直流输电.doc

特高压直流输电的发展概况和技术特点
【摘要】 文章论述了特高压直流输电的概念和在国内外的发展情况，介绍了特高压直流输电工程的技术特点和工程设计问题，阐述了特高压直流输电对我国电网建设和经济发展的影响和意义以及在我国的发展前景。
【关键词】 特高压直流输电
引言
特高压电网是指由特高压骨干网架、超高压、高压输电网、配电网及高压直流输电系统共同构成的分层、分区，结构清晰的大电网。其中，国家电网特高压骨干网架是指由1000kV级交流输电网和±600kV级以上直流输电系统构成的电网。
电力工业的快速增长、电网容量的不断增大对输电技术提出了许多新的要求：发展“西电东送”的需要；电网增容及改善电网结构的需要；全国联网的需要：提高电网安全稳定运行水平的需要。而特高压电网能够提高输送容量；缩短电气距离，提高稳定极限；降低线路损耗；减少工程投资；节省走廊面积；降低短路电流；加强连网能力。其经济高效使特高压输电成为迫切需要研究解决的问题。
一 特高压直流输电的发展
1.1特高压直流输电的概念
直流输电是目前世界上电力大国解决高电压、大容量、远距离送电和电网互联的一个重要手段。直流输电是将交流电通过换流器变换成直流电，然后通过直流输电线路送至受电端并通过换流器变成交流电，最终注入交流电网。
特高压直流输电（UHVDC——Ultra HighVoltage Direct Current transmission）是指±800kV（±750kV）及以上电压等级的直流输电及相关技术。
1.2 特高压直流输电的发展
特高压直流输电技术起源于20世纪60年代，瑞典Chalmers大学1966年开始研究±750kV导线。1966年后，前苏联、巴西等国家也先后开展了特高压直流输电研究工作，80年代曾一度形成了特高压输电技术的研究热潮。1978年，前苏联曾动工建设哈萨克斯坦——中俄罗斯的长距离直流输电工程，输送距离2400km，电压等级±750kV，输电容量为6GW。试制出工程所用的全套设备，两端换流站完成了大部分土建及设备安装工作，直流线路建成1090km，不过最终没有投入运行。1994 年为了开发亚马逊河的水力资源，巴西电力研究中心和 ABB 组织了包括±800kV 特高压直流输电的研发工作，后因工程停止而终止了研究工作。目前巴西又将亚马逊河流的水力资源开发列入议事日程，准备恢复特高压直流输电的研究工作。我国与印度也在积极开展特高压直流输电的研究[1]。
从2003年8月开始，南方电网公司就组织开展了±800kV特高压直流输电技术的应用研究部分研究成果达到了国际领先水平。2006年8月10日，由国家电网组织、中国电科院承担的特高压直流试验基地成功奠基。2007年5月，北京特高压直流试验基地投入使用。2008年，西藏高海拔直流试验基地建成。2009年，国家电网公司对±800kV 向家坝—上海特高压直流线路工程展开了如火如荼的建设。2010年，国家电网将进一步推进向家坝—上海特高压直流输电示范工程，锦屏—苏南特高压直流输电工程建设；加快溪洛渡—浙西特高压直流工程的核准建设进度。
二 典型特高压直流输电工程概况
2007年4月26日，国家发展和改革委正式核准建设第1回特高压直流输电工程——向家坝至上海±800kV特高压直流输电工程。本工程西起向家坝复龙换流站，东至上海奉贤换流站，采用±800kV 直流输电方案，直流电流按4kA 设计，输电能力为6200～6400MW，航空直线约1715km，方案长度1916.5km，包括4 次长江大跨越。
向家坝·上海±800kV特高压直流输电工程创下了18项世界纪录，是迄今为止目前世界上电压等级最高、输送容量最大、输送距离最远、技术难度最复杂的工程。是国家电网公司积极落实科学发展观，大力推进西部大开发战略，将西部水电资源优势转化成经济优势，实现节能减排，推动社会和谐发展、可持续发展的具体实践。该工程的成功建设，对于我国能源发展战略和电网建设具有技术创新的示范效应，树立国家电网公司良好的企业形象，具有十分重要的意义。
三 特高压直流输电的技术特点
3.1特高压直流输电系统
特高压直流输电的系统组成形式与超高压直流输电相同，但单桥个数、输送容量、电气一次设备的容量及绝缘水平等相差很大。换流站主接线的典型方式为每极2组12脉动换流单元串联，也可用每极2组12脉动换流单元并联。特高压直流输电采用对称双极结构，即每个12脉动换流器的额定电压均为400kV，这样的接线方式使运行灵活性可靠性大为提高。特高压直流输电的运行方式有：双极运行方式、双极混合电压运行方式、单击运行方式和单极半压运行方式等。换流阀采用二重阀，空气绝缘，水冷却控制角为整流器触发角15°；逆变器熄弧角17°。换流变压器形式为单相双绕组，油浸式；短路阻抗16%-18%；有载调压开关共29档，每档1.25%。换流站平面布置为高、低压阀厅及其换流变压器采用面对面布置方式，高压阀厅布置在两侧，低压阀厅布置在中间。（1）
3.2 特高压直流输电技术的主要特点
（1）特高压直流输电系统中间不落点，可点对点、大功率、远距离直接将电力送往负荷中心。在送受关系明确的情况下，采用特高压直流输电，实现交直流并联输电或非同步联网，电网结构比较松散、清晰。
