摘要：随着我国经济的快速发展，用电需求不断增加，为了满足国内直流输电工程的建设需要，紧跟直流输电设备制造水平的前沿技术，对直流输电技术发展的最新成果进行总结。支出将电流自然换相技术与柔性直流技术相结合构成多端直流输电技术是未来直流输电技术的发展方向。本文在我国直流输电发展的基础上，结合我国直流输电的现状和规划，对我国今后直流输电的发展趋势进行深入研究。
关键词：高压直流输电；直流输电；发展趋势
一、高压直流输电优劣势分析
1.劣势
由于直流输电换流变电所多，结构比较复杂，造价高，元器件损耗严重，如晶闸管换流时消耗大量无功功率，直流输电特性造成接地技术问题，直流电流没有过零投切，给断路器灭弧带来的困难，所以应采取充分研究并采取预防措施。
2.优势
由于直流输电架空线路需要两级导线正极和负极，线杆结构简单、造价低、损耗小，在直流电压下，线路电容不存在，没有电容电流，不易老化，不用考虑输电的稳定性，有助于远距离大容量送电，提高电力系统的质量和可靠性，有利于增容建设、节省投资效率。
二、直流输电主接线拓扑结构
1. 特高压直流输电
国家电网公司主导建设的特高压直流输电工程采用双 12 脉动阀组串联技术。特高压直流拓扑最显著的特点为解决了为提高系统可用率而产生的换流器的在线投退问题。对一个极而言，既可以采用单组 12 脉动换流阀运行，也可以采用 2 组 12脉动换流阀串联运行，每个阀组都并联了旁路断路器和旁路隔离开关，允许一个阀组退出运行后另一个阀组继续运行。该接线方案中，每极高低 12脉动换流器两端设计电压相同，其正送和反送率传输方向下运行方式有 40 余种，灵活的运行方式也大大提高了特高压直流输电系统的可靠性。
2. 多端直流
多端直流即由多个换流站及其间连接的输电线路组成的高压直流系统，早在 20 世纪 60 年代就有相关原理阐述。目前投运的系统包括意大利—科西嘉—撒丁岛三端系统、魁北克—新型格兰系统等。多端系统可以实现多点直流联网，实现分区电力消纳，各换流站出线大大减少，短路电流水平降低；其次，可以有效解决交流系统潮流回转问题，减轻了受端交流系统的压力。充分利用现有交流系统的输送能力，可降低受端交流系统投资。近年来，随着电压源换流器（voltage source converter，VSC）技术的成熟，有学者提出了混合型多端直流输电技术，该技术结合了 2 种换流技术的特点，常规直流用于高电压强馈入系统接入，VSC则用于无源或弱馈入系统联网或分散电源的接入，结构如图 1 所示
图1 混合型多端直流结构
极联式多端直流是我国电力工作者结合我国实际最先提出的一种多端直流拓扑结构，如图 2所示。该拓扑是将同一极的换流器组合理分布于不同的物理点，送端或受端都可能由地理位置上不同的若干换流端组成，整个系统控制方式与一条含多换流器组的特高压直流线路的控制没有区别，也可以灵活的安排不同地点的阀组灵活的投退运行。该拓扑的核心是电源接入点及负荷馈出点分散分布，由此带来的优点包括：减少了从交流电源到送端换流站的联系输变电工程投资；减少了单一换流端无功功率的压力，便于无功合理就地平衡；通过分区消纳电力，各换流站出线大大减少，短路电流水平降低；有效解决了交流系统潮流回转问题，减轻了受端交流系统的压力。极联式多端高压直流输电在一次设备的制造上没有技术难点，特高压直流多阀组投退的成功经验可以直接移植。需要验证的是广域范围下直流输电控制保护系统受通讯延时的影响，并要注意结合送、受端电网稳定问题设计合适的故障响应策略，并可以结合送、受端潮流情况合理设计每一换流阀组输送功率的协调分配控制策略。
图2 极联式多端直流拓扑结构
3. 公用接地极
