高壓直流輸電

高壓直流輸電人類輸送電力，已有一百多年的歷史了。輸電方式是從直流輸電開始的，1874年俄國彼得堡第一次實現(xiàn)了直流輸電，當(dāng)時輸電電壓僅100V，隨著直流發(fā)電機制造技術(shù)的提高，到1885年，百流輸電電壓已提高到6000V，但要進一步提高大功率直流發(fā)電機的額定電壓，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和輸電距離增加的要求。19世紀80年代末發(fā)明了三相交流發(fā)電機和變壓器。1891年，世界上第一個三相交流發(fā)電站在德國勞風(fēng)竣工，以3104V高壓向法蘭克福輸電，此后，交流輸電就普遍的代替了直流輸電。隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，對用電的需求也快速增長。但是一次能源分布不均且距離較遠，輸電通道用地越來越緊張。為了解決上述問題，提高輸電容量，建設(shè)更高電壓級的輸電線路作為主干網(wǎng)用于遠距離輸電將是一種新的解決辦法?，F(xiàn)代輸電工程中存在著兩種輸電方式，高壓交流輸電和高壓直流輸電，而高壓交流輸電因為有著：提高傳輸容量和傳輸距離；提高電能傳輸?shù)慕?jīng)濟性；節(jié)省線路走廊；利用建立在電磁感應(yīng)原理基礎(chǔ)上的交流發(fā)電機可以很經(jīng)濟方便地把機械能、化學(xué)能等其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能；交流電源和交流變電站造價較為低廉；交流電可以方便地通過變壓器升壓和降壓，方便送配電的優(yōu)點，而被世界各個國家廣泛使用。但是，交流輸電在擁有提高傳輸容量和傳輸距離；提高電能傳輸?shù)慕?jīng)濟性；節(jié)省線路走廊；利用建立在電磁感應(yīng)原理基礎(chǔ)上的交流發(fā)電機可以很經(jīng)濟方便地把機械能、化學(xué)能等其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能；交流電源和交流變電站造價較為低廉；交流電可以方便地通過變壓器升壓和降壓，方便送配電的優(yōu)點的同時也存在著一些問題。交流輸電線路中，除了有導(dǎo)線的電阻損耗外還有交流感抗的損

耗。為了解決交流輸電電阻的損耗，采用高壓和超高壓輸電來減小電流來減小損耗。但是交流電感損耗不能減小。因此交流輸電不能做太遠距離輸電。如果線路過長輸送的電能就會全部消耗在輸電線路上；跨過海峽給海島輸電時要用水下電纜，穿過人口密集的城市輸電時要用地下電纜，電纜在金屬芯線的外面包著一層絕緣皮，水和大地都是導(dǎo)體，被絕緣皮隔開的金屬芯線和水（或大地）構(gòu)成了電容器，在交流輸電的情況下，這個電容對輸電線路的受電端起旁路電容的作用，并且隨著電纜增長而增大，旁路電容會增大到交流幾乎送不出去；另外交流輸電并網(wǎng)還要考慮相位的一致。如果相位不一致兩組發(fā)電機并網(wǎng)會互相抵消。為了解決這些不足，我們在電力輸電系統(tǒng)中引入高壓直流輸電。形成高壓交流、高壓直流并存的輸電系統(tǒng)。高壓直流輸電有著許多優(yōu)點，可以很好的解決高壓交流輸電中的不足。高壓直流輸電不存在系統(tǒng)穩(wěn)定問題，可實現(xiàn)電網(wǎng)的非同期互聯(lián)，而交流電力系統(tǒng)中所有的同步發(fā)電機都保持同步運行，直流輸電的輸送容量和距離不受同步運行穩(wěn)定性的限制，還可連接兩個不同頻率的系統(tǒng)，實現(xiàn)非同期聯(lián)網(wǎng)，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性；限制短路電流，如用交流輸電線連接兩個交流系統(tǒng)，短路容量增大，甚至需要更換斷路器或增設(shè)限流裝置，然而用直流輸電線路連接兩個交流系統(tǒng)，直流系統(tǒng)的“定電流控制”將快速把短路電流限制在額定功率附近，短路容量不因互聯(lián)而增大；線路造價低，對于架空輸電線，交流用三根導(dǎo)線，而百流一般用兩根采用大地或海水作回路時只要一根，能節(jié)省大量的線路建設(shè)費用。對于電纜，由于絕緣介質(zhì)的直流強度遠高于交流強度，如通常的油浸紙電纜，百流的允許工作電壓約為交流的3倍，百流電纜的投資少得多；年電能損失小，直流架空輸電線只用兩根，導(dǎo)線電阻損耗比交流輸電小；沒有感抗和容抗的無功損耗；沒有集膚效應(yīng)，導(dǎo)線的截面利用充分，百流架空線路的“空間電荷效應(yīng)”使其電暈損耗和無線電干擾都比交流線路?。徽{(diào)節(jié)快速，運行可靠，直流輸電通過可控硅換流器能快速調(diào)整有功功率，實現(xiàn)“潮流翻轉(zhuǎn)”（功率流動

