特高壓直流輸電的技術特點與應用探究

三峽大學　欽雨晨

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特高壓直流輸電的技術特點與應用探究

三峽大學欽雨晨

【摘要】特高壓直流輸電在電力系統(tǒng)中有著廣泛應用，對電力輸送效率起著極大影響，直接關系到電力企業(yè)經(jīng)濟效益的高低，提高特高壓直流輸電應用水平是眾多電力企業(yè)的重要要求。本文就通過對特高壓直流輸電技術的分析，探討其技術特點和實際應用，來促進特高壓直流輸電技術應用水平的提升。

【關鍵詞】特高壓直流輸電；技術特點；應用

1　特高壓直流輸電技術概述

1.1技術特點

在直流輸電中，其電壓等級與交流輸電并不完全相同，特高壓直流輸電是指電壓等級超過600kV，其技術特點主要包括以下幾方面：

首先，在特高壓直流輸電系統(tǒng)中，采取的是點對點、遠距離、大功率輸送模式，無需中間落點，能夠?qū)㈦娏χ苯虞斔偷截摵芍行?；當供受兩端確定后，特高壓直流輸電可以并聯(lián)或者非同步聯(lián)網(wǎng)來進行輸電，其所構成的電網(wǎng)結構較為清晰、簡單。

其次，特高壓直流輸電技術對過網(wǎng)潮流、大小的控制較為方便，可以避免過大潮流從電網(wǎng)經(jīng)過對電網(wǎng)造成的負擔。

第三，特高壓直流輸電技術的電壓等級相對較高，能夠輸送較大容量電能，線路的走廊要求相對較小，對于大功率、遠距離輸電有著較好適用性。

第四，特高壓直流輸電可以與交流輸電并聯(lián)使用，通過直流有功功率調(diào)制方式，來對并聯(lián)交流線路功率振蕩、低頻振蕩等起到較好抑制效果，交流電的暫態(tài)與動態(tài)穩(wěn)定性得到顯著提高。

第五，在特高壓直流輸電中，如果出現(xiàn)直流系統(tǒng)閉鎖，會對兩端交流系統(tǒng)產(chǎn)生較大功率沖擊，造成設備受損。

1.2優(yōu)勢

特高壓直流輸電技術的優(yōu)點主要體現(xiàn)在經(jīng)濟性方面和技術性兩方面，以特高壓直流輸電與高壓直流流輸電相比，其經(jīng)濟性優(yōu)勢有：

第一，在輸送容量方面，輸電系統(tǒng)均為4000A晶閘管閥時，±800kV特高壓直流輸電容量和± 600、±500kV高壓直流輸電分別是640萬KW、380 萬KW和300萬KW，前者分別是后兩者的1.7倍、2.1倍，輸送容量優(yōu)勢顯著，適用于大規(guī)模輸電。

其次，在送電距離方面，依靠800kV特高壓直流輸電技術，其經(jīng)濟輸電距離能夠突破2500km，有助于長距離經(jīng)濟輸電的實現(xiàn)。

第三，在線路損耗方面，當輸送容量、導線截面保持一致時，±800kV特高壓直流輸電的線路損耗分別是±600、±500kV高壓直流輸電的60%和39%，其線路損耗更低，輸電效率具有較為突出優(yōu)勢，能夠降低運行成本。

第四，在投資成本方面，比較單位輸送容量造價，±800kV特高壓直流輸電大約是±500kV高壓直流輸電的72%，能夠節(jié)省大量造價成本。

從技術層次來說，特高壓直流輸電技術的優(yōu)勢主要有：首先，輸電系統(tǒng)十分穩(wěn)定，特高壓直流輸電系統(tǒng)與電網(wǎng)之間能夠?qū)崿F(xiàn)非同期互聯(lián)，不會受到同步穩(wěn)定運行的限制，能夠?qū)蓚€頻率不同系統(tǒng)聯(lián)系起來，系統(tǒng)穩(wěn)定性較好。

其次，短路電流容易限制，在直流輸電連接兩端的電流系統(tǒng)時，其本身的定電流控制，可以實現(xiàn)短路電流的快速限制，不會因為互聯(lián)而造成短路容量的增大。

第三，運行調(diào)節(jié)方便，可靠性高，直流輸電能夠利用可控硅換流器在短時間內(nèi)外完成有功功率調(diào)整；在遇到事故時，可以有效抑制h震蕩阻尼與次同步振蕩；當發(fā)生交流線路短路時，可以通過增大直流輸電功率，來降低發(fā)電機的轉(zhuǎn)子加速，保證系統(tǒng)的可靠。

