高壓直流輸電

高壓直流輸電1第1頁(yè)，共17頁(yè)，2023年，2月20日，星期四輸電方式的變化

直流輸電系統(tǒng)簡(jiǎn)介交流電和直流電的優(yōu)缺點(diǎn)比較我國(guó)直流輸電現(xiàn)狀及發(fā)展前景2第2頁(yè)，共17頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

人類輸送電力，已有一百多年的歷史．輸電方式是從直流輸電開(kāi)始的．1874年，在俄國(guó)彼得堡第一次實(shí)現(xiàn)了直流輸電，當(dāng)時(shí)輸電電壓僅100V．隨著直流發(fā)電機(jī)制造技術(shù)的提高，到1885年，直流輸電電壓已提高到6000V．但要進(jìn)一步提高大功率直流發(fā)電機(jī)的額定電壓，存在著絕緣等一系列技術(shù)困難．由于不能直接給直流電升壓，使得輸電距離受到極大的限制，不能滿足輸送容量增長(zhǎng)和輸電距離增加的要求．．3第3頁(yè)，共17頁(yè)，2023年，2月20日，星期四19世紀(jì)80年代末發(fā)明了三相交流發(fā)電機(jī)和變壓器．1891年，世界上第一個(gè)三相交流發(fā)電站在德國(guó)勞風(fēng)竣工，以30kV高壓向法蘭克福輸電。4第4頁(yè)，共17頁(yè)，2023年，2月20日，星期四此后，交流輸電就普遍地代替了直流輸電．但是隨著電力系統(tǒng)的迅速擴(kuò)大，輸電功率和輸電距離的進(jìn)一步增加，交流電遇到了一系列不可克服的技術(shù)困難．大功率換流器（整流和逆變）的研究成功，為高壓直流輸電突破了技術(shù)上的障礙．因此直流輸電重新受到人們的重視．1933年，美國(guó)通用電器公司為布爾德壩樞紐工程設(shè)計(jì)出高壓直流輸電裝置；1954年在瑞典，從本土到果特蘭島，建起了世界上第一條遠(yuǎn)距離高壓直流輸電工程．5第5頁(yè)，共17頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

在直流輸電系統(tǒng)中，只有輸電環(huán)節(jié)是直流電，發(fā)電系統(tǒng)和用電系統(tǒng)仍然是交流電．在輸電線路的始端，發(fā)電系統(tǒng)的交流電經(jīng)換流變壓器升壓后，送到整流器中去．整流器的主要部件是可控硅變流器和進(jìn)行交直流變換的整流閥，它的功能是將高壓交流電變?yōu)楦邏褐绷麟姾?，送入輸電線路．直流電通過(guò)輸電線路送到逆變器中．逆變器的結(jié)構(gòu)與整流器相同而作用剛好相反，它把高壓直流電變?yōu)楦邏航涣麟姡俳?jīng)過(guò)換流變壓器降壓，交流系統(tǒng)的電能就輸送到了交流系統(tǒng)中．在直流輸電系統(tǒng)中，通過(guò)改變換流器的控制狀態(tài)，也可以把交流系統(tǒng)中的電能送到直流系統(tǒng)中去，即整流器和逆變器是可以互相轉(zhuǎn)換的．6第6頁(yè)，共17頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

直流電與交流電的對(duì)比7第7頁(yè)，共17頁(yè)，2023年，2月20日，星期四輸送相同功率時(shí)，直流輸電所用線材僅為交流輸電的2／3～l／2。直流輸電采用兩線制，以大地或海水作回線，與采用三線制三相交流輸電相比，在輸電線載面積相同和電流密度相同的條件下，即使不考慮趨膚效應(yīng)，也可以輸送相同的電功率，而輸電線和絕緣材料可節(jié)約1／3．設(shè)兩線制直流輸電線路輸送功率為Pd，則Pd=2UdId；設(shè)三線制三相交流輸電線路所輸送的功率為Pa，8第8頁(yè)，共17頁(yè)，2023年，2月20日，星期四對(duì)于超高壓線路，功率因數(shù)一般較高，可取為0．945．設(shè)直流輸電電壓等于交流輸電電壓的最大值，即Ud=

