特高壓直流輸電及其發展

王書瑤

華北電力大學（北京 102206）

特高壓輸電技術是指采用500 KV以及750 KV交流和±500 KV直流之上的更高一級電壓，進行輸電的技術。包括交流特高壓輸電技術和直流特高壓輸電技術兩部分。

隨著國民經濟的增長，中國用電需求不斷增加。又由于中國的自然環境特點，使得超遠距離、超大容量的電力傳輸成為必然。為減少輸電線路的損耗和節約寶貴的土地資源，高效經濟的輸電方式成為必然的要求。特高壓直流輸電技術恰好迎合了這一需求。直流聯網的特點又可提高全國互聯電網的安全穩定運行水平和供電可靠性。因此特高壓直流輸電技術在我國有較好的應用前景。

1 特高壓直流輸電技術是我國電力跨區域大規模輸送的必然選擇

我國地域遼闊，發電能源和用電負荷的分布又極不均衡。華東、華南沿海地區經濟發達，電力市場空間大，能源卻最為匱乏；西部地區經濟發展相對落后，用電水平和需求較低，而能源資源豐富。以水力資源為例，全國水電技術可開發容量約540 GW，其中22%分布在四川，20%在西藏，19%在云南。這一客觀現實決定了我國電力跨區域和大規模流動的必然性。

特高壓輸電技術包括交流特高壓輸電技術和直流特高壓輸電技術兩部分。在現今直流輸電系統中，輸電環節是直流電，發電系統和用電系統仍然是交流電。即在輸電線路的輸送端，交流電經換流變壓器送到整流器，將高壓交流電變為高壓直流電后送入直流輸電線路。直流電通過輸電線路送到接受端換流站內的逆變器，將高壓直流電又變為高壓交流電，再經過換流變壓器將電能輸送到交流系統。

在直流輸電系統中，通過控制換流器，可以使其工作于整流或逆變狀態。我國目前建成的高壓直流輸電工程均為兩端直流輸電系統。兩端直流輸電系統主要由整流站、逆變站和輸電線路三部分組成。高壓直流輸電具有許多優點。

(1)特高壓直流輸電無需復雜的系統設計，基本可以采用已經應用的±500 KV和±600 KV直流輸電系統類似的設計方法。

(2)特高壓直流輸電的輸送容量大，如±600 KV直流線路可輸送的功率約為 4 GW；±800 KV 直流線路可輸送的功率可達到6 GW，且輸電距離長，用于遠距離輸電具有良好的經濟性。

(3)與交流輸電比，直流輸電更容易滿足接入電網的條件。

(4)與交流線路相比直流輸電線路本身不需要無功補償，在換流站利用站內的交流濾波器和并聯電容器即可向換流器提供所需的無功功率。

(5)因土地資源越發匱乏，電網發展與建設制約于線路走廊資源、站址資源的情況越發明顯。對于遠距離大容量輸電，直流方案優于交流方案，特高壓方案優于超高壓方案。以輸送功率10 GW距離為2 000 km輸電方案為例，交流輸送所消耗資源高于直流輸送，見表1。

表1 10GW電力輸送2000km的交、直流輸電方案

因此特高壓直流輸電技術是我國電力跨區域大規模輸送的必然選擇。

2 特高壓直流輸電回顧及發展

20世紀80年代前蘇聯曾動工建設哈薩克斯坦——俄羅斯的長距離直流輸電工程，輸送距離為2400 km，電壓等級為±750 KV，輸電容量為6 GW。該工程將哈薩克斯坦的煤炭資源轉換成電力送往前蘇聯及歐洲中部，但由于政局動蕩，加上其晶閘管技術不夠成熟，該工程最終沒有投入運行。

由巴西和巴拉圭兩國共同開發的伊泰普工程采用了±600 KV直流和765 KV交流的超高壓輸電技術，第一期工程已于1984年完成，1990年竣工。1988～1994年為了利用亞馬遜河的水力資源，巴西電力研究中心和ABB組織了包括±800KV特高壓直流輸電的開發工作。

積極進行特高壓直流輸電研究的還有印度，正在興建的第一條±800 KV特高壓直流輸電線路，將把6 GW水電輸往印度中部。

我國于 2010 年通過西北與華北直流聯網達到1.5 GW的電力輸送能力。四川向家壩±800千伏特高壓直流輸電示范工程正在緊張施工中，這是目前規劃建設的世界上電壓等級最高、輸送距離最遠、容量最大的直流輸電工程。