2　特高壓直流輸電技術的應用分析

2.1拓撲結構

在近些年來，特高壓直流輸電的拓撲結構主要有多端直流和公用接地極兩種，其中，多端直流是通過連接多個換流站來共同組成直流系統(tǒng)，在電壓源換流器發(fā)展背景下，出現(xiàn)了混合型多端直流和極聯(lián)式多端直流，前者是將合理分配同一極換流器組的位置，電源端與用戶端都是分散分布。

公用接地極是通過幾個工程公用接地極的方式，來降低工程整體造價成本，提升接地極利用水平，提高工程經(jīng)濟效益、社會效益；但也存在接地電流容易過大、檢修較為復雜等不足。

2.2換流技術

在特高壓直流輸電的換流技術方面，主要有電容換相直流輸電技術和柔性直流輸電技術兩種，其中，電容換相直流輸電技術是通過將換相電容器串接到直流換流器與換流變壓器中，利用串聯(lián)電容來對換流器無功消耗進行補償，減少換流站的向設備，能夠有效降低換相失敗的可能，提高系統(tǒng)抗干擾能力，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定。

柔性直流輸電是以VSC成熟為基礎的，是一種通過脈沖寬度調(diào)制方法來對VSC進行控制，實現(xiàn)直流輸電的技術，其優(yōu)點是控制方式靈活，可以完成有功無功解耦控制。

2.3晶閘管技術

在特高壓直流輸電中，晶閘管是必不可少的部件，從電觸發(fā)晶閘管開始，逐漸發(fā)展出了光觸發(fā)晶閘管、碳化硅晶閘管，功率不斷提升，對特高壓直流輸電的實現(xiàn)起著重要保障作用。在近些年來，碳化硅晶閘管應用越來越加廣泛，具有較高耐壓水平和擊穿電場強度，可以顯著降低運行損耗，是未來發(fā)展的重要趨勢。

2.4光電式電流互感器

光電式電流互感器（CT）是為解決電磁式互感器弊端而出現(xiàn)的，在特高壓直流輸電中也占據(jù)著較為重要的地位，常見的包括有源型CT和以同光程原理為基礎、以旋光效應為基礎的CT。

在特高壓直流輸電中，有源型CT使用的位置主要有直流極母線、濾波器組等，存在故障率高、維護困難等不足；以旋光效應為基礎的CT測量精度容易受現(xiàn)場震動影響，實用性方面還存在差距；以同光程原理為基礎的CT優(yōu)點明顯，包括抗震性、絕緣特性等，都較為良好，且沒有飽和效應，已經(jīng)有成功應用案例。

2.5控制保護系統(tǒng)

特高壓直流輸電的核心是控制保護系統(tǒng)，直接關系到輸電的效率、安全，近些年來，隨著計算機技術、通訊技術等各方面技術的不斷進步，控制保護系統(tǒng)也得到很大水平提高，系統(tǒng)的處理能力成倍增強、硬件水平日益提高，逐漸朝著硬件平臺化、軟件模塊化、現(xiàn)場總線技術通用化等多個方面發(fā)展，控制保護系統(tǒng)的功能越來越加強大。

2.6直流集控技術

直流集控技術是現(xiàn)代特高壓直流輸電規(guī)模不斷擴大趨勢的一種必然要求，對特高壓直流輸電的智能化、集約化等有著重大作用，可以實現(xiàn)多直流彼此間的有功支援、無功平衡以及阻尼協(xié)調(diào)等，常用的模式有站級局域網(wǎng)延伸和分層分布模式兩種。

3　結語

綜上所述，隨著我國電力需求的不斷增加和電力行業(yè)的迅猛發(fā)展，對特高壓直流輸電的要求勢必也會不斷提高，了解特高壓直流輸電技術的特點，掌握其相關技術應用情況，對特高壓直流輸電建設有著重大意義。

參考文獻

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Technical characteristics and application of extra high voltage direct current transmission

China Three Gorges University, Qin Yuchen

Abstract:UHV DC transmission lines in the power system is widely used, the power transmission efficiency plays a great influence, is directly related to the level of the economic benefit of power enterprise, improve the level of special highvoltage direct current transmission application is an important requirement for many electric power enterprises.

Key words:extra high voltage direct current transmission; technical characteristics; application