方向的改變），在正常時能保證穩(wěn)定輸出，在事故情況下，可實現(xiàn)健全系統(tǒng)對故障系統(tǒng)的緊急支援，也能實現(xiàn)振蕩阻尼和次同步振蕩的抑制，在交直流線路并列運行時，如果交流線路發(fā)生短路，可短暫增大直流輸送功率以減少發(fā)電機轉(zhuǎn)子加速，提高系統(tǒng)的可靠性；沒有電容充電電流，直流線路穩(wěn)態(tài)時無電容電流，沿線電壓分布平穩(wěn)，無空、輕載時交流長線受端及中部發(fā)生電壓異常升高的現(xiàn)象，也不需要并聯(lián)電抗補償；大幅度降低線路建設(shè)投資成本，節(jié)省輸電走廊，提高線路傳輸能力。直流電能的輸送只需1根（單極）或2根（雙極）導(dǎo)線與大地構(gòu)成傳輸回路。例如±500kV蔡白線輸電線路的兩極導(dǎo)線（每極均為四分裂導(dǎo)線），分別與在三峽蔡家沖和上海白鶴兩頭的換流站接地極（大地）構(gòu)成傳輸回路，使設(shè)計輸送功率達到300萬kW；與同等交流輸電容量等級的線路相比，百流輸電線路的鐵塔與鐵塔基礎(chǔ)設(shè)計要小得多；換流站少，例如蔡白線就只有兩座換流站。因此，直流輸電方式比較適合遠距離大功率的電力輸送；線路在運行中產(chǎn)生的電磁幅射非常小，其電暈損耗和無線電干擾均比交流架空輸電線路小很多，屬于綠色輸電；交流電并網(wǎng)輸電需要嚴格掌握“同相序”、“同頻率”、“同電壓”，直流并網(wǎng)輸電只需掌握“同極”、“同電壓”即可；高壓直流輸電特別適合使用海底電纜為載體的傳輸。因此，高壓直流輸電可以用于遠距離大功率輸電；聯(lián)系不同頻率或相同頻率而非同步運行的交流系統(tǒng)；作網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)和區(qū)域系統(tǒng)之間的聯(lián)絡(luò)線（便于控制、又不增大短路容量）以海底電纜作跨越海峽送電或用地下電纜向用電密度高的大城市供電；在電力系統(tǒng)中采用交、直流輸電線的并列運行，利用直流輸電線的快速調(diào)節(jié)，控制、改善電力系統(tǒng)的運行性能。以解決高壓交流輸電所不能解決的問題和領(lǐng)域。但是高壓直流輸電也存在著許多問題問題。換流裝置較昂貴。這是限制直流輸電應(yīng)用的最主要原因。在輸送相同容量時，直流線路單位長度的造價比交流低，而直流輸電兩端換流設(shè)備造價比交流變電站貴很多。這就引起了所謂的“等價距離”問題。消耗無功功率多。一般每端換流站消耗無功功率約為輸送功率的

40%?60%,需要無功補償。產(chǎn)生諧波影響。換流器在交流和直流側(cè)都產(chǎn)生諧波電壓和諧波電流，使電容器和發(fā)電機過熱、換流器的控制不穩(wěn)定，對通信系統(tǒng)產(chǎn)生干擾。不能用變壓器來改變電壓等級。線路污穢外絕緣。線路電暈環(huán)境。線路離子流場。百流偏磁問題。輸電系統(tǒng)的穩(wěn)定性。缺乏直流開關(guān)。直流無波形過零點，滅弧比較困難。日前把換流器的控制脈沖信號閉鎖，能起到部分開關(guān)功能的作用，但在多端供電式，就不能單獨切斷事故線路，而要切斷整個線路。雖然高壓直流輸電仍然存在著上述幾個大問題，但是我們更應(yīng)該看清它的優(yōu)點和優(yōu)勢。我國能源與負荷分布的嚴重不平衡以及未來電力發(fā)展的巨大空間迫切需要特高壓直流輸電技術(shù)。特高壓直流輸電技術(shù)符合電力工業(yè)發(fā)展規(guī)律和電網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展方向，而且根據(jù)