2020年前后西部水電的大部分電力將通過直流特高壓通道向華中和華東地區輸送，其中金沙江一期溪洛渡和向家壩水電站、二期烏東德和白鶴灘水電站向華東、華中地區送電；錦屏水電站向華東地區送電；寧夏和關中煤電基地向華東地區送電；呼倫貝爾盟的煤電基地向京津地區送電，輸電容量均為6 GW的±800 KV級特高壓直流輸電線路。

3 特高壓直流輸電關注的技術問題

(1)過電壓和絕緣

我國正在建設的±800 KV特高壓直流輸電四川向家壩工程電壓等級最高，電壓等級的提高增大了輸送容量，同時對高電壓下的絕緣提出了更高的要求，因為運行中如出現絕緣故障，帶來的損失和系統擾動問題將很嚴重。此外我國西部水電資源位于高海拔地區，存在較嚴重的污穢、履冰等問題，因此過電壓保護以及絕緣配合將是特高壓直流輸電的最根本性問題，合理優化過電壓保護和絕緣配合將為系統安全穩定提供有利的保障。

(2)控制保護

直流工程的核心就是控制保護。控制保護的關鍵技術有：軟硬件平臺技術；直流控制保護系統設計；閥觸發控制；直流保護等。直流系統故障有很大一部分是控制保護系統原因造成的。由于特高壓直流輸送能量大，因此深入開展最優控制、智能控制等與先進算法相結合的研究， 避免在多回路直流落點相對集中時發生換相失敗等故障，具有特別的重要性。

(3)電磁環境

這里指的是輸電線路的電磁環境，包括線路下方電場效應、無線電干擾和可聽噪聲等幾方面的內容，在工程設計、建設以及運行中是必須考慮的關鍵問題。直流線路運行時，導線周圍空間產生離子場，線下合成場強對人體產生影響。線路和換流站設備產生的無線電干擾會對無線電通信產生干擾，產生的噪聲會使附近的居民以及換流站的工作人員受到傷害。隨著電壓等級從±500 KV提高±800 KV，電磁環境問題將更加突出。目前我國技術人員經論證給出了推薦方案，但是在換流站建成后，是否能夠滿足技術、環保和周圍居民以及工作人員的要求，仍需繼續研究，以經得住實際運行的考驗并能在發生問題時及時給出解決方案。

(4)其它方面

特高壓直流輸電與超高壓直流輸電工程相比，由于電壓等級高，線路在同等條件下的電暈效應包括電暈損失、無線電干擾和可聽噪聲等，明顯大于超高壓直流輸電工程。特別是線路經過高海拔地區時，這一問題更加突出。因此特高壓直流輸電線路導線的選擇要從經濟性要求出發，比較經濟電流密度、電能損耗以及年運行費用，另外由于特高壓直流輸送功率大，對電網全局的影響也相對較大，因此輸電方案的比較更側重各方案對輸電能力以及電網安全穩定水平的影響。不同的特高壓直流輸電工程又有各自的研究重點。如：需要重點研究提高輸送能力的措施，或當發生直流單極閉鎖故障時，為能保持電網穩定運行，擬定多種換流站群組與交流主網的聯接方案等。

4 結 語

特高壓直流輸電具備點對點、超遠距離、大容量送電能力，主要定位于我國西南大水電基地和西北大煤電基地的超遠距離、超大容量向外輸送。

特高壓直流輸電在我國已全面投入建設。金沙江一期溪洛渡和向家壩送電工程，計劃在2011年底～2016年期間陸續建成投入運行。后續將有金沙江二期烏東德、白鶴灘水電站輸送工程。發展特高壓直流輸電，還為我國后備能源基地西藏水電和新疆煤電開發提供經濟的輸電方式，為加強與相鄰國家的電力合作提供技術保障。

目前我國已具備特高壓輸電工程的建設條件，我國能源與負荷分布的嚴重不平衡以及未來電力發展的巨大空間迫切需要特高壓直流輸電技術。特高壓直流輸電技術符合電力工業發展規律和電網技術的發展方向，在技術上已沒有不可逾越的障礙，在我國有廣闊的應用前景。

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