特高压直流输电及其发展

王书瑶

华北电力大学（北京 102206）

特高压输电技术是指采用500 KV以及750 KV交流和±500 KV直流之上的更高一级电压，进行输电的技术。包括交流特高压输电技术和直流特高压输电技术两部分。

随着国民经济的增长，中国用电需求不断增加。又由于中国的自然环境特点，使得超远距离、超大容量的电力传输成为必然。为减少输电线路的损耗和节约宝贵的土地资源，高效经济的输电方式成为必然的要求。特高压直流输电技术恰好迎合了这一需求。直流联网的特点又可提高全国互联电网的安全稳定运行水平和供电可靠性。因此特高压直流输电技术在我国有较好的应用前景。

1 特高压直流输电技术是我国电力跨区域大规模输送的必然选择

我国地域辽阔，发电能源和用电负荷的分布又极不均衡。华东、华南沿海地区经济发达，电力市场空间大，能源却最为匮乏；西部地区经济发展相对落后，用电水平和需求较低，而能源资源丰富。以水力资源为例，全国水电技术可开发容量约540 GW，其中22%分布在四川，20%在西藏，19%在云南。这一客观现实决定了我国电力跨区域和大规模流动的必然性。

特高压输电技术包括交流特高压输电技术和直流特高压输电技术两部分。在现今直流输电系统中，输电环节是直流电，发电系统和用电系统仍然是交流电。即在输电线路的输送端，交流电经换流变压器送到整流器，将高压交流电变为高压直流电后送入直流输电线路。直流电通过输电线路送到接受端换流站内的逆变器，将高压直流电又变为高压交流电，再经过换流变压器将电能输送到交流系统。

在直流输电系统中，通过控制换流器，可以使其工作于整流或逆变状态。我国目前建成的高压直流输电工程均为两端直流输电系统。两端直流输电系统主要由整流站、逆变站和输电线路三部分组成。高压直流输电具有许多优点。

(1)特高压直流输电无需复杂的系统设计，基本可以采用已经应用的±500 KV和±600 KV直流输电系统类似的设计方法。

(2)特高压直流输电的输送容量大，如±600 KV直流线路可输送的功率约为 4 GW；±800 KV 直流线路可输送的功率可达到6 GW，且输电距离长，用于远距离输电具有良好的经济性。

(3)与交流输电比，直流输电更容易满足接入电网的条件。

(4)与交流线路相比直流输电线路本身不需要无功补偿，在换流站利用站内的交流滤波器和并联电容器即可向换流器提供所需的无功功率。

(5)因土地资源越发匮乏，电网发展与建设制约于线路走廊资源、站址资源的情况越发明显。对于远距离大容量输电，直流方案优于交流方案，特高压方案优于超高压方案。以输送功率10 GW距离为2 000 km输电方案为例，交流输送所消耗资源高于直流输送，见表1。

表1 10GW电力输送2000km的交、直流输电方案

因此特高压直流输电技术是我国电力跨区域大规模输送的必然选择。

2 特高压直流输电回顾及发展

20世纪80年代前苏联曾动工建设哈萨克斯坦——俄罗斯的长距离直流输电工程，输送距离为2400 km，电压等级为±750 KV，输电容量为6 GW。该工程将哈萨克斯坦的煤炭资源转换成电力送往前苏联及欧洲中部，但由于政局动荡，加上其晶闸管技术不够成熟，该工程最终没有投入运行。

由巴西和巴拉圭两国共同开发的伊泰普工程采用了±600 KV直流和765 KV交流的超高压输电技术，第一期工程已于1984年完成，1990年竣工。1988～1994年为了利用亚马逊河的水力资源，巴西电力研究中心和ABB组织了包括±800KV特高压直流输电的开发工作。

积极进行特高压直流输电研究的还有印度，正在兴建的第一条±800 KV特高压直流输电线路，将把6 GW水电输往印度中部。

我国于 2010 年通过西北与华北直流联网达到1.5 GW的电力输送能力。四川向家坝±800千伏特高压直流输电示范工程正在紧张施工中，这是目前规划建设的世界上电压等级最高、输送距离最远、容量最大的直流输电工程。

