高压直流输电的发展现状及趋势

高压直流输电的发展现状及趋势摘要：我国正处于经济转型的重要时期。电网的发展面临着巨大的挑战。DC输电具有传输距离长、容量大、可控性好等特点，已经受到人们的高度重视，并在许多输电工程中承担了主要的输电任务。今后，我们必须在我国电网建设中做好DC输电的研究和规划工作。本文在中国直流输电发展的基础上，结合中国直流输电的现状和规划，对未来中国直流输电的发展趋势进行了深入研究。关键词：高压直流输电发展趋势介绍高压直流输电技术自20世纪50年代兴起以来，已经发展了40多年，并且已经成为一项日益成熟的技术。到2002年，世界上已有82个高压直流输电项目成功投入运行。据估计，到2020年，世界上将有50多个高压直流输电项目投入运行。20世纪80年代，随着晶闸管技术和世界电网技术的发展；高压直流输电技术取得了长足的发展。首先，由于网络的要求，有14个背靠背项目，约占新项目的一半。第二，世界上最长的DC线已经建成。扎伊尔的1700公里因加-沙巴项目和巴西的伊塔普项目，这两个项目的电压水平最高，传输容量最大。20世纪90年代，世界上第一个复杂的三端高压直流输电项目(魁北克-新英格兰项目)竣工，世界上最长的海底电缆高压直流输电项目(瑞典-德国波罗的海项目)竣工。1中国直流输电的发展自20世纪50年代末，中国开始研究DC传输技术。20世纪60年代，电子科学研究院建立了一个汞弧阀模拟器。20世纪70年代，上海完全依靠国内技术力量，利用废弃的交流电缆线路，建成了31kV DC试验线，开始了DC传输技术在中国的应用。(1)已投入运行的DC输电项目1)舟山DC输电工程是我国制造的第一个跨海DC输电试验项目，额定电压100千伏，功率50MW。1987年12月投入试运行，主要用于舟山群岛供电。2)葛尚DC输变电工程是中国第一个大型DC工程。该项目的设计和设备制造由瑞士的ABB公司(瑞士的BBC公司)和德国的西门子公司承包。1987年底，单极500千伏输电功率600兆瓦；已经完成。1998年，一个双极500千伏电力传输系统完成了1200兆瓦的电力。3)天广DC输电工程DC额定电压为500千伏，额定输电功率为1800兆瓦。三光DC的建成使南方电网成为中国第一个交流/DC并联输电系统。天广线采用的新DC传输技术包括DC有源滤波器、DC流光检测元件、精确定位故障位置的脉冲回波检测装置、实时多处理控制和保护系统(西门子信同步系统)、局域网控制系统、操作员操作工作站和全球定位系统技术。4)嵊泗DC输电工程是我国制造的另一个低功率跨海DC输电试验项目。该项目采用双极海水电路，额定DC电压为50千伏，额定传输功率为60兆瓦。它于2003年正式投入运营，主要用于为嵊泗岛宝钢矿石码头供电。(2)在建的DC输电工程1)三相直流输电工程是我国在建的输电能力最大的直流工程之一。该项目自2000年以来一直在建设中。到2002年底，一个1500兆瓦的单极500千伏发射功率已经完成。2003年5月，一条总长度为890公里的双极500千伏输电线路竣工，输电能力为3000兆瓦。采用的新技术包括实时多处理控制和保护系统(瑞典ABB公司的MSRCH2系统)、光纤通信和供操作员操作工作站的全球定位系统技术。(2)2001年开工的三光DC输电工程计划于2003年底竣工，单极500千伏输电能力1500兆瓦；2004年上半年，一条双极500千伏输电线路开通3)贵广直流输电工程，2001年开工，计划2004年竣工，单杆500千伏输电能力1500兆瓦；2005年，一条总长度为900公里、输电能力为3000兆瓦的双极500千伏输电线路竣工。这是南方电网从西向东的第二条直流线路。