直流输电技术在我国电网中的作用

直流输电技术的发展及其在我国电网中的作用2 1 前言

1.1 课题来源及研究的目的和意义

电力电子技术诞生近半个世纪以来，使电气工程、电子技术、自动化技术等领域发生了深刻的变化，同时也给人们的生活带来了巨大的影响。其中高压直流输电是电力电子技术应用最为重要、最为传统，也是发展最为活跃的领域之一。

目前，电力电子技术仍以迅猛的速度发展着，新的电力电子器件层出不穷，新的技术不断涌现，其应用范围也不断扩展。不论在全世界还是在我国，电力电子技术都已造就了一个很大的产业群，如果再考虑到与电力电子技术相关的上游产业和下游产业，这个产业群就更加庞大了。因此发展直流输电技术成为眼下的迫切需要。而将电流自然换相技术与柔性直流技术相结合构成多端直流输电技术更是未来直流输电技术的发展方向。

在2013年1-9月，南方五省区全社会用电量6593亿千瓦时，同比增长5.8%，比全国1-9月全社会用电量增速7.2%低1.4个百分点；其中广东3626亿千瓦时，增长3.7%；广西904亿千瓦时，增长7.0%；云南1045亿千瓦时，增长11.5%；贵州805亿千瓦时，增长7.2%；海南173亿千瓦时，增长9.4%。也说明随着生活水平的提高、社会的进步，用电需求量也随之提高。

1.2 国内外在该方向的研究现状及分析

我国电网随着国民经济和电力工业的高速发展，正面临着空前的发展局面。到2003年底，全国发电装机容量达3.84亿kW、发电量达1.91亿kWh。发电总装机容量和年发电量仅次于美国，均列世界第二位。我国电网结构除台湾外已经形成东北、华北、西北、华东（含福建）、华中（含川渝）和南方等6个跨省区电网和山东、海南、新疆、西藏4个独立省网。

今年3月31日中国南方电网公司宣布，世界第一个±800KV直流输电工程── 云南─广东特高压直流输电工程(简称“云广工程”)，在孤岛运行调试500万KV试验取得成功。这是世界首次开展±800KV电压等级孤岛运行满负荷试验，标志着中国电力工业技术与管理达到新的水平。

第 1 页 共 14 页

孤岛运行方式是在直流系统的送端与若干电厂形成相对独立的“孤岛”系统，即与大电网采用交流系统不联网、直接通过直流系统将电力送往受端的方式。采用孤岛运行方式能有效减少直流系统故障对主网的影响，提高电网的安全稳定水平。此次云广直流孤岛运行的成功是南方电网公司开展了近2年多的现场调试取得的结果，直流功率从100万KV至500KV共进行了6个阶段试验，虽然调试验证了孤岛运行的技术特征和可能存在的问题，但完善了相应的技术措施。

因此随着电力电子技术的发展，大功率可控硅制造技术的进步、价格下降、可靠性提高，换流站可用率的提高，直流输电技术的日益成熟，直流输电在电力系统中必然得到更多的应用。

1.3 直流输电概述

直流输电指以直流电流传输电能，直流输电系统主要由换流站(整流站和逆变站)、直流线路、交流侧和直流侧的电力滤波器、无功补偿装置、换流变压器、直流电抗器以及保护、控制装置等构成。其中换流器是直流输电系统的核心，它完成交流和直流之间的变换，即AC～DC ─ DC～AC。 1.3.1国外直流输电技术的发展历史

按照交、直流转换(换流)设备的发展过程，直流输电发展可分为一下几个阶段： ①汞弧换流阀阶段: 1954年之前──实验性阶段(初始阶段) 特点:(1)直流输电工程的参数比较低；

