淺議高壓直流輸電技術(shù)的發(fā)展

熊二虎

摘 要：簡要介紹了直流輸電的產(chǎn)生和發(fā)展歷史，以及我國高壓直流輸電的現(xiàn)狀，分析了高壓直流輸電的優(yōu)缺點(diǎn)，為以后的電力傳輸工程建設(shè)提供參考。

關(guān)鍵詞：直流輸電；發(fā)展歷史；現(xiàn)狀；優(yōu)缺點(diǎn)

1 直流輸電的發(fā)展

自1882年法國以其2KV的直流發(fā)電機(jī)56KM的傳輸里程開創(chuàng)了直流輸電的先河，直流輸電技術(shù)的應(yīng)用和不斷進(jìn)步就一直伴隨著人類歷史前行?？煽毓Q流器的研制并成功運(yùn)行為直流輸電技術(shù)提供了發(fā)展契機(jī)，最具代表性的就是瑞典在1954年投入商業(yè)運(yùn)行的世界上第一個(gè)直流輸電工程——哥特蘭直流輸電工程，其電纜線路全長96Km，輸電容量為20MW，送電電壓為±100KV，換流閥為汞弧閥，于1970年更換為可控硅整流閥，并將送電電壓升至±150KV。隨著可控硅技術(shù)的成熟發(fā)展，1972年，基于可控硅閥的新一代高壓直流輸電系統(tǒng)在加拿大伊爾河流域的背靠背直流工程中正式運(yùn)行使用，該工程的建成投產(chǎn)，標(biāo)志著直流工程的整流技術(shù)出現(xiàn)了新的飛躍，告別了汞弧換流閥， 步入了大規(guī)模采用可控硅整流閥的新里程。自此，直流輸電工程項(xiàng)目在全世界范圍內(nèi)蓬勃發(fā)展，投產(chǎn)總?cè)萘恐鹉昕焖龠f增。

我國的高壓直流輸電起步相對較晚，直到1987年，我國首個(gè)自主建成的工業(yè)實(shí)驗(yàn)性直流輸電工程在舟山正式運(yùn)行，全部的設(shè)備均由國內(nèi)制造。隨后陸續(xù)建成的葛南工程、天廣工程、三常工程、三廣工程、三滬工程、貴廣Ⅱ回工程等，使得我國的直流輸電技術(shù)逐步趕上世界先進(jìn)水平，如今，我國已擁有世界上最先進(jìn)的直流輸電技術(shù)，截止到2008年已投運(yùn)了10余項(xiàng)工程，并且各區(qū)域的高壓直流輸電工程也在不斷上馬，標(biāo)志著高壓直流輸電將會成為我國電網(wǎng)的重要組成部分，在未來具有廣闊的發(fā)展前景。

除此之外，為了適應(yīng)我國國民經(jīng)濟(jì)和電力需求的快速增長，國家電網(wǎng)公司于2004年底明確提出了加快建設(shè)以百萬伏級交流和±800kV級直流系統(tǒng)特高壓電網(wǎng)為核心的堅(jiān)強(qiáng)國家電網(wǎng)的戰(zhàn)略目標(biāo)。最具代表性的是我國自主研發(fā)、設(shè)計(jì)和建設(shè)的世界上首條電壓等級最高、輸電距離最遠(yuǎn)、輸送容量最大、技術(shù)最先進(jìn)的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的“向家壩—上?！?00kV高壓直流輸電示范工程”，于2011年7月8日正式投入運(yùn)行。這一工程是迄今為止，世界上電壓等級最高、輸送容量最大、送電距離最遠(yuǎn)、技術(shù)最先進(jìn)的特高壓直流輸電工程。而正在建設(shè)當(dāng)中的預(yù)計(jì)2013年年底雙極低端投運(yùn)的哈密南——鄭州直流輸電工程，以其2210KM的線路長度、±800KV的送電電壓將是另一個(gè)記錄創(chuàng)造者。

