特高压直流输电的技术特点与应用探究

三峡大学　钦雨晨



特高压直流输电的技术特点与应用探究

三峡大学钦雨晨

【摘要】特高压直流输电在电力系统中有着广泛应用，对电力输送效率起着极大影响，直接关系到电力企业经济效益的高低，提高特高压直流输电应用水平是众多电力企业的重要要求。本文就通过对特高压直流输电技术的分析，探讨其技术特点和实际应用，来促进特高压直流输电技术应用水平的提升。

【关键词】特高压直流输电；技术特点；应用

1　特高压直流输电技术概述

1.1技术特点

在直流输电中，其电压等级与交流输电并不完全相同，特高压直流输电是指电压等级超过600kV，其技术特点主要包括以下几方面：

首先，在特高压直流输电系统中，采取的是点对点、远距离、大功率输送模式，无需中间落点，能够将电力直接输送到负荷中心；当供受两端确定后，特高压直流输电可以并联或者非同步联网来进行输电，其所构成的电网结构较为清晰、简单。

其次，特高压直流输电技术对过网潮流、大小的控制较为方便，可以避免过大潮流从电网经过对电网造成的负担。

第三，特高压直流输电技术的电压等级相对较高，能够输送较大容量电能，线路的走廊要求相对较小，对于大功率、远距离输电有着较好适用性。

第四，特高压直流输电可以与交流输电并联使用，通过直流有功功率调制方式，来对并联交流线路功率振荡、低频振荡等起到较好抑制效果，交流电的暂态与动态稳定性得到显著提高。

第五，在特高压直流输电中，如果出现直流系统闭锁，会对两端交流系统产生较大功率冲击，造成设备受损。

1.2优势

特高压直流输电技术的优点主要体现在经济性方面和技术性两方面，以特高压直流输电与高压直流流输电相比，其经济性优势有：

第一，在输送容量方面，输电系统均为4000A晶闸管阀时，±800kV特高压直流输电容量和± 600、±500kV高压直流输电分别是640万KW、380 万KW和300万KW，前者分别是后两者的1.7倍、2.1倍，输送容量优势显著，适用于大规模输电。

其次，在送电距离方面，依靠800kV特高压直流输电技术，其经济输电距离能够突破2500km，有助于长距离经济输电的实现。

第三，在线路损耗方面，当输送容量、导线截面保持一致时，±800kV特高压直流输电的线路损耗分别是±600、±500kV高压直流输电的60%和39%，其线路损耗更低，输电效率具有较为突出优势，能够降低运行成本。

第四，在投资成本方面，比较单位输送容量造价，±800kV特高压直流输电大约是±500kV高压直流输电的72%，能够节省大量造价成本。

从技术层次来说，特高压直流输电技术的优势主要有：首先，输电系统十分稳定，特高压直流输电系统与电网之间能够实现非同期互联，不会受到同步稳定运行的限制，能够将两个频率不同系统联系起来，系统稳定性较好。

其次，短路电流容易限制，在直流输电连接两端的电流系统时，其本身的定电流控制，可以实现短路电流的快速限制，不会因为互联而造成短路容量的增大。

第三，运行调节方便，可靠性高，直流输电能够利用可控硅换流器在短时间内外完成有功功率调整；在遇到事故时，可以有效抑制h震荡阻尼与次同步振荡；当发生交流线路短路时，可以通过增大直流输电功率，来降低发电机的转子加速，保证系统的可靠。

2　特高压直流输电技术的应用分析

2.1拓扑结构

在近些年来，特高压直流输电的拓扑结构主要有多端直流和公用接地极两种，其中，多端直流是通过连接多个换流站来共同组成直流系统，在电压源换流器发展背景下，出现了混合型多端直流和极联式多端直流，前者是将合理分配同一极换流器组的位置，电源端与用户端都是分散分布。

公用接地极是通过几个工程公用接地极的方式，来降低工程整体造价成本，提升接地极利用水平，提高工程经济效益、社会效益；但也存在接地电流容易过大、检修较为复杂等不足。

2.2换流技术

在特高压直流输电的换流技术方面，主要有电容换相直流输电技术和柔性直流输电技术两种，其中，电容换相直流输电技术是通过将换相电容器串接到直流换流器与换流变压器中，利用串联电容来对换流器无功消耗进行补偿，减少换流站的向设备，能够有效降低换相失败的可能，提高系统抗干扰能力，确保系统的稳定。

柔性直流输电是以VSC成熟为基础的，是一种通过脉冲宽度调制方法来对VSC进行控制，实现直流输电的技术，其优点是控制方式灵活，可以完成有功无功解耦控制。

2.3晶闸管技术

在特高压直流输电中，晶闸管是必不可少的部件，从电触发晶闸管开始，逐渐发展出了光触发晶闸管、碳化硅晶闸管，功率不断提升，对特高压直流输电的实现起着重要保障作用。在近些年来，碳化硅晶闸管应用越来越加广泛，具有较高耐压水平和击穿电场强度，可以显著降低运行损耗，是未来发展的重要趋势。

2.4光电式电流互感器

光电式电流互感器（CT）是为解决电磁式互感器弊端而出现的，在特高压直流输电中也占据着较为重要的地位，常见的包括有源型CT和以同光程原理为基础、以旋光效应为基础的CT。

在特高压直流输电中，有源型CT使用的位置主要有直流极母线、滤波器组等，存在故障率高、维护困难等不足；以旋光效应为基础的CT测量精度容易受现场震动影响，实用性方面还存在差距；以同光程原理为基础的CT优点明显，包括抗震性、绝缘特性等，都较为良好，且没有饱和效应，已经有成功应用案例。

2.5控制保护系统

特高压直流输电的核心是控制保护系统，直接关系到输电的效率、安全，近些年来，随着计算机技术、通讯技术等各方面技术的不断进步，控制保护系统也得到很大水平提高，系统的处理能力成倍增强、硬件水平日益提高，逐渐朝着硬件平台化、软件模块化、现场总线技术通用化等多个方面发展，控制保护系统的功能越来越加强大。

2.6直流集控技术

直流集控技术是现代特高压直流输电规模不断扩大趋势的一种必然要求，对特高压直流输电的智能化、集约化等有着重大作用，可以实现多直流彼此间的有功支援、无功平衡以及阻尼协调等，常用的模式有站级局域网延伸和分层分布模式两种。

3　结语

综上所述，随着我国电力需求的不断增加和电力行业的迅猛发展，对特高压直流输电的要求势必也会不断提高，了解特高压直流输电技术的特点，掌握其相关技术应用情况，对特高压直流输电建设有着重大意义。

参考文献

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[2]史劲,陈弘.高压直流输电与其关键技术的研究[J].电气技术,2012(04).

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[4]王徭.特高压直流输电控制与保护技术的研究[J].电力系统保护与控制,2009(15).

Technical characteristics and application of extra high voltage direct current transmission

China Three Gorges University, Qin Yuchen

Abstract:UHV DC transmission lines in the power system is widely used, the power transmission efficiency plays a great influence, is directly related to the level of the economic benefit of power enterprise, improve the level of special highvoltage direct current transmission application is an important requirement for many electric power enterprises.

Key words:extra high voltage direct current transmission; technical characteristics; application