（2）特高压直流输电可以减少或避免大量过网潮流，按照送受两端运行方式变化而改变潮流。特高压直流输电系统的潮流方向和大小均能方便地进行控制。
（3）特高压直流输电的电压高、输送容量大、线路走廊窄，适合大功率、远距离输电。
（4）在交直流并联输电的情况下，利用直流有功功率调制，可以有效抑制与其并列的交流线路的功率振荡，包括区域性低频振荡，明显提高交流的暂态、动态稳定性能。
（5）大功率直流输电，当发生直流系统闭锁时，两端交流系统将承受大的功率冲击。（2）
3.3 与超高压直流输电比较
和±600千伏级及600千伏以下超高压直流相比，特高压直流输电的主要技术和经济优势可归纳为以下六个方面：
（1）输送容量大。采用4000安培晶闸管阀，±800千伏直流特高压输电能力可达到640万千瓦，是±500千伏、300万千瓦高压直流方式的2.1倍，是±600千伏级、380万千瓦高压直流方式的1.7倍，能够充分发挥规模输电优势。
（2）送电距离长。采用±800千伏直流输电技术使得超远距离的送电成为可能，经济输电距离可以达到2500公里甚至更远，为西南大水电基地开发提供了输电保障。
（3）线路损耗低。在导线总截面、输送容量均相同的情况下，±800千伏直流线路的电阻损耗是±500千伏直流线路的39％，是±600千伏级直流线路的60％，提高输电效率，节省运行费用。
（4）工程投资省。根据有关设计部门的计算，对于超长距离、超大容量输电需求，±800千伏直流输电方案的单位输送容量综合造价约为±500千伏直流输电方案的72％，节省工程投资效益显著。
（5）走廊利用率高。±800千伏、640万千瓦直流输电方案的线路走廊为76米，单位走廊宽度输送容量为8.4万千瓦/米，是±500千伏、300万千瓦方案和±620千伏、380万千瓦方案的1.3倍左右，提高输电走廊利用效率，节省宝贵的土地资源；由于单回线路输送容量大，显著节省山谷、江河跨越点的有限资源。
（6）运行方式灵活。国家电网公司特高压直流输电拟采用400＋400千伏双十二脉动换流器串联的接线方案，运行方式灵活，系统可靠性大大提高。任何一个换流阀模块发生故障，系统仍能够保证75％额定功率的送出。（4）
3.4与特高压交流输电比较
与特高压交流输电相比，±800kV特高压直流输电的特点是：
（1）线路中间无落点，直接将大量电力送至负荷中心。
（2）在交/直流并联输电方式时，可利用直流输电的快速可控性来有效抑制区域性低频振荡，提高断面动稳定极限。
（3）解决受端交流电网短路电流过大的问题。（5）
四 工程设计问题
近年来我国在充分借鉴现有超高压直流输电的大量经验和教训的基础上，不断改进和优化特高压直流输电的工程设计。具体措施如下：
（1）特高压直流输电工程必须按更高的可靠性要求进行工程设计。在主接线、设备参数选取、过负荷能力要求、滤波器设计、避雷器设置、外绝缘设计以及在控制保护系统方面采取了有针对性的措施。
（2）6英寸晶闸管和换流阀更有利于特高压系统的优化设计，其研发和工程应用可以得到保障。（3）通过对选站和布置的深入研究，进一步优化特高压换流站的土地使用。
（4）高度重视特高压直流的电磁干扰，所有电磁环境指标均不劣于已投运的常规直流工程的指标。
（5）工程设计中根据站址环境污秽条件，采用户外直流开关场设计。（3）
五 特高压直流输电的应用前景
特高压直流在我国的应用前景广阔。以国家电网为例，金沙江一期溪洛渡和向家坝送出工程将采用3回±800千伏、640万千瓦直流特高压送出，四川锦屏水电站采用1回±800千伏、640万千瓦直流特高压送出，以上工程计划在2011年底～2016年期间陆续建成投运。金沙江二期乌东德、白鹤滩水电站送出工程也将采用3回±800千伏、640万千瓦直流特高压送出。发展特高压直流输电，还为我国后备能源基地西藏水电和新疆煤电开发提供经济的输电方式，为加强与俄罗斯、蒙古、哈萨克斯坦等国的电力合作提供技术保障。（6）
结语
如今，随着特高压输电技术的深入研究和工程的建设发展，一个以特高压为骨干网架、各级电网协调发展的坚强国家电网正在向我们走来，这一快捷、高效的电力“高速公路”将建设起结构合理、技术先进、资源配置能力强的现代化大电网，促进大煤电基地、大水电基地、大核电和大型可再生能源基地的集约化开发，不断促进能源资源在全国乃至更大范围内的合理配置，保障国家能源安全，促进能源可持续发展，为我经济社会发展提供更清洁、更高效、更经济的能源支撑。（7）

参考文献
[1] 韩民晓，文俊，徐永海等，高压直流输电原理与运行，机械工业出版社，2008年9月
[2] 中国电力网，特高压直流输电技术的主要特点，2008年10月20日09:43
[3] 刘泽洪，高里迎，余军，±800kV特高压直流输电技术研究，北京：国家电网公司，2007
[4] 英大网，与超高压直流输电相比，特高压直流输电有哪些技术和经济优势，2009年9月
[5] 英大网，从系统特性看，特高压直流输电和特高压交流输电有哪些区别，2009年7月
[6] 英大网，特高压直流输电在我国应用前景如何，2009年7月
[7] 人民网-能源频道，中国特高压：打造国家竞争优势。2009年1月19日