海峡时，必须 采用电 缆。 由于电缆芯线与大地之间构成同轴电容器， 在交流高压输电线路中， 空载电容电流极为可观。而在直流输电线路中，由于电压波动很小，基本上没有电容电流加 在电缆上。
(3)采用直流输电时，线路两端交流系统不需同步运行，而交流输电必须同步运行。 采用远距离交流输电时， 交流输电系统两端电流的相位存在显著差异; 并网的 各子系统交流电的频率虽然规定为 50Hz，但实际上常产生波动。这两种 因素导致交流系统不同步， 需要用复杂而庞大的补偿系统和综合性很强的技术加 以调整，否则就可能在设备中形成强大的环流而损坏设备，或造成不同步运行 而引起停电事故。采用直流输电线路将两个交流系统互连时，其两端的交流电网 可以按各自的频 率和相位运行，不需进行同步调整。
(4)高压直流输电控制方便、速度快，发生故障的损失比交流输电的小。两个交流系统若用交流线路互连，则当一侧系统发生短路时，另一侧要向故障侧 输送短路 电流。 因此， 将使两侧系统原有断路器切断短路电流的能力受到威胁， 需要更换断路器。若用直流输电将两个交流系统互连，由于采用可控硅装置，电路功率能迅 速、方便地进行调节，直流输电线路向发生短路的交流系统输送的 短路电流不大，故障侧交流系统的短路电流与没有互连时几乎一样。因此不必更 换两侧原有开关及载流设备。
(5)在高压直流输电工程中，各极是独立调节和工作的，彼此没有影响。所以，当一极发生故障时，只需停运故障极，另一极仍可输送至少 50%的电能。 但在交流输电线路中，任一相发生永久性故障，必须全线停电。
2、高压直流输电的缺点：
(1)直流换流站比交流变电站的设备多、结构复杂、造价高、损耗大、运行费用高;
(2)谐波较大;
(3)直流输电工程在单极大地回路方式下运行时，入地电流会对附近的地下金属体造成一定腐蚀，窜入交流变压器的直流电流会使变压器噪声增加;
(4)若要实现多端输电，技术比较复杂。
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八、提升空间大功率电力电子器件将改善直流输电性能
直流输电最核心的技术集中于换流站设备，换流站实现了直流输电工程中直流和交流相互能量转换，除在交流场具有交流变电站相同的设备外，还有以下特有设备：换流阀、控制保护系统、换流变压器、交流滤波器和无功补偿设备、直流滤波器、平波电抗器以及直流场设备，而换流阀是换流站中的核心设备，其主要功能是进行交直流转换，从最初的汞弧阀发展到现在的电控和光控晶闸管阀。
晶闸管用于高压直流输电已有很长的历史。近10多年来，可关断的晶闸管、绝缘门极双极性三极管等大功率电子器件的开断能力不断提高，新的大功率电力电子器件的研究开发和应用，将进一步改善新一代的直流输电性能、大幅度简化设备、减少换流站的占地、降低造价。
九、工程应用
1. ±660千伏宁东—山东直流输电工程于2011年2月28日投运，山东接受外送电力的能力由350万千瓦提升至750万千瓦。据统计，山东因此每年可节约原煤1120万吨。由此全省减少二氧化硫排放5.7万吨，二氧化硫排放量降低1.1个百分点，大大促进了资源节约型、环境友好型社会建设。
仅2011年第一季度，山东电网就接纳省外来电91.3亿千瓦时，同比增长176%。
2. 锦屏—苏南±800千伏特高压直流输电工程采用900平方毫米导线，节能环保效果明显，抗自然灾害能力强，可进一步促进电力技术创新和行业技术升级。与传统的630平方毫米截面导线相比，锦苏特高压直流线路应用900平方毫米截面导线，按照年运行3000小时计算，每年每千米线路可节电4.32万千瓦时，全线一年将创造直接效益4000多万元。 按供电煤耗360克标煤/千瓦时计算，全线一年将减少标煤消耗7.735万吨，减排二氧化碳约20.12万吨。而在抵御自然灾害方面，大截面导线的大风水平荷载降低约10%，15毫米覆冰垂直荷载减小约7%。
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