高压直流输电的发展现状及趋势.doc

高压直流输电的发展现状及趋势 摘 要：我国正处于经济转型的重要时期，电网发展面临巨大的挑战，直流输电的输送距离远、容量大、可控性等特点，非常受到人们的重视，已经在很多输电工程中担任主要的送电任务，在今后我国电网建设中，必须做好直流输电的研究和规划工作。本文在我国直流输电发展的基础上，结合我国直流输电的现状和规划，对我国今后直流输电的发展趋势，进行了深入的研究。 关键词：高压直流输电 直流输电 发展趋势 HVDC 0 引言高压直流（HVDC）技术，自50年代兴起后，以经历了40多年的发展，成为一项日渐成熟的技术，至2002年，世界上已成功投运的HVDC工程已达82项，预计至2020年，世界还将有约50项HVDC工程投入运行。80年代，随着可控硅技术以及世界电网技术发展；HVDC技术得到一个阶跃性的发展。其一，由于联网的要求，背靠背工程有14项，约占新建工程的一半；其二，建成了目前世界上最长的直流线路。1700KM的扎伊尔英加-沙巴工程以及电压等级最高、输送容量最大的巴西伊泰普工程。90年代世界上第一复杂的三端HVDC工程（魁北克-新英格兰工程）完成，并建成了世界上最长的海缆HVDC工程（瑞典-德国的BALTIC工程）。 1 我国直流输电的发展 我国自20世纪50年代末就开始直流输电技术的研究，60年代在电科院建立起汞弧阀模拟装置。70年代在上海，完全依靠国内技术力量，利用报废的交流电缆线路，建立起31kV直流试验线路，开始了直流输电技术在我国的运用。 （1） 已经投运的直流输电工程1）舟山直流输电工程，是我国自己制造的第一项跨海直流输电试验工程，额定电压100kV，功率50MW。1987年12月投入试运行，主要用于向舟山群岛供电。2）葛上直流输电工程是我国第一项大型直流工程。该工程的设计、设备制造由瑞士ABB（瑞士BBC）公司和德国西门子公司承包。1987年底建成单极500 kV，输送电力600MW；1998年建成双极500 kV，输送电力1200MW。3）天广直流输电工程额定直流电压500 kV，额定输送功率1800MW。三广直流的建成，使南方电网成为我国第一个交直流并联输电系统。天广线采用的直流输电新技术有直流有源滤波器、直流电流光检测元件、脉冲回声检测装置以准确定位故障位置、实时多处理控制保护系统（西门子公司的SINSDYND系统）、局域网控制系统、运行人员操作工作站和GPS技术。4）嵊泗直流输电工程，是我国自己制造的另一项小功率跨海直流输电试验工程。该工程采用双极海水回路，额定直流电压50 kV，额定输送功率双极60MW。2003年正式投入运行，主要用于向嵊泗岛宝钢矿石码头供电。 （2） 在建的直流输电工程1）三常直流输电工程，是我国在建的输电容量最大的直流工程之一。该工程从2000年开始建设，2002年底已建成单极500 kV，输送电力1500MW ；2003年5月建成双极500 kV，输送电力3000MW，输电线路全长890km。采用的新技术有实时多处理控制保护系统（瑞典ABB公司的MSRCH2系统）、光纤通信、运行人员操作工作站的GPS技术。2）三广直流输电工程，从2001年开始建设，计划2003年底建成单极500 kV，输送电力1500MW；2004年上半年建成双极500 kV，输送是力3000MW，是华中南方两大电网联络线。也采用了ABB的MSRCH2实时多处理器控制保护系统、光纤通信和检测、 GPS等多项新技术。3）贵广直流输电工程，从2001年开始建设，计划2004年建成单极500 kV，输送电力1500MW；2005年建成双极500 kV，输送电力3000MW，输电线路全长900km，是南方电网西电东送的第2条直流线路。采用了西门子公司的SINADYND实时多处理器控制保系统、GPS直流电流光检测元件和光纤通信等新技术。4）灵宝背靠背直流输电工程，将西北与华中联网。从2003年开始建设，计划2005年建成，双极120 kV，输送电力360MW，该 直流工程设备完全国产化。 （3） 规划中的直流输电工程在2020年前计划建设的直流输电工程有：1）小湾、糯扎渡送广东的300万kW工程。2）奚落渡、向家坝向华中、华东送电1600万kW。3）西南水电送江西、福建的300万kW项目。4）广东与海南用直流电缆联网，输送容量为100万kW。2008年将投运三峡右一练塘，500 kV，300万kW直流工程；开远一江门，600 kV，300 kW万直流工程；糯扎渡一湛江市，600 kV，350万kW，向海南送电。高压直流输电技术在我国电力系统中的运用，集中了当代电力电子、通信等各个领域的新技术。这些新技术通过在直流输电系统的应用，也得到了有断的完善和发展。2 我国直流输电的规划 近些年我国经济快速发展，使得电力工业面临巨大的挑战，据相关部门的预测，到2020年时，我国的发电装机总容量将会达到9.5亿Kw，而将电能从发电站安全、稳定、经济的输送到指定地区，是电网建设的主要目的，而直流输电的方式，由于其优越的特点，必然会在未来的电网建设中，发挥出重要的作用。如我国建设的西电东输工程，输电的距离很远，输电的容量较大，直流输电方式更加适合，尤其是超高压交流输电的电压等级有限，采用直流输电目前是最佳的方式。 随着科学技术的发展，智能电网的建设越来越多，将一定区域内的电网联合起来，在某个电网缺失功率时，另一个电网可以支援，提高电网的工作效率，而交流输电的方式，由于同步范围的延伸，某个电网发生故障时，通常会造成其他的电网也产生故障，影响正常的输电。直流输电的方式，可以很好的避免这个问题，将不同的电网隔绝开，把故障控制在一定的范围内，目前我国已经建设了多条远距离直流输电工程，如三常直流输电工程、贵广直流输电工程等，输送的距离都在1000公里左右，送电容量都在300万Kw。多年的实践经验表明，直流输电技术有着很大的优势，我国已建、在建和计划建设的直流输电工程有很多，输送电容量和输电距离都在逐渐的提高，如金沙江等水电站输送到华东电网等工程，输送距离可以达到2000公里左右，全国联网工程中，在逐步的实现直流背靠背互联。随着直流输电技术的发展，高压输电技术已经比较成熟，人们在此基础上开始研发直流特高压输电，如我国的金沙江送出工程等，已经开始直流特高压输电的实践，根据我国的计划，在未来的一段时间内，我国将与俄罗斯和中亚等国家合作，在我国建设超过10条直流特高压输电工程，并打造世界上容量最大、电压最高、距离最长、技术最先进的直流特高压样板工程。 3 我国直流输电的发展趋势 随着我国电力资源开发的深入，巨型水电站和火电站的建设，输电的距离越来越远，输送电容量越来越大，对输电的安全性和稳定性的要求也越来越高，直流输电技术要想在未来得到更好的应用，必须不断的提高额定电压等级和额定输送容量，目前我国的直流输电工程，电压等级大多为500KV左右，这个电压等级能够满足输电距离1000公里，对于更远距离的输电，电压等级应该提升到600KV左右，甚至更高。 通过实际的调查发现，直流输电工程在投入运行的早期，可靠性和稳定性较低，经常会出现单极故障和双极故障，需要1年多的磨合时间，因此提高直流输电工程的稳定性，减少故障发生的几率，是未来直流输电技术的发展趋势。 目前直流输电换相的失败几率较大，在换相失败后需要很长的恢复时间，直流输电要想更好的应用，必须优化控制的方法和测量，提高直流输电的动态性能，将直流输电的调制作用发挥出来，同时减少交流谐波的干扰，避免直流对交流系统的影响。 由于我国的地域面积较大，电网的覆盖范围也很大，交流、直流并联运行的电网有很多，经过了多年的运行，已经积累了一定的经验，随着近些年直流输电工程的建设，交直流并联运行系统必然会面临更加复杂的问题，研究交直流并联系统的结构和更好的运行方案，提高整个输电系统的稳定性，是直流输电发展的重要问题。 同起点多回直流送出和同落点多回直流馈入是直流输电运行中遇到的问题，随着我国直流输电工程建设数量和规模的增加，逐渐在电网运行中显现，如何在工程建设和试验阶段，把这些问题解决，保证电网的稳定运行，也是直流输电发展的重要内容。