(2)换流装置几乎都是采用低参数的汞弧阀； (3)发展速度较慢。

直流输电技术在初始阶段共有三个代表工程:德国，瑞典，原苏联 ②晶闸管换流阀阶段: 1954～1972──发展阶段 特点:(1)汞弧阀参数有很大的提高；

(2)直流输电具有多方面的目的(水下，互联，远距离，大容量) (3)技术提高很多。

③新型半导体换流设备的应用：1972～现在──大力发展阶段 特点：(1)采用可控硅阀；

(2)几乎全都是超高压；

第 2 页 共 14 页

(3)单回线路的输电能力比前阶段有了很大增加； (4)发展速度快。 1.3.2直流输电技术的发展 1、应用领域

作为交流输电有力的补充（长距离大容量输电；联网；特殊条件下的输电） 2、技术上的发展

（1）设计标准化、系列化

每一高压直流输电工程都是根据其介入系统的具体要求量身定做的，包括其额定直流功率、额定直流电压、性能要求等重要参数都是按照接入系统的具体要求，优化选取的，还远没有交流设备那样标准化、系列化。规范化有利于设备设计、制造，降低设备成本、降低工程造价，促进直流输电发展。 (2)换流阀

①应用更高参数的晶闸管，减少阀元件数； ②应用新型器件

光直接触发:日本三菱、德国西门子；

电容换相技术(CCC) 瑞典ABB:改善换流站无功特性，减少无功消耗； 强迫换相技术(柔性直流输电技术):减少换流站无功消耗，防止换相失败； ③户外式结构:提高可靠性，降低成本。 (3)滤波器

①连续性调谐:改善性能； ②有源型:减少占地； (4)直流控制保护

①硬件集成度进一步提高，提高系统可靠性； ②软件编程图示化、人机界面更友好； ③在线监测，自检功能提高、远方诊断； ④主机实时操作系统。

（5)多端直流输电（更灵活、经济） ①应用控制技术

如：意大利本土 — 科西嘉 — 撒丁岛；

第 3 页 共 14 页

拉地松 — 尼可来 — 桑迪旁 ②开发直流断路器，形成直流网络。 (6)特高压直流技术：±800KV、±1000KV。

直流输电发展到今天，在一次和二次设备层面均有了长足进步，其发展方向是在保证系统运行可靠的情况下不断提高运行电压、增大输送功率、降低系统损耗、发挥其快速可控性以提高电力系统的稳定性。一次设备发展的关键是制造和运输限制条件下提高设备的绝缘耐压水平，提高通流能力，研究合理的主电路拓扑，提高直流输电系统动态性能。二次设备发展技术趋势是不断提高设备可靠性，提高控制性能指标，提高协调控制能力。通过功能的合理集成、有序分布方便人机交互，不断提高直流输电运行的集约化水平。

第 4 页 共 14 页

2 直流输电

2.1直流输电运行特性及其与交流输电的比较

2.1.1 直流输电的优点

①当输送相同功率时，直流线路造价低，架空线路杆塔结构较简单，线路走廊窄， 同绝缘水平的电缆直流输电可以运行于较高的电压； ②直流输电的功率和能量损耗小； ③对通信干扰小；

④线路稳态运行时没有电容电流，没有电抗压降,沿线电压分布较平稳,线路本身 无需无功补偿；

⑤直流输电线联系的两端交流系统不需要同步运行，因此可用以实现不同频率或 相同频率交流系统之间的非同步联系；

⑥直流输电线本身不存在交流输电固有的稳定问题，输送距离和功率也不受电力 系统同步运行稳定性的限制；

⑦由直流输电线互相联系的交流系统各自的短路容量不会因互联而显著增大； ⑧直流输电线的功率和电流的调节控制比较容易并且迅速，可以实现各种调节、 控制。如果交、直流并列运行，有助于提高交流系统的稳定性和改善整个系统 的运行特性。 2.1.2 直流输电的缺点

直流输电的发展也受到一些因素的限制。首先，直流输电的换流站比交流系统的变电所复杂、造价高、运行管理要求高；其次，换流装置（整流和逆变）运行中需要大量的无功补偿，正常运行时可达直流输送功率的40～60%；换流装置在运行中在交流侧和直流侧均会产生谐波，要装设滤波器；直流输电以大地或海水作回路时，会引起沿途金属构件的腐蚀，需要防护措施。要发展多端直流输电，需研制高压直流断路器。

第 5 页 共 14 页