特高壓直流輸電的技術特點與應用探究

三峽大學　欽雨晨

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特高壓直流輸電的技術特點與應用探究

三峽大學欽雨晨

【摘要】特高壓直流輸電在電力系統中有著廣泛應用，對電力輸送效率起著極大影響，直接關系到電力企業經濟效益的高低，提高特高壓直流輸電應用水平是眾多電力企業的重要要求。本文就通過對特高壓直流輸電技術的分析，探討其技術特點和實際應用，來促進特高壓直流輸電技術應用水平的提升。

【關鍵詞】特高壓直流輸電；技術特點；應用

1　特高壓直流輸電技術概述

1.1技術特點

在直流輸電中，其電壓等級與交流輸電并不完全相同，特高壓直流輸電是指電壓等級超過600kV，其技術特點主要包括以下幾方面：

首先，在特高壓直流輸電系統中，采取的是點對點、遠距離、大功率輸送模式，無需中間落點，能夠將電力直接輸送到負荷中心；當供受兩端確定后，特高壓直流輸電可以并聯或者非同步聯網來進行輸電，其所構成的電網結構較為清晰、簡單。

其次，特高壓直流輸電技術對過網潮流、大小的控制較為方便，可以避免過大潮流從電網經過對電網造成的負擔。

第三，特高壓直流輸電技術的電壓等級相對較高，能夠輸送較大容量電能，線路的走廊要求相對較小，對于大功率、遠距離輸電有著較好適用性。

第四，特高壓直流輸電可以與交流輸電并聯使用，通過直流有功功率調制方式，來對并聯交流線路功率振蕩、低頻振蕩等起到較好抑制效果，交流電的暫態與動態穩定性得到顯著提高。

第五，在特高壓直流輸電中，如果出現直流系統閉鎖，會對兩端交流系統產生較大功率沖擊，造成設備受損。

1.2優勢

特高壓直流輸電技術的優點主要體現在經濟性方面和技術性兩方面，以特高壓直流輸電與高壓直流流輸電相比，其經濟性優勢有：

第一，在輸送容量方面，輸電系統均為4000A晶閘管閥時，±800kV特高壓直流輸電容量和± 600、±500kV高壓直流輸電分別是640萬KW、380 萬KW和300萬KW，前者分別是后兩者的1.7倍、2.1倍，輸送容量優勢顯著，適用于大規模輸電。

其次，在送電距離方面，依靠800kV特高壓直流輸電技術，其經濟輸電距離能夠突破2500km，有助于長距離經濟輸電的實現。

第三，在線路損耗方面，當輸送容量、導線截面保持一致時，±800kV特高壓直流輸電的線路損耗分別是±600、±500kV高壓直流輸電的60%和39%，其線路損耗更低，輸電效率具有較為突出優勢，能夠降低運行成本。

第四，在投資成本方面，比較單位輸送容量造價，±800kV特高壓直流輸電大約是±500kV高壓直流輸電的72%，能夠節省大量造價成本。

從技術層次來說，特高壓直流輸電技術的優勢主要有：首先，輸電系統十分穩定，特高壓直流輸電系統與電網之間能夠實現非同期互聯，不會受到同步穩定運行的限制，能夠將兩個頻率不同系統聯系起來，系統穩定性較好。

其次，短路電流容易限制，在直流輸電連接兩端的電流系統時，其本身的定電流控制，可以實現短路電流的快速限制，不會因為互聯而造成短路容量的增大。

第三，運行調節方便，可靠性高，直流輸電能夠利用可控硅換流器在短時間內外完成有功功率調整；在遇到事故時，可以有效抑制h震蕩阻尼與次同步振蕩；當發生交流線路短路時，可以通過增大直流輸電功率，來降低發電機的轉子加速，保證系統的可靠。

2　特高壓直流輸電技術的應用分析

2.1拓撲結構

在近些年來，特高壓直流輸電的拓撲結構主要有多端直流和公用接地極兩種，其中，多端直流是通過連接多個換流站來共同組成直流系統，在電壓源換流器發展背景下，出現了混合型多端直流和極聯式多端直流，前者是將合理分配同一極換流器組的位置，電源端與用戶端都是分散分布。

公用接地極是通過幾個工程公用接地極的方式，來降低工程整體造價成本，提升接地極利用水平，提高工程經濟效益、社會效益；但也存在接地電流容易過大、檢修較為復雜等不足。

2.2換流技術

在特高壓直流輸電的換流技術方面，主要有電容換相直流輸電技術和柔性直流輸電技術兩種，其中，電容換相直流輸電技術是通過將換相電容器串接到直流換流器與換流變壓器中，利用串聯電容來對換流器無功消耗進行補償，減少換流站的向設備，能夠有效降低換相失敗的可能，提高系統抗干擾能力，確保系統的穩定。

柔性直流輸電是以VSC成熟為基礎的，是一種通過脈沖寬度調制方法來對VSC進行控制，實現直流輸電的技術，其優點是控制方式靈活，可以完成有功無功解耦控制。

2.3晶閘管技術

在特高壓直流輸電中，晶閘管是必不可少的部件，從電觸發晶閘管開始，逐漸發展出了光觸發晶閘管、碳化硅晶閘管，功率不斷提升，對特高壓直流輸電的實現起著重要保障作用。在近些年來，碳化硅晶閘管應用越來越加廣泛，具有較高耐壓水平和擊穿電場強度，可以顯著降低運行損耗，是未來發展的重要趨勢。

2.4光電式電流互感器

光電式電流互感器（CT）是為解決電磁式互感器弊端而出現的，在特高壓直流輸電中也占據著較為重要的地位，常見的包括有源型CT和以同光程原理為基礎、以旋光效應為基礎的CT。

在特高壓直流輸電中，有源型CT使用的位置主要有直流極母線、濾波器組等，存在故障率高、維護困難等不足；以旋光效應為基礎的CT測量精度容易受現場震動影響，實用性方面還存在差距；以同光程原理為基礎的CT優點明顯，包括抗震性、絕緣特性等，都較為良好，且沒有飽和效應，已經有成功應用案例。

2.5控制保護系統

特高壓直流輸電的核心是控制保護系統，直接關系到輸電的效率、安全，近些年來，隨著計算機技術、通訊技術等各方面技術的不斷進步，控制保護系統也得到很大水平提高，系統的處理能力成倍增強、硬件水平日益提高，逐漸朝著硬件平臺化、軟件模塊化、現場總線技術通用化等多個方面發展，控制保護系統的功能越來越加強大。

2.6直流集控技術

直流集控技術是現代特高壓直流輸電規模不斷擴大趨勢的一種必然要求，對特高壓直流輸電的智能化、集約化等有著重大作用，可以實現多直流彼此間的有功支援、無功平衡以及阻尼協調等，常用的模式有站級局域網延伸和分層分布模式兩種。

3　結語

綜上所述，隨著我國電力需求的不斷增加和電力行業的迅猛發展，對特高壓直流輸電的要求勢必也會不斷提高，了解特高壓直流輸電技術的特點，掌握其相關技術應用情況，對特高壓直流輸電建設有著重大意義。

參考文獻

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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