接地极拓扑设计是直流输电系统设计的重要部分。根据直流输电系统拓扑的不同，接地极系统的主要功能包括钳制中性点电位、提供直流电流通路等。我国能源和负荷中心均较集中，在一个有限区域内往往规划了数个整流或逆变站，直流接地极选址和设计将越来越困难。最典型的如金沙江上游地区已建并计划建设3条800 kV 直流输电线路从溪洛渡和向家坝水电站送出电力，建设1条800 kV直流输电线路从锦屏电站送出电力。4 条直流线路的送端均处山区，不易找到合适的接地极。典型的受端区域，如华东地区已有三峡送出工程的 3 条500 kV 直流及800 kV 复奉系统落点，后续还将有锦苏工程等?800 kV 工程的接地极需要规划，上述区域内接地极址的选择已比较困难。在一些换流站集中区域的接地极设计中，已提出了共用接地极的思路。共用接地极可以减少接地极（址）数量、降低工程投资、提高接地极的利用效率，具有显著的社会效益和经济效益，但也存在一些问题，如不平衡运行方式时接地极电流过大；整流侧中性点电压的偏移直接导致线路到中性线的电压偏移额定值，逆变侧中性点电压的偏移直接导致线路对地电压偏移额定值；接地极线路检修工作安排较单独接地极方式复杂等。
三、高电压大容量换流变压器
为了输送更大功率，目前高压直流输电正朝着更高电压、更大容量的方向发展，这对换流变压器提出了更高绝缘水平和更大单台容量的双重要求。不断提高变压器外形尺寸可满足上述 2 个要求，但是实际工程运输等限制要求设计人员在高电压、大容量和运输限制条件间寻找合理的设计方案。用于直流输电的超高压换流变压器阀侧绕组，除承受一般交流变压器的交流电压和冲击电压外，还要承受叠加的直流电压作用。800 kV 直流输电高端 800 kV 变压器阀侧对地直流电压为800 kV，此处换流变压器的结构最复杂，研制也最困难。设计 800 kV换流变压器要认真进行交直流电场分析、主纵绝缘结构确定、绕组散热特性研究、直流偏磁的控制与影响分析、漏磁场分布分析、动热稳定与可靠性分析，并在设计中注意防止油流带电现象。
四、我国直流输电的发展趋势
随着我国电力资源开发的深入，巨型水电站和火电站的建设，输电的距离越来越远，输送电容量越来越大，对输电的安全性和稳定性的要求也越来越高，直流输电技术要想在未来得到更好的应用，必须不断的提高额定电压等级和额定输送容量，目前我国的直流输电工程，电压等级大多为±500KV左右，这个电压等级能够满足输电距离1000公里，对于更远距离的输电，电压等级应该提升到±600KV左右，甚至更高。
通过实际的调查发现，直流输电工程在投入运行的早期，可靠性和稳定性较低，经常会出现单极故障和双极故障，需要1年多的磨合时间，因此提高直流输电工程的稳定性，减少故障发生的几率，是未来直流输电技术的发展趋势。
目前直流输电换相的失败几率较大，在换相失败后需要很长的恢复时间，直流输电要想更好的应用，必须优化控制的方法和测量，提高直流输电的动态性能，将直流输电的调制作用发挥出来，同时减少交流谐波的干扰，避免直流对交流系统的影响。
同起点多回直流送出和同落点多回直流馈入是直流输电运行中遇到的问题，随着我国直流输电工程建设数量和规模的增加，逐渐在电网运行中显现，如何在工程建设和试验阶段，把这些问题解决，保证电网的稳定运行，也是直流输电发展的重要内容。
结语
当前我国电网系统建筑和发展的过程中，高压输电技术的应用有重要的意义，不仅很好的满足人们日常生活和生产的相关需求，促进我国国民经济的增长，现在我国的高压输电技术在实际应用的过程中，存在很多问题，但是也具有广阔的发展空间，有利于我国经济的稳定发展。
参考文献：
[1]郭毅军.高压直流输电系统的现状及发展概述[J].中国西部科技. 2008（15）：12-13.
[2]张莹.高压直流输电控制技术及换流新技术[J]. 机械制造与自动化. 2008（02）：123-125.
[3]魏广民，曹云东，富强.中国高压直流输电工程技术的展望[J].沈阳工程学院学报（自然科学版）. 2009（01）：50-52.
论文作者:宋宇
论文发表刊物:《基层建设》2018年第30期
论文发表时间:2018/11/15
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