高压直流输电技术现状及发展前景论文_沙胜,周金

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摘要:高压直流输电(HVDC)是电力电子技术应用中重要的、成熟的技术,也是当前发展最为活跃的技术。目前,我国已具备高速发展和应用直流输电技术的条件,直流输电建成项目和立项数目也越来越多,在我国的长距离大容量输电中承担越来越重要的作用。本文着重对高压直流输电技术的应用现状及其发展进行相关分析及研究。

关键词:高压直流输电技术;应用现状,发展前景

1高压直流输电的系统构成

高压直流输电系统可分为两大类:两端直流输电系统和多端直流输电系统。两端直流输电系统只有1个整流站和1个逆变站,它与交流系统只有2个连接端口,是结构最简单的直流输电系统。多端直流输电系统具有3个或3个以上的换流站,它与交流系统有3个或3个以上的连接端口。目前世界上运行的直流输电工程中只有少数工程为多端系统,大多为两端直流系统。常规换流站鸟瞰如下图。

图1:常规换流站鸟瞰如下图

1.1两端直流输电系统

两端直流输电系统是只有1个整流站(送端)和1个逆变站(受端)的直流输电系统,也称端对端直流输电系统。两端直流输电系统有单极(正极或负极)系统,双极(正、负两极)系统和背靠背直流输电系统3种类型。(1)单极直流输电系统可以采用正极性或负极性。换流站出线端对地电位为正称正极性、为负称负极性,相应的输电导线称为正极导线或负极导线。因为正极导线的电晕电磁干扰和可听噪声均比负极导线大,况且雷电大多为负极性、正极导线雷电闪络的概率比负极导线高等原因,单极直流架空线路通常采用负极性,正极接地。单极系统一般是在输送功率小且可靠性要求不是很高时采用。单极系统的主要优点是线路结构简单、造价低,特别适用于造价昂贵的海底电缆工程。(2)大多直流输电工程采用双极系统,其可靠性和灵活性均优于单极系统,并且输送容量大,便于分期建设。双极系统通常采用双极两端中性点接地方式、双极一端中性点接地方式和双极金属中线方式。如下图所示

图2:双极原理图

(3)背靠背直流输电系统是当输电线路长度为零时的一个特例,主要用于两个非同步运行(不同频率或频率相同但非同步)的交流电力网之间的联网或送电,也称为非同步联络站。两端直流输电系统通常具有功率反送功能,其换流站既可作为整流站运行,又可作为逆变站运行。当功率反送时,整流站作为逆变站运行,而逆变站则作为整流站运行。

1.2多端直流输电系统

多端直流输电系统可以解决多电源供电或多落点受电的输电问题,它还可以联系多个交流系统或者将交流系统分成多个孤立运行的电网。多端直流输电系统比采用多个两端直流输电系统更经济,但其控制保护系统以及运行操作也更为复杂。随着具有关断能力的换流阀(如IGBT、IGCT等)的应用以及在实际工程中对控制保护系统的改进和完善,多端直流输电将具有更大的作用。

2高压输电技术的应用现状

2.1大容量远距离输电

由于我国的能源分布不均匀,大容量远距离输电有着特别重要的意义,输电发展史就是不断提高电压等级来提高线路的输送容量和输送距离。在交直流输电中,远距离输电最终要的是稳定性约束,包括系统受到小扰动是静态稳定约束和大扰动时的暂态稳定约束,线路的稳定极限传输容量会随线路距离的增长而下降,交流电路越长线路压降越大,需要采取各种措施,对于输电线路直流比交流造价低。但直流换流站的造价和运行费用比交流变电所要高,对于容量相同的,输送距离越远,直流输电的经经济性比交流输电经济性能好。一般输电线路的选择按规定确定,当直流输电换流站的造价和交流变电所的造价相等时的输电距离为等价距离。如果输送一定的功率,当输电距离大于等价距离时,采用直流输电比较经济合理。由上述可见应用于远距离输电,直流高压输电线路稳定性较强。