4 直流输电的优点输送相同功率时，直流输电所用线材仅为交流输电的2/3l/2，直流输电采用两线制，以大地或海水作回线，与采用三线制三相交流输电相比，在输电线载面积相同和电流密度相同的条件下，即使不考虑趋肤效应，也可以输送相同的电功率，而输电线和绝缘材料可节约1/3。如果考虑到趋肤效应和各种损耗（绝缘材料的介质损耗、磁感应的涡流损耗、架空线的电晕损耗等），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的截面积的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.同时，直流输电杆塔结构也比同容量的三相交流输电简单，线路走廊占地面积也少。在电缆输电线路中，直流输电没有电容电流产生，而交流输电线路存在电容电流，引起损耗。在一些特殊场合，必须用电缆输电.例如高压输电线经过大城市时，采用地下电缆；输电线经过海峡时，要用海底电缆.由于电缆芯线与大地之间构成同轴电容器，在交流高压输线路中，空载电容电流极为可观.一条200kV的电缆，每千米的电容约为0.2F，每千米需供给充电功率约3103kw，在每千米输电线路上，每年就要耗电2.6107kwh.而在直流输电中，由于电压波动很小，基本上没有电容电流加在电缆上。直流输电时，其两侧交流系统不需同步运行，而交流输电必须同步运行.交流远距离输电时，电流的相位在交流输电系统的两端会产生显著的相位差；并网的各系统交流电的频率虽然规定统一为50HZ，但实际上常产生波动.这两种因素引起交流系统不能同步运行，需要用复杂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循环电流损坏设备，或造成不同步运行的停电事故.在技术不发达的国家里，交流输电距离一般不超过300km而直流输电线路互连时，它两端的交流电网可以用各自的频率和相位运行，不需进行同步调整。直流输电发生故障的损失比交流输电小。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，另一侧要向故障一侧输送短路电流.因此使两侧系统原有开关切断短路电流的能力受到威胁，需要更换开关.而直流输电中，由于采用可控硅装置，电路功率能迅速、方便地进行调节，直流输电线路上基本上不向发生短路的交流系统输送短路电流，故障侧交流系统的短路电流与没有互连时一样.因此不必更换两侧原有开关及载流设备。5 结语 直流输电在我国电网的发展中，一直占有重要的位置，随着近些年直流输电优势越来越明显，加强我国直流输电技术的研发，大力发展设备制造和输电技术，结合我国现有的电网结构和控制保护技术，提高直流输电的稳定性和安全性，促进我国电网的发展。 未来输电技术的发展，必然具有经济性、安全性等特点，直流输电技术虽然经过了多年的发展，相关的设备和技术都趋于成熟，但是依然有很大的发展空间，尤其是在输电电压等级、减少故障几率方面，如果能够在这些方面取得突破，我国直流输电技术必然会取得更大的进步。 参考文献： 1 魏广民，曹云东，富强.中国高压直流输电工程技术的展望J.沈阳工程学院学报（自然科学版）. 2009（01）：50-52. 2 张莹.高压直流输电控制技术及换流新技术J. 机械制造与自动化. 2008（02）：123-125. 3 郭毅军.高压直流输电系统的现状及发展概述J.中国西部科技. 2008（15）：12-13.4浙江大学直流输电教研组，直流输电M，北京，水利电力出版社1985.5 李欣源编著.高压直流输电系统的运行和控制M.北京.科学出版社.1998.6 袁清云.特高压直流输电技术现状及在我国的应用前景J.电网技术2005，147刘泽洪，高理迎，余军.800kV特高压直流输电技术研究J.电力建设，2007（10）.8程江.高压直流输电技术的特点及其在我国的发展前景J.江西电力职业技术学院学报，2005（02）.9舒印彪，刘泽洪，高理迎，王绍武.800kV 6400MW特高压直流输电工程设计J.电网技术，2006（01）.10叶昌林.高压直流输电技术应用前景探讨J.东方电气评论，1996（02）.