高壓直流輸電技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展前景

黃成康

摘 要：隨國(guó)內(nèi)外高壓直流輸電技術(shù)的不斷發(fā)展，直流輸電設(shè)備的制造水平也不斷提高，為持續(xù)推動(dòng)我國(guó)輸電工程建設(shè)發(fā)展，本文對(duì)主要高壓直流的最新技術(shù)應(yīng)用及發(fā)展前景進(jìn)行了總結(jié)，通過(guò)對(duì)高壓直流運(yùn)行方式的總結(jié)，指出未來(lái)技術(shù)的發(fā)展前景，結(jié)合當(dāng)下輸電工程建設(shè)中的應(yīng)用，對(duì)直流輸電技術(shù)中的尖端技術(shù)進(jìn)行解析，重點(diǎn)分析了各類高壓直流輸電技術(shù)在工程建設(shè)中應(yīng)用的利弊。

關(guān)鍵詞：高壓直流輸電技術(shù)；遠(yuǎn)距離輸電；西電東送；大電網(wǎng)互聯(lián)

東部經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展中，電力工程也成為了經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支出的重要因素之一，“西電東輸”工程就成為了我國(guó)電力系統(tǒng)的重要建設(shè)工程之一。長(zhǎng)距離、大容量輸電過(guò)程中，高壓直流輸電有著可控性、穩(wěn)定性、工程成本低的優(yōu)勢(shì)。近年來(lái)我國(guó)多項(xiàng)大中型輸電工程已成功使用此項(xiàng)輸電技術(shù)取得了顯著的成果，高壓輸電技術(shù)在實(shí)現(xiàn)電力市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)中也有這多項(xiàng)交流電所不能替代的優(yōu)勢(shì)，在實(shí)現(xiàn)大電網(wǎng)互聯(lián)中有著至關(guān)重要的作用。

1.技術(shù)現(xiàn)狀

高壓直流輸電技術(shù)目前主要應(yīng)用于長(zhǎng)距離輸電，如：架空輸電、海底電纜輸電、電網(wǎng)互聯(lián)等方面。高壓輸電技術(shù)目前在世界各國(guó)應(yīng)用范圍廣泛，尤其是經(jīng)濟(jì)比較發(fā)達(dá)的西歐等地區(qū)，2009年開始建設(shè)的全世界最長(zhǎng)的高壓輸電線路，貫通巴西西北及圣保羅地區(qū)，此工程全長(zhǎng)2500公里，工程歷時(shí)3年，在2012年底竣工，創(chuàng)造了高壓輸電工程建設(shè)之最。

改革開放以來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)的奔涌式發(fā)展，我國(guó)電力運(yùn)輸也進(jìn)入了高速發(fā)展時(shí)期。1988年建成的浙江穿山半島至舟山半島的電纜送電實(shí)驗(yàn)工程、1990年投入使用的湖北葛洲壩至上海葛南壩雙極直流輸電站線工程，葛南雙極直流輸電線路的建成標(biāo)志著我國(guó)電力工程進(jìn)入了直交流混合輸電時(shí)代，也標(biāo)志著我國(guó)第一條長(zhǎng)距離大容量的高壓直流電路的落成。

2001年我國(guó)廣西天生橋至廣東天廣的全國(guó)第二條長(zhǎng)距離大容量高壓直流輸電線路全面竣工，輸送距離960Km，額定容量1800MW。隨我國(guó)東部地區(qū)經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，相對(duì)滯后的電力工程制約了其發(fā)展，未解決這一問(wèn)題，相關(guān)部門決定興建2條高壓直流輸電線路，西電東運(yùn)，來(lái)保障華東地區(qū)的用電供給，一條為三峽左岸至江蘇常州，另一條為三峽右岸至上海三滬，全長(zhǎng)分別為970Km和1075Km。此工程已在2006年底全面投入使用，截止目前已累計(jì)約有8400MW通過(guò)這項(xiàng)工程完成了西電東送，有效的緩解了東部用電緊張的局面，為東部經(jīng)濟(jì)繁榮的景象錦上添花。2000年到2005年，廣東累積使用外來(lái)電量約10GW，其中約有780MW是通過(guò)天廣雙極直流輸電線路、湖北荊州至廣東惠州線路、貴州安順至廣東肇慶線路3條線路而來(lái)的，約占廣東外來(lái)用電總量的78%，標(biāo)志著我國(guó)高壓直流輸電技術(shù)已進(jìn)入了技術(shù)成熟時(shí)代。