2 高壓直流輸電的優(yōu)勢

之所以高壓直流輸電能夠在全球范圍內(nèi)蓬勃發(fā)展，除了歸功于整流技術(shù)的不斷進(jìn)步以及大功率整流器件的出現(xiàn)之外，更重要的是高壓直流輸電有著交流輸電不可比擬的優(yōu)勢。

⑴低耗材。傳統(tǒng)的三相交流線路需要三根導(dǎo)線，并且線路走廊寬，而直流輸電線路只需正、負(fù)兩極導(dǎo)線，其桿塔的結(jié)構(gòu)簡單，線路走廊窄，此外，一條同電壓的直流輸電線路輸送容量約為交流輸電線路的2倍，直流輸電的線路走廊，其傳輸效率約為交流線路的2倍甚至更多一點(diǎn)。

⑵遠(yuǎn)距離、大容量。直流輸電并不存在交流輸電的功角穩(wěn)定問題，因此不會由于靜態(tài)穩(wěn)定或暫態(tài)穩(wěn)定性能變差而降低輸送容量。這是直流輸電傳輸功率的重要特點(diǎn)，也是它的一大優(yōu)勢。直流輸電的輸送容量由換流閥電流允許值決定，輸送容量和距離不受兩端的交流系統(tǒng)同步運(yùn)行的限制，有利于遠(yuǎn)距離大容量輸電。

⑶易互聯(lián)。對于交流輸電系統(tǒng)，并網(wǎng)中的各個(gè)系統(tǒng)必須同步運(yùn)行，否則可能在設(shè)備中形成強(qiáng)大的循環(huán)電流而損壞設(shè)備，或者停電事故。而直流輸電兩端的交流系統(tǒng)不需要同步運(yùn)行，可實(shí)現(xiàn)不同額定頻率或相同額定頻率交流系統(tǒng)之間的非同期聯(lián)絡(luò)，提高兩側(cè)交流系統(tǒng)互為備用以及事故緊急支援的能力，從而提高交流系統(tǒng)的穩(wěn)定性和供電的經(jīng)濟(jì)性。

⑷調(diào)節(jié)快速、準(zhǔn)確。直流輸電采用的換流器是基于電力電子器件構(gòu)成的電能控制電路，通過晶閘管閥等電力電子器件換流器能夠迅速、方便的調(diào)節(jié)直流線路的電流、電壓和功率，從而可以方便、快速、靈活、準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)有功潮流的增減和雙向傳送，向交流系統(tǒng)提供功率、頻率及電壓支持。當(dāng)交流系統(tǒng)發(fā)生故障或受到擾動(dòng)時(shí)，利用直流輸電的調(diào)節(jié)作用，能有效地提高交流系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

3 高壓直流輸電的缺點(diǎn)

雖然直流輸電解決了很多交流輸電存在的難題，但是直流輸電本身所固有的缺點(diǎn)也限制了直流輸電的應(yīng)用范圍。

⑴換流器在運(yùn)行時(shí)會產(chǎn)生交流諧波和直流諧波，若處理不當(dāng)將其引入交流系統(tǒng)會給交流電網(wǎng)帶來很多問題。為了降低諧波的影響需在交流側(cè)和直流側(cè)加裝濾波器組，這樣無形中就增加了換流站的占地面積和運(yùn)行成本。

⑵晶閘管式換流器在直流電傳輸過程中會吸收大量的無功功率，高達(dá)有功功率的60%，這就需要加裝無功功率補(bǔ)償裝置來進(jìn)行控制，從而增加了換流站的成本和控制的復(fù)雜性。

4 結(jié)論

縱觀直流輸電的發(fā)展歷史，雖然在不同的歷史階段會存在很多技術(shù)性難題，但是隨著電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，直流輸電技術(shù)會越來越完善和成熟，在電網(wǎng)中的優(yōu)勢地位將會越來越無法取代。在交流輸電局限性的驅(qū)使下，技術(shù)問題只是時(shí)間問題，并不能改變直流輸電的發(fā)展趨勢以及廣闊的發(fā)展前景。