直流輸電的優勢與前景
2019-11-03 09:58:47
供稿：網友
陳士軍 北京供電公司朝陽供電分公司
摘 要：簡要敘述了直流輸電的應用、直流輸電的優勢，并與交流輸電進行了技術和經濟比較。
關鍵詞：直流輸電；交流輸電；輸電技術
1 前 言
直流輸電的發展歷史到現在已有百余年了，在輸電技術發展初期曾發揮作用，但到了20世紀初，由于直流電機串接運行復雜，而高電壓大容量直流電機存在換向困難等技術問題，使直流輸電在技術和經濟上都不能與交流輸電相競爭，因此進展緩慢。
20世紀50年代后，電力需求日益增長，遠距離大容量輸電線路不斷增加，電網擴大，交流輸電受到同步運行穩定性的限制，在一定條件下的技術經濟比較結果表明，采用直流輸電更為合理，且比交流輸電有較好的經濟效益和優越的運行特性，因而直流輸電重新被人們所重視。
2 近半個世紀高壓直流輸電的應用
1950年蘇聯建成一條長43km、電壓200kV、輸送功率為3萬kW的直流試驗線路。1954年，瑞典把高壓直流輸電技術應用于高特蘭島到瑞典本土的海底電纜，總長96km，電壓100kV，送電容量2萬kW。1961年，英法兩國采用海底電纜，建成100kV、160 MW、總長65km的直流輸電線路，把兩國交流電力系統連接了起來，再次推動了直流輸電的發展。到60年代，海底電纜的輸電工程幾乎都采用直流輸電，直流輸電方式在跨越寬闊海峽的特殊自然條件下，優點更為突出。80年代，可控硅換流器在大型直流輸電工程中嶄露頭角，巴西的伊泰普直流輸電工程，使直流輸電壓達到±600kV，輸電功率達到6 300MW，輸送距離806km，發展之迅速可見一斑。我國高壓直流輸電起步較晚，1977年曾建成一條31kV直流輸電工業性試驗電纜線路。浙江舟山跨海直流輸電工程（電壓100kV，輸電容量5萬kW）亦已完成。1987年建成葛滬±500kV超高壓直流輸電工程（西起湖北宜昌葛洲壩換流站，東到上海奉賢），輸送距離1 080km，分兩期建設，先建單極500kV，輸送容量60萬k W，1988年建成雙極。該工程的兩座換流站設備是從瑞士和西德引進的。
近20年來，隨著電力電子技術的發展，高壓直流輸電迅速發展。自1972年加拿大建成世界上第一座可控硅換流站以來，可控硅技術不斷進步，容量增大，可靠性提高，價格逐漸降低，直流輸電更趨成熟，已成為電力傳輸的一種重要方式。特別是光纖和計算機等新技術的發展，使直流輸電系統的控制、調節與保護更趨完善，進一步提高了直流輸電系統運行的可靠性。與此同時，直流輸電應用于非同步聯絡站也有較大發展，到1985年底世界上有芬蘭－蘇聯非同步聯絡站等11個工程相繼投產，說明直流輸電技術在交流電力系統的聯網和分割功能方面將充分發揮作用。
3 直流輸電的優勢
直流輸電的再次興起并迅速發展，說明它在輸電技術領域中確有交流輸電不可替代的優勢。尤其在下述情況下應用更具優勢：
（1）遠距離大功率輸電。直流輸電不受同步運行穩定性問題的制約，對保證兩端交流電網的穩定運行起了很大作用。
（2）海底電纜送電是直流輸電的主要用途之一。輸送相同的功率，直流電纜不僅費用比交流省，而且由于交流電纜存在較大的電容電流，海底電纜長度超過40km時，采用直流輸電無論是經濟上還是技術上都較為合理。
（3）利用直流輸電可實現國內區網或國際間的非同步互聯，把大系統分割為幾個既可獲得聯網效益，又可相對獨立的交流系統，避免了總容量過大的交流電力系統所帶來的問題。
（4）交流電力系統互聯或配電網增容時，直流輸電可以作為限制短路電流的措施。這是由于它的控制系統具有調節快、控制性能好的特點，可以有效地限制短路電流，使其基本保持穩定。
（5）向用電密集的大城市供電，在供電距離達到一定程度時，用高壓直流電纜更為經濟，同時直流輸電方式還可以作為限制城市供電電網短路電流增大的措施。
4 直流輸電與交流輸電的技術比較
4．1 直流輸電的優點
（1）直流輸電不存在兩端交流系統之間同步運行的穩定性問題，其輸送能量與距離不受同步運行穩定性的限制；
（2）用直流輸電聯網，便于分區調度管理，有利于在故障時交流系統間的快速緊急支援和限制事故擴大；
（3）直流輸電控制系統響應快速、調節精確、操作方便、能實現多目標控制；
（4）直流輸電線路沿線電壓分布平穩，沒有電容電流，不需并聯電抗補償；
（5）兩端直流輸電便于分級分期建設及增容擴建，有利于及早發揮效益。
4．2 直流輸電的缺點
（1）換流器在工作時需要消耗較多的無功功率；
（2）可控硅元件的過載能量較低；
（3）直流輸電在以大地或海水作回流電路時，對沿途地面地下或海水中的金屬設施造成腐蝕，同時還會對通信和航海帶來干擾；
（4）直流電流不像交流電流那樣有電流波形的過零點，因此滅弧比較困難。
5 直流輸電與交流輸電的經濟比較
（1）直流架空線路投資省。直流輸電一般采用雙極中性點接地方式，直流線路僅需兩根導線，三相交流線路則需三根導線，但兩者輸送的功率幾乎相等，因此可減輕桿塔的荷
重，減少線路走廊的寬度和占地面積。在輸送相同功率和距離的條件下，直流架空線路的投資一般為交流架空線路投資的三分之二。
（2）直流電纜線路的投資少。相同的電纜絕緣用于直流時其允許工作電壓比用于交流時高兩倍，所以在電壓相同時，直流電纜的造價遠低于交流電纜。
（3）換流站比變電站投資大。換流站的設備比交流變電站復雜，它除了必須有換流變壓器外，還要有目前價格比較昂貴的可控硅換流器，以及換流器的其它附屬設備，因此換流站的投資高于同等容量和相應電壓的交流變電站。
（4）在相同的可比條件下，當輸電線路長度大于等價距離時，采用直流輸電所需的建設費用比交流輸電省。
（5）運行費用較省。根據國外的運行經驗，線路和站內設備的年折舊維護費用占工程建設費用的百分數，交流與直流大體相近。但直流輸電電能損耗在導線截面相同、輸送有功功率相等的條件下，是交流輸電的三分之二。
現已有不少國家試制成功直流斷路器和負荷開關，并正在研究利用這些開關設備與直流輸電的控制技術相結合，以實現多端直流輸電。
當前對高溫超導的研究正方興未艾，它在強電方面應用的可能性也與日俱增。超導用于直流輸電要比用于交流輸電更為有利，可以期待在不遠的將來，超導將使電能的傳輸發生劃時代的變革，并進一步推進直流輸電的發展。
摘自 北極星電技術網
