浅议高压直流输电技术的发展

熊二虎

摘 要：简要介绍了直流输电的产生和发展历史，以及我国高压直流输电的现状，分析了高压直流输电的优缺点，为以后的电力传输工程建设提供参考。

关键词：直流输电；发展历史；现状；优缺点

1 直流输电的发展

自1882年法国以其2KV的直流发电机56KM的传输里程开创了直流输电的先河，直流输电技术的应用和不断进步就一直伴随着人类历史前行。可控汞弧换流器的研制并成功运行为直流输电技术提供了发展契机，最具代表性的就是瑞典在1954年投入商业运行的世界上第一个直流输电工程——哥特兰直流输电工程，其电缆线路全长96Km，输电容量为20MW，送电电压为±100KV，换流阀为汞弧阀，于1970年更换为可控硅整流阀，并将送电电压升至±150KV。随着可控硅技术的成熟发展，1972年，基于可控硅阀的新一代高压直流输电系统在加拿大伊尔河流域的背靠背直流工程中正式运行使用，该工程的建成投产，标志着直流工程的整流技术出现了新的飞跃，告别了汞弧换流阀， 步入了大规模采用可控硅整流阀的新里程。自此，直流输电工程项目在全世界范围内蓬勃发展，投产总容量逐年快速递增。

我国的高压直流输电起步相对较晚，直到1987年，我国首个自主建成的工业实验性直流输电工程在舟山正式运行，全部的设备均由国内制造。随后陆续建成的葛南工程、天广工程、三常工程、三广工程、三沪工程、贵广Ⅱ回工程等，使得我国的直流输电技术逐步赶上世界先进水平，如今，我国已拥有世界上最先进的直流输电技术，截止到2008年已投运了10余项工程，并且各区域的高压直流输电工程也在不断上马，标志着高压直流输电将会成为我国电网的重要组成部分，在未来具有广阔的发展前景。

除此之外，为了适应我国国民经济和电力需求的快速增长，国家电网公司于2004年底明确提出了加快建设以百万伏级交流和±800kV级直流系统特高压电网为核心的坚强国家电网的战略目标。最具代表性的是我国自主研发、设计和建设的世界上首条电压等级最高、输电距离最远、输送容量最大、技术最先进的具有自主知识产权的“向家坝—上海±800kV高压直流输电示范工程”，于2011年7月8日正式投入运行。这一工程是迄今为止，世界上电压等级最高、输送容量最大、送电距离最远、技术最先进的特高压直流输电工程。而正在建设当中的预计2013年年底双极低端投运的哈密南——郑州直流输电工程，以其2210KM的线路长度、±800KV的送电电压将是另一个记录创造者。

2 高压直流输电的优势

之所以高压直流输电能够在全球范围内蓬勃发展，除了归功于整流技术的不断进步以及大功率整流器件的出现之外，更重要的是高压直流输电有着交流输电不可比拟的优势。

⑴低耗材。传统的三相交流线路需要三根导线，并且线路走廊宽，而直流输电线路只需正、负两极导线，其杆塔的结构简单，线路走廊窄，此外，一条同电压的直流输电线路输送容量约为交流输电线路的2倍，直流输电的线路走廊，其传输效率约为交流线路的2倍甚至更多一点。

⑵远距离、大容量。直流输电并不存在交流输电的功角稳定问题，因此不会由于静态稳定或暂态稳定性能变差而降低输送容量。这是直流输电传输功率的重要特点，也是它的一大优势。直流输电的输送容量由换流阀电流允许值决定，输送容量和距离不受两端的交流系统同步运行的限制，有利于远距离大容量输电。

⑶易互联。对于交流输电系统，并网中的各个系统必须同步运行，否则可能在设备中形成强大的循环电流而损坏设备，或者停电事故。而直流输电两端的交流系统不需要同步运行，可实现不同额定频率或相同额定频率交流系统之间的非同期联络，提高两侧交流系统互为备用以及事故紧急支援的能力，从而提高交流系统的稳定性和供电的经济性。

⑷调节快速、准确。直流输电采用的换流器是基于电力电子器件构成的电能控制电路，通过晶闸管阀等电力电子器件换流器能够迅速、方便的调节直流线路的电流、电压和功率，从而可以方便、快速、灵活、准确地实现有功潮流的增减和双向传送，向交流系统提供功率、频率及电压支持。当交流系统发生故障或受到扰动时，利用直流输电的调节作用，能有效地提高交流系统的稳定性。

3 高压直流输电的缺点

虽然直流输电解决了很多交流输电存在的难题，但是直流输电本身所固有的缺点也限制了直流输电的应用范围。

⑴换流器在运行时会产生交流谐波和直流谐波，若处理不当将其引入交流系统会给交流电网带来很多问题。为了降低谐波的影响需在交流侧和直流侧加装滤波器组，这样无形中就增加了换流站的占地面积和运行成本。

⑵晶闸管式换流器在直流电传输过程中会吸收大量的无功功率，高达有功功率的60%，这就需要加装无功功率补偿装置来进行控制，从而增加了换流站的成本和控制的复杂性。

4 结论

纵观直流输电的发展历史，虽然在不同的历史阶段会存在很多技术性难题，但是随着电力电子技术、计算机技术的不断发展，直流输电技术会越来越完善和成熟，在电网中的优势地位将会越来越无法取代。在交流输电局限性的驱使下，技术问题只是时间问题，并不能改变直流输电的发展趋势以及广阔的发展前景。