2005 年 7 月我國(guó)第一個(gè)大區(qū)聯(lián)網(wǎng)的直流背靠背換流站工程靈寶背靠背直流換流站正式投入運(yùn)行， 該項(xiàng)目的直流電流為 3kA， 傳 輸 容 量 為 360MW， 華中側(cè)的交流電壓為220Kv，， 西北側(cè)的交流電壓為 330Kv。該換流站是我國(guó)第一個(gè)自主設(shè)計(jì)、 自主建設(shè)的直流工程。在建設(shè)過(guò)程中， 采用的也是利用國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的國(guó)產(chǎn)設(shè)備， 包括換流變壓器、 換流閥、 直流平波電抗器、 直流控制保護(hù)設(shè)備等。并且， 該項(xiàng)目于 2009 年 12 月完成了擴(kuò)建工程， 使該工程成為目前世界上通流能力最大的直流工程。擴(kuò)建完成后， 靈寶背靠背直流換流站成為了世界上第一個(gè)額定電流為 4500 安的直流工程，新增換流容量 75W千瓦， 使總換流能力達(dá)到原來(lái)的 3 倍多，進(jìn)一步擴(kuò)大了“西電東送”規(guī)模，增強(qiáng)了西北電網(wǎng)與華中電網(wǎng)的聯(lián)網(wǎng)能力。

2005年投入使用的靈寶背靠背直流換流站是我國(guó)第一個(gè)自主設(shè)計(jì)、自主建設(shè)的大區(qū)聯(lián)網(wǎng)的直流背靠背換流站工程，正式投入使用后，傳輸容量可達(dá)360MW，華中側(cè)、西北側(cè)交流電壓分別達(dá)到220Kv和330KV。值得一提的是此項(xiàng)目中所使用的變壓器、換流閥等保護(hù)設(shè)備也是我國(guó)科研人員利用國(guó)際先進(jìn)技術(shù)自主研發(fā)、自主生產(chǎn)的。此項(xiàng)目的建成有效的增大了“西電東送”的電容量，增強(qiáng)了華中與西北地區(qū)的互聯(lián)能力。

2.發(fā)展前景

通過(guò)高壓直流輸電技術(shù)的不斷發(fā)展，其在遠(yuǎn)距離輸電方面的可控性、穩(wěn)定性、建設(shè)成本等多方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。由于這些特性，據(jù)相關(guān)部門規(guī)劃，到2020年，規(guī)劃輸電工程達(dá)22項(xiàng)，總?cè)萘款A(yù)估70GW，計(jì)劃建設(shè)多條遠(yuǎn)距離高壓直流輸電工程。

2.1遠(yuǎn)距離傳輸中的應(yīng)用

電子技術(shù)的不斷發(fā)展，為各個(gè)行業(yè)都帶來(lái)的新的機(jī)會(huì)，高壓輸電也不例外。隨著換流器器的價(jià)格不斷降低，高壓直流輸電工程的成本也不斷降低，加上其獨(dú)有的穩(wěn)定、可控等性能優(yōu)勢(shì)，就成為了遠(yuǎn)距離輸電的首要選擇。目前，高壓直流遠(yuǎn)距離輸電技術(shù)已在世界各地廣泛應(yīng)用，隨其成本不斷的降低，其優(yōu)勢(shì)進(jìn)一步擴(kuò)大，在全世界電力運(yùn)輸?shù)谋戎匾矊⒂釉龃蟆?/p>