采用了西门子的SINADYND实时多处理器控制和保护系统、全球定位系统DC流光探测元件和光纤通信等新技术。4)灵宝背靠背DC输电工程将连接西北和华中。建设始于2003年，计划于2005年完成。它的双极容量为120千伏，传输容量为360兆瓦。DC工程设备完全是国产的。(3)规划中的DC输电项目2020年前规划中的DC输电项目包括：1)小湾、糯扎渡至广东300万千瓦项目。2)奚落杜并向中国中部和东部的大坝输送了1600万千瓦的电力。3)300万千瓦西南水电送赣闽工程。4)广东和海南通过DC电缆连接，传输容量为100万千瓦。2008年，三峡友谊李安堂500千伏，300万千瓦DC工程将投入运行。开元-江门600千伏、3千瓦DC项目；糯扎渡-湛江市，600千伏，350万千瓦，向海南供电。高压直流输电技术在中国电力系统的应用，集中了现代电力电子和通信等各个领域的新技术。通过这些新技术在DC传输系统中的应用，它们也得到了改进和发展。2中国DC输电规划近年来，中国经济的快速发展使电力行业面临巨大挑战。据有关部门预测，到2020年，中国发电总装机容量将达到9.5亿千瓦。安全、稳定、经济地将电能从电站传输到指定区域是电网建设的主要目的。由于其优越的特性，直流输电方式必将在未来电网建设中发挥重要作用。例如，我国正在建设的西电东送项目传输距离长，传输容量大，DC传输模式更适合，尤其是UHV交流输电的电压水平有限，DC传输是目前最好的模式。随着科学技术的发展，越来越多的智能电网已经建成。当一个电网缺电时，另一个电网可以支持它，提高电网的工作效率。然而，由于同步范围的扩大，当一个电网发生故障时，其他电网通常会发生故障，影响正常传输。DC传输法可以很好地避免这一问题，隔离不同的电网，将故障控制在一定范围内。目前，中国已建成多项长距离DC输电工程，如三相DC输电工程和贵广DC输电工程，传输距离约1000公里，传输能力300万千瓦。多年的实践经验表明，DC传输技术具有很大的优势。我国已经建成、正在建设和计划建设许多DC输电项目。传输容量和传输距离正在逐步提高。例如，金沙江等水电站向华东电网等项目输送电能，输送距离约为2000公里。在全国联网项目中，DC背靠背联网正在逐步实现。随着直流输电技术的发展，高压输电技术也越来越成熟。在此基础上，人们开始研究和开发直流超高压输电，如我国的金沙江输电工程，并已经开始了直流超高压输电的实践。根据中国的计划，在未来一段时间内，中国将与俄罗斯、中亚等国合作，在中国建设10多个直流超高压输电项目，建设世界上容量最大、电压最高、距离最长、最先进的直流超高压示范工程。3传输在中国的发展趋势随着我国电力资源的开发和大型水电站、火力发电厂的建设，输电距离越来越远，输电容量越来越大，对输电的安全性和稳定性要求也越来越高。如果将来要更好地应用DC输电技术，就必须不断提高额定电压水平和额定输电能力。目前，我国大部分DC输电工程的电压等级都在500千伏左右，可以满足1000公里的输电距离。对于长距离输电，电压水平应该提高到600千伏或更高。通过实际调查发现，DC输变电工程运行初期的可靠性和稳定性较低。单极故障和双极故障经常发生，需要一年以上的磨合时间。因此，提高DC输电工程的稳定性，降低故障概率是未来DC输电技术的发展趋势。目前，DC输电的换相失败概率较高，换相失败后需要较长的恢复时间。为了更好地应用DC传输，需要优化控制方法和措施，提高DC传输的动态性能，发挥DC传输的调制效应，减少交流谐波的干扰，避免DC对交流系统的影响。由于中国地理面积大，电网覆盖面大，有许多电网与交流电网和DC电网并联运行。经过多年的运行，积累了一些经验。随着近年来DC输电工程的建设，交流和DC并联运行系统势必面临更加复杂的问题。