特高压直流输电的现状与展望

肖曼 钟清瑶 汪谦

摘 要：特高压直流输电目前适用于海底长距离电缆输电、长距离大容量架空输电以及电网互联等场合，还用于大型发电电源基地输送电力至远距离负荷中心。本文讨论了当前特高压直流输电技术的现状和发展前景， 分析了特高压直流输电的特点及应用。简要提出了特高压直流输电需要解决的高海拔、重污秽、重冰区等典型地理气候條件下绝缘配合和长空气间隙试验，过电压和绝缘问题、控制保护问题、电磁环境问题等问题的技术环节。

关键词：特高压；直流输电；面临问题

特高压电网是指由特高压骨干网架、超高压、高压输电网、配电网及高压直流输电系统共同构成的分层、分区，结构清晰的大电网[ 1 ]。其中，国家电网特高压骨干网架是指由1000kV级交流输电网和±600kV级以上直流输电系统构成的电网。从上世纪60 年代开始，美国、前苏联、德国等国家考虑到部分地区需特大容量、超远距离输电，尝试了特高压交直流输电。自1966年起瑞典查尔姆斯大学开始初步研究±750kV 导线。之后巴西等国家也先后开展了多项特高压直流输电研究工作，例如巴西的伊泰普直流输电工程，此工程直流输电电压可达到±600千伏，输电功率达到630万千瓦，输送距离806公里，较以前的直流输电工程有大幅度发展。上世纪90年代，世界上第一个复杂的三端直流输电工程（魁北克——新英格兰工程）完成，并同时建成了长达250KM的海缆直流输电工程（瑞典——德国的BALTIC工程）。当前直流输电已成为一种重要的电力传输方式，特别是随着计算机和光纤等新技术的发展，使直流输电系统的保护、控制及调节更加完善，大幅提升了直流输电系统运行的可靠性[ 2 ]。

1 我国特高压直流输电的现状

我国的高压直流输电技术起步较晚但发展迅速。1986年，经过近三年的准备工作，我国第一个超高压直流输电示范工程——葛上（葛洲坝——上海）直流输电工程开始逐步投产，初期单极容量已达到60万千瓦。2010年7月，我国的另一个高压直流输电示范工程投入运行，即向家坝—上海±800 千伏特高压直流输电示范工程，该工程在当时是世界上技术水平最为先进、输送电力容量最大，也是电压等级最高（±800v）的直流输电工程。该工程由我国自主研发，并是当时世界高压直流输电技术的最高水平。随着特高压电网的发展以及西部水利水电资源的进一步开发，我国直流输电工程的建设还将进一步加快。“十一五”期间的溪洛渡、向家坝水电站和锦屏水电站外送的±800千伏特高压直流输电工程建设已完成。截止到2020年底，中国将在华东、华北、华中等多个地区建设特高压交流同步电网，建成溪洛渡——株洲、溪洛渡——浙西等±800千伏特高压直流工程15个，其中含特高压输电线路2.6万公里，特高压直流换流站约30余座，输送电力总容量达9500万千瓦[ 4 ]。

2 高压直流输电的特点

高压直流输电与交流输电相比，其优点是直流电具有无感抗、荣抗，且不存在同步问题，适用于大功率远距离传输电能。其主要有以下几个特点：

1）较传统的交流输电而言，高压直流输电传输的距离更远。

2）在长距离输电时，高压直流输电损失的电能更低，所需的输电廊道也更小。

3）对不同额定频率或相同额定频率交流系统的非同步互联，在并入直流系统后，可增加并列运行交直流系统的稳定性。

4）高压直流输电可控性好，从而使系统稳定性更高。

5）高压直流输电可较好控制有功功率和无功功率。

6）直流输电线路稳态运行时不产生电容电流，线路部分不需要无功补偿设备。

7）柔性直流输电无需换相电源，可供各种负荷和电源的接入。

3 特高压直流输电面临的问题

1）过电压及绝缘问题。目前，我国已投入运行的特高压直流工程电压由为±800 kV，输送容量较大，约为±500kV输电容量的2倍，随着换流站和线路绝缘部分的投资比例逐渐增大，一旦线路发生绝缘故障，带来的系统扰动问题和损失将很严重，因此过电压保护以及绝缘配合问题将是特高压直流输电亟需解决的问题。另外，我国西部水电资源由于地处海拔较高，存在很严重的污秽、履冰等问题，系统要想稳定运行，需要高质量及合理优化的过电压保护和绝缘配合。

2）电磁环境问题。高压直流输电线路运行时在导线周围空间附近会产生离子流场，导线下合成的场强对人体产生有害影响。线路或换流站设备产生的无线电会对无线电通信工程正常接收产生干扰，干扰产生的过高噪声会使附近居民产生烦躁不安的感觉[ 6 ]。

3）控制保护问题。控制保护问题是高压直流输电的核心问题。其关键技术有：软硬件平台控制技术、阀触发控制、直流保护设计、直流控制保护系统设计。直流输电系统故障很大程度是控制保护系统故障造成的。由于特高压直流输送电能过大， 对直流保护系统的相关要求也更严格。因此需深入开展控制算法与鲁棒、智能控制等多种先进算法相结合的研究工作， 避免多回直流落点相对集中时发生换相失败的现象， 充分利用直流附加控制作用， 灵活快速的提升系统稳定性[ 7 ]。

4 结语

中国特高压电网将由±800kV级直流系统和1000kV级交流输电系统组成。前者主要定位于部分大区、省网之间的互联以及远距离大容量输电。后者主要服务于近距离大容量输电及更高一级电压等级的网架建设；两者可以互为补充，相辅相成。从目前情况来看，在实现大区电网联网时，采用特高压直流输电方式更具优势。特高压直流线路除了要考虑特高压交流线路存在的电场、无线电干扰、磁场、线路可听噪声等对环境和人的影响外，还要进一步考虑换流站噪声、离子流效应等因素对外界的影响以及换流站接地极对交流系统造成的影响。

参考文献：

[1] 万利，陶文彪.浅谈特高压直流输电[J].科教文汇，2011，08：102-103.

[2] 浙江大学发电教研组直流输电科研组.直流输电[M].北京：电力工业出版社，1982.

[3] 黄飞，齐赟.高压直流输电的特点与展望[J].中国科技信息，2013，02（011）：47.

[4] 姚雷，黄兴勇.向家坝—上海±800 千伏特高压直流输电示范工程投运.国家电网报[J].2010，07：09.

[5] 袁青云.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，2005，07（14）：01-03.

[6] 黄道春，魏远航，钟连宏，阮江军，皇甫成.我国发展特高压直流输电中一些问题的探讨[J].电网技术，2007，31（8）：7.

[7] 李晓黎，陈祖胜.特高压直流输电技术发展综述[J].广西电力，2009，01：23-26.

作者简介：肖曼（1988-），国网枝江市供电公司，工程师，现从事电力营销工作。