2.2大電網(wǎng)互聯(lián)中的應(yīng)用

高壓直流輸電在海底遠(yuǎn)距離傳輸中的具有無(wú)可替代的位置，獨(dú)有的大電網(wǎng)互聯(lián)可以有效的提高供電的可靠性、節(jié)約投資、提高運(yùn)行效益。鑒于高壓直流輸電技術(shù)在遠(yuǎn)距離供電中的顯著優(yōu)勢(shì)，世界各國(guó)勢(shì)必會(huì)不斷增加高壓直流輸電工程，減少電網(wǎng)間的相互影響作用、短路容量，保持電網(wǎng)穩(wěn)定性。

2.3應(yīng)用范圍擴(kuò)大

城市化進(jìn)程的不斷加劇，城市中心供電越來(lái)越集中化、狹窄化，供電壓力不斷增大，地下電纜輸電就成了城市中心供電日后發(fā)展的主要方向，城市人口的不斷聚集導(dǎo)致城市供電電容日益增大，供電網(wǎng)的短路容量也勢(shì)必會(huì)增大，電網(wǎng)的故障率也會(huì)大大增加，采用直流輸電可以有效的避免電容電流的產(chǎn)生，因其因其良好的功率控制性能，大大避免了短路容量的產(chǎn)生，保障了城市電網(wǎng)的安全性。直流大電網(wǎng)供電，可以發(fā)揮其集中供電，保障發(fā)電時(shí)的環(huán)保、優(yōu)質(zhì)、高效、廉價(jià)等電力特點(diǎn)。而小規(guī)模交流電發(fā)電廠，一般都是采用火力發(fā)電來(lái)進(jìn)行的，成本高、能量消耗大、污染重，經(jīng)濟(jì)效益差。與此相比，大電網(wǎng)高壓直流輸電的無(wú)論從經(jīng)濟(jì)效益還是環(huán)境保護(hù)層面都更具有優(yōu)勢(shì)，并可為日益顯著的城市化貢獻(xiàn)自己的力量。

2.4市場(chǎng)化運(yùn)作優(yōu)勢(shì)

順應(yīng)經(jīng)濟(jì)市場(chǎng)變化，送要求電力輸送安全、可靠、經(jīng)濟(jì)，而要做到電力的可靠性，就必須要保證能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)潮流的控制，電力在電網(wǎng)中自由傳輸。要實(shí)現(xiàn)能夠靈活的控制電網(wǎng)電流傳輸，高壓直流電與交流電相比有著獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，高壓直流點(diǎn)可以不受交流電網(wǎng)兩端的影響，可以嚴(yán)格按照電力輸送計(jì)劃實(shí)時(shí)監(jiān)控，可以有效的避免環(huán)流、潮流繞行等現(xiàn)象，提高電力市場(chǎng)的管理效率。

我國(guó)國(guó)土面積，幅員遼闊，資源優(yōu)化配置中重要的一環(huán)就是西電東送。能夠?qū)崿F(xiàn)西電東送，高壓直流在遠(yuǎn)距離輸電中發(fā)揮了不可替代的作用。隨著全國(guó)大電網(wǎng)互聯(lián)工程的不斷推進(jìn)，電力市場(chǎng)的進(jìn)一步開放，高壓直流輸電在電力市場(chǎng)化的舞臺(tái)上將擔(dān)當(dāng)越來(lái)越重要的角色，隨輸變新材料的出現(xiàn)，直流輸電設(shè)備成本的降低，高壓直流的輸電優(yōu)勢(shì)愈加明顯，更加確定了其在世界輸電市場(chǎng)中的競(jìng)爭(zhēng)力。

結(jié)束語(yǔ)：

高壓直流輸電技術(shù)的不斷發(fā)展，為實(shí)現(xiàn)“西電東輸”工程提供了有力的技術(shù)支持，靈寶背靠背直流換流站、葛南壩等高壓直流輸電工程有效的緩解了東部用電壓力。高壓直流電獨(dú)特的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，在未來(lái)長(zhǎng)距離送電、海底輸電、大電網(wǎng)互聯(lián)、電力市場(chǎng)化的應(yīng)用中重要地位不可替代。

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