2.2电力系统联网

直流输电联网是电力系统发展的必然趋势,能够取得联网效益,又能够解决大电网带来的稳定性问题,比如故障引起的面积性停电问题、短路容量增大等问题,同时还提高了原交流电网的运行性能。主要优点表现为:交流同步联网必须在同一频率下同步运行,而直流截然不同为非同步联网,被联网可以以自己的频率独立运行和保持各个电网的频率、电压不会受到联网的影响;直流输电系统可以控制被联网间交换的功率;被联网电网的短路容量不会造成增加,无需考虑电缆限流措施。现阶段在工程中常用两种类型的直流联网方式,一种是整流和逆变放在一个背靠背换流站,不需要直流输电线路,可省掉直流滤波,从而使换流站的造价降低;另一种是具有联网性质的远距离大容量直流输电。

2.3直流电缆送电及增容改造

直流输电电缆输送不会受到距离限制,因为直流电的特性电缆没有电容电流,所以直流电缆传输比交流更占有优势,因此许多人口密集的城市在无法实现架空线路的时候,大城市送电多采用地下直流电缆将远处的电力输送至负荷中心。随着科技的发展新型电缆材料的应用,直流输电将成为来发展的的方向。输电线路是国家电网连接的重要枢纽。目前状况将交流输电线路改造为直流输电线路可以实现双极直流和单极直流的改造,在直流输电和交流输电电流密度相同的条件下,直流线路电流比交流增加1.5倍,大大提高了线路输电容量,提高了系统的运行可靠性,用直流输电线路进行大规模的提质改造,更能展现出可观的经济优势。对于实际的工程改造中的大类,杆塔和输电导线可以节省大部分,输电线路两端必须新建整流站和逆变站,需要增加部分投资,还要考虑使用地域的费用,具体工程要进行调查和研究,要进行全面技术经济论证。

3高压直流输电技术的发展前景

高压直流输电在目前还是一项正在发展中的技术,它远不如交流输电那样成熟和定型,但是,随着电力电子和微电子技术的发展,尤其是新型大功率半导体器件的发展,直流输电换流技术将会得到进一步提高,这必将改进直流输电工程的运行性能,降低换流站的造价,提高其运行可靠性,从而扩展其在我国的应用范围。

众所周知,我国水力资源多分布在西南、西北地区,煤炭资源主要集中在山西和内蒙一带,而用电较密集的负荷中心又主要分布在沿海地区。若把这些水力资源和煤炭资源的一部分转化为电力资源,并向用电中心输送,此输电距离都在900km以上,输送功率大于1.0×109w。可见,直流输电在我国将具有更加重要的现实意义。目前,在我国已经建成以及正在研究的直流输电工程还有西南水电向华东、华中和广东的输送,俄罗斯西伯利亚向中国送电,云南向泰国送电以及一些大区联网等工程。今后,随着我国经济的快速发展和用电量的持续增加,直流输电必将在我国西电东送、全国联网以及周边国家的联网送电中得到更大的发展。

4结束语

为了适应我国电力工业的快速发展,实现对电力资源的合理配置并满足东部经济发达地区的用电和环保要求,必须要加大对高压输变电技术研究的投入并在实际运用中尽可能发挥其技术优点。随着电力电子元器件技术的高度发展而愈趋完善,高压乃至特高压、超高压直流输电系统必将在未来的输电系统中承担越来越重要的作用。

参考文献:

[1]邓国良.高压直流输电系统发展综述[J].山西科技,2013,28(02):57-59.

[2]袁清云.特高压直流输电技术现状及在我国的应用前景[J].电网技术,2005,29(14):1-3.

[3]李兴源.高压直流输电系统[M].北京:科学出版社,2010.

作者简介:

1.沙胜(1987.6.23),性别:男;籍贯:吉林;民族:回;学历:本科 学士;职称:工程师;职务:副班长;研究方向:生产经营管理

2.周金(1987.4.27),性别:男;籍贯:江苏;民族:汉;学历:本科 学士;职称:工程师;职务:行政秘书;研究方向:生产经营管理

论文作者:沙胜,周金

论文发表刊物:《电力设备》2017年第29期

论文发表时间:2018/4/11

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