Ua，且Id=Ia，則：9第9頁(yè)，共17頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

在電纜輸電線路中，直流輸電沒(méi)有電容電流產(chǎn)生，而交流輸電線路存在電容電流，引起損耗在一些特殊場(chǎng)合，必須用電纜輸電．例如高壓輸電線經(jīng)過(guò)大城市時(shí)，采用地下電纜；輸電線經(jīng)過(guò)海峽時(shí)，要用海底電纜．由于電纜芯線與大地之間構(gòu)成同軸電容器，在交流高壓輸線路中，空載電容電流極為可觀．一條200kV的電纜，每千米的電容約為0.2μF，每千米需供給充電功率約3×103kW，在每千米輸電線路上，每年就要耗電2.6×107kW·h．而在直流輸電中，由于電壓波動(dòng)很小，基本上沒(méi)有電容電流加在電纜上．10第10頁(yè)，共17頁(yè)，2023年，2月20日，星期四直流輸電時(shí)，其兩側(cè)交流系統(tǒng)不需同步運(yùn)行，而交流輸電必須同步運(yùn)行．交流遠(yuǎn)距離輸電時(shí)，電流的相位在交流輸電系統(tǒng)的兩端會(huì)產(chǎn)生顯著的相位差；并網(wǎng)的各系統(tǒng)交流電的頻率雖然規(guī)定統(tǒng)一為50Hz，但實(shí)際上常產(chǎn)生波動(dòng)．這兩種因素引起交流系統(tǒng)不能同步運(yùn)行，需要用復(fù)雜龐大的補(bǔ)償系統(tǒng)和綜合性很強(qiáng)的技術(shù)加以調(diào)整，否則就可能在設(shè)備中形成強(qiáng)大的循環(huán)電流損壞設(shè)備，或造成不同步運(yùn)行的停電事故．在技術(shù)不發(fā)達(dá)的國(guó)家里，交流輸電距離一般不超過(guò)300km,而直流輸電線路互連時(shí)，它兩端的交流電網(wǎng)可以用各自的頻率和相位運(yùn)行，不需進(jìn)行同步調(diào)整．11第11頁(yè)，共17頁(yè)，2023年，2月20日，星期四直流輸電發(fā)生故障的損失比交流輸電?。畠蓚€(gè)交流系統(tǒng)若用交流線路互連，則當(dāng)一側(cè)系統(tǒng)發(fā)生短路時(shí)，另一側(cè)要向故障一側(cè)輸送短路電流．因此使兩側(cè)系統(tǒng)原有開(kāi)關(guān)切斷短路電流的能力受到威脅，需要更換開(kāi)關(guān)．而直流輸電中，由于采用可控硅裝置，電路功率能迅速、方便地進(jìn)行調(diào)節(jié)，直流輸電線路上基本上不向發(fā)生短路的交流系統(tǒng)輸送短路電流，故障側(cè)交流系統(tǒng)的短路電流與沒(méi)有互連時(shí)一樣．因此不必更換兩側(cè)原有開(kāi)關(guān)及載流設(shè)備．在直流輸電線路中，各級(jí)是獨(dú)立調(diào)節(jié)和工作的，彼此沒(méi)有影響．所以，當(dāng)一極發(fā)生故障時(shí)，只需停運(yùn)故障極，另一極仍可輸送不少于一半功率的能．但在交流輸電線路中，任一相發(fā)生永久性故障，必須全線停電．

12第12頁(yè)，共17頁(yè)，2023年，2月20日，星期四我國(guó)直流輸電現(xiàn)狀及發(fā)展前景

我國(guó)在1977年就建成了第一條31kV直流輸電工業(yè)性實(shí)驗(yàn)電路．我國(guó)超高壓直流輸電工程，有從葛洲壩至上海的±500kV線路和青海龍羊峽一北京的輸電工程．

13第13頁(yè)，共17頁(yè)，2023年，2月20日，星期四直流輸電在我國(guó)有廣闊的發(fā)展前景，主要體現(xiàn)在如下方面：

①我國(guó)能源與負(fù)荷分布不均，需要大容量遠(yuǎn)距離輸電．目前，我國(guó)是的主要能源（水力資源和煤炭資源）主要集中在西南、中南、西北及華北地區(qū)，而負(fù)荷則主要集中在京津地區(qū)、東北及華東、華南地區(qū)．所以不可避免要進(jìn)行大容量遠(yuǎn)距離輸電．青海龍羊峽——北京輸電線路就屬于這一類．②用直流線路聯(lián)絡(luò)兩個(gè)交流系統(tǒng)，以取得較大的經(jīng)濟(jì)效益．葛洲壩——上海直流輸電工程屬于這一類．14第14頁(yè)，共17頁(yè)，2023年，2月20日，星期四③用海底電纜跨海送電．我國(guó)沿海島嶼眾多，許多島嶼（如舟山群島、海南島、崇明島、臺(tái)灣等）需要由大陸送電或互聯(lián)并網(wǎng)．舟山直流輸電工程就屬于這一類．④用直流通過(guò)電纜向大城市中心供電，以解決大城市電能日益增長(zhǎng)的迫切需要．在英國(guó)，已由