研究交流和DC并联系统的结构和更好的运行方案，提高整个输电系统的稳定性，是DC输电发展的一个重要课题。来自同一起点的多回路DC传输和来自同一着陆点的多回路DC馈入是DC传输操作中遇到的问题。随着我国DC输电工程数量和规模的增加，它们逐渐出现在电网运行中。如何解决这些问题，保证电网在工程建设和测试阶段的稳定运行，也是DC输电发展的重要内容。4传输的优势(1)在传输相同功率时，DC传输所用的导线仅为交流传输的2/3 1/2。DC传输采用双线制，并使用地球或海水作为回流线路。与三线制和三相交流输电相比，在输电线路载流量和电流密度相同的情况下，即使不考虑集肤效应，也能传输相同的电能，输电线路和绝缘材料可节省1/3。如果集肤效应和各种损耗(绝缘材料的介电损耗、磁感应引起的涡流损耗、架空线的电晕损耗等)。)时，用于以相同功率传输交流电力的导体的横截面积大于或等于用于DC电力传输的导体的横截面积的1.33倍。因此，用于DC电力传输的电线几乎是交流电力传输的一半。同时，DC输电塔的结构比同等容量的三相交流输电简单，线路走廊的占地面积也较小。(2)在电缆传输线路中，DC传输不产生容性电流，而交流传输线路有容性电流，造成损耗。在一些特殊的场合，电缆必须用于电力传输。例如，当高压输电线路穿过大城市时，就使用地下电缆。当传输线穿过海峡时，使用海底电缆。由于同轴电容器形成在电缆芯和地之间，所以在交流高压输电线路中空载电容电流非常大。对于200千伏电缆，每公里电容约为0.2F，每公里充电功率约为3103千瓦，每公里功耗为每年2.6107千瓦时。在DC传输中，由于电压波动小，基本上没有电容电流加到电缆上。(3)DC输电时，两侧交流系统不必同步运行，交流输电必须同步运行。在交流远距离传输过程中，电流的相位会在交流传输系统的两端产生明显的相位差。尽管连接到电网的每个系统的交流频率被设置为50HZ，但实际上它经常波动。这两个因素导致交流系统不能同步运行，需要用复杂庞大的补偿系统和综合技术进行调整。否则，由于异步运行，设备中可能会形成强循环电流，损坏设备或导致断电。在技术不发达的国家，交流输电距离一般不到300公里，而DC输电线路相互连接，两端的交流电网可以各自的频率和相位运行，无需同步调整。(4) DC传输故障损失小于交流传输。如果两个交流系统通过交流线路互连，当系统的一侧短路时，另一侧将向故障侧输送短路电流。因此，系统两侧原有开关切断短路电流的能力受到威胁，需要更换开关。在DC传输中，由于采用了晶闸管器件，电路功率可以快速方便地调节。短路电流基本上不会输送到交流系统，因为DC输电线路会发生短路。故障侧交流系统的短路电流与无互联时相同。因此，没有必要更换原有的开关和两侧的载流设备。结论直流输电在中国电网发展中一直占据着重要的地位。随着近年来直流输电的优势越来越明显，我国应加强直流输电技术的研发，大力发展设备制造和输电技术，并结合我国现有电网结构和控制保护技术，提高直流输电的稳定性和安全性，以促进我国电网的发展。未来输电技术的发展必然具有经济性和安全性的特点。虽然DC输电技术已发展多年，相关设备和技术也日趋成熟，但仍有很大的发展空间，特别是在输电电压水平和降低故障概率方面。如果这些领域能够取得突破，中国DC输电技术一定会取得更大的进步。参考：魏光民、曹云东、付强。中国高压直流输电工程技术展望。沈阳工程学院学报(自然科学版)。2009 (01): 50-52。张颖。高压直流输电控制技术和新型换流器技术。机械制造和自动化。2008 (02): 123-125。郭奕君。高压直流输电系统现状及发展综述。西部科技。2008 (15): 12-13。4浙江大学DC传动教研室，DC传动M，北京，水利电力出版社1985。李新元。高压直流输电系