2020年前后西部水电的大部分电力将通过直流特高压通道向华中和华东地区输送，其中金沙江一期溪洛渡和向家坝水电站、二期乌东德和白鹤滩水电站向华东、华中地区送电；锦屏水电站向华东地区送电；宁夏和关中煤电基地向华东地区送电；呼伦贝尔盟的煤电基地向京津地区送电，输电容量均为6 GW的±800 KV级特高压直流输电线路。

3 特高压直流输电关注的技术问题

(1)过电压和绝缘

我国正在建设的±800 KV特高压直流输电四川向家坝工程电压等级最高，电压等级的提高增大了输送容量，同时对高电压下的绝缘提出了更高的要求，因为运行中如出现绝缘故障，带来的损失和系统扰动问题将很严重。此外我国西部水电资源位于高海拔地区，存在较严重的污秽、履冰等问题，因此过电压保护以及绝缘配合将是特高压直流输电的最根本性问题，合理优化过电压保护和绝缘配合将为系统安全稳定提供有利的保障。

(2)控制保护

直流工程的核心就是控制保护。控制保护的关键技术有：软硬件平台技术；直流控制保护系统设计；阀触发控制；直流保护等。直流系统故障有很大一部分是控制保护系统原因造成的。由于特高压直流输送能量大，因此深入开展最优控制、智能控制等与先进算法相结合的研究， 避免在多回路直流落点相对集中时发生换相失败等故障，具有特别的重要性。

(3)电磁环境

这里指的是输电线路的电磁环境，包括线路下方电场效应、无线电干扰和可听噪声等几方面的内容，在工程设计、建设以及运行中是必须考虑的关键问题。直流线路运行时，导线周围空间产生离子场，线下合成场强对人体产生影响。线路和换流站设备产生的无线电干扰会对无线电通信产生干扰，产生的噪声会使附近的居民以及换流站的工作人员受到伤害。随着电压等级从±500 KV提高±800 KV，电磁环境问题将更加突出。目前我国技术人员经论证给出了推荐方案，但是在换流站建成后，是否能够满足技术、环保和周围居民以及工作人员的要求，仍需继续研究，以经得住实际运行的考验并能在发生问题时及时给出解决方案。

(4)其它方面

特高压直流输电与超高压直流输电工程相比，由于电压等级高，线路在同等条件下的电晕效应包括电晕损失、无线电干扰和可听噪声等，明显大于超高压直流输电工程。特别是线路经过高海拔地区时，这一问题更加突出。因此特高压直流输电线路导线的选择要从经济性要求出发，比较经济电流密度、电能损耗以及年运行费用，另外由于特高压直流输送功率大，对电网全局的影响也相对较大，因此输电方案的比较更侧重各方案对输电能力以及电网安全稳定水平的影响。不同的特高压直流输电工程又有各自的研究重点。如：需要重点研究提高输送能力的措施，或当发生直流单极闭锁故障时，为能保持电网稳定运行，拟定多种换流站群组与交流主网的联接方案等。

4 结 语

特高压直流输电具备点对点、超远距离、大容量送电能力，主要定位于我国西南大水电基地和西北大煤电基地的超远距离、超大容量向外输送。

特高压直流输电在我国已全面投入建设。金沙江一期溪洛渡和向家坝送电工程，计划在2011年底～2016年期间陆续建成投入运行。后续将有金沙江二期乌东德、白鹤滩水电站输送工程。发展特高压直流输电，还为我国后备能源基地西藏水电和新疆煤电开发提供经济的输电方式，为加强与相邻国家的电力合作提供技术保障。

目前我国已具备特高压输电工程的建设条件，我国能源与负荷分布的严重不平衡以及未来电力发展的巨大空间迫切需要特高压直流输电技术。特高压直流输电技术符合电力工业发展规律和电网技术的发展方向，在技术上已没有不可逾越的障碍，在我国有广阔的应用前景。

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