特高压直流输电相关问题的综述

特高压直流输电相关问题的综述

郭冬青

（国网山西省电力公司检修分公司山西太原030032）

摘要：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相关概念，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。本文就特高压直流输电相关问题进行简要分析，以供参考。

关键词：特高压；直流输电；特点；应用

1特高压直流输电技术特点

特高压直流输电技术起源于20世纪60年代，1966年瑞典Chalmers大学开始研究±750kV导线。而在其后前苏联、巴西等国家也先后开展了特高压直流输电研究工作。国际电气与电子工程师协会（IEEE）和国际大电网会议（Cigre）均在20世纪80年代末得出结论：根据已有技术和运行经验，±800kV是合适的直流输电电压等级。对特高压直流输电的电压等级进行研究和论证时，考虑到中国对直流输电技术的研发水平和直流设备的研制能力，认为确定一个特高压直流输电水平是必要的，并把±800kV确定为中国特高压直流输电的标称电压。这有利于特高压直流输电技术和设备的标准化、规范化、系列化开发，更有利于中国进行特高压直流输电工程的规划、设计、实施和管理。特高压直流输电技术除了具有常规直流输电的特点外，而且能将常规直流输电的优点更加充分地发挥。突出表现在以下几个方面：

（1）电压高，高达±800kV，对与电压有关的设备，如高压端的换流变压器及其套管、穿墙套管、避雷器等研发提出了高要求。

（2）送电容量大。规划的特高压直流输电工程的送电容量高达5GW和6.4GW，相应的直流额定电流将达到3125A和4000A。

（3）送电距离长，长达1500km，有的甚至超过2000km。

（4）特高压直流工程相对于常规直流输电工程，其直流换流站的主接线和基本结构复杂，需要采取每极双12脉冲阀组的串接；为承受±800kV的外绝缘，并顾及直流的积污效应，要考虑绝缘形式和绝缘材料问题；线路的导线分裂形式和杆塔对地高度将与±500kV工程有很大的不同，要进行有关的设计实验；有较大的额定电流，接地极设计需要探讨。

此外，在经济性方面，经多方面调查，肯定了±800kVHVDC在长距离大容量输电上的优越性。对于一个HVDC输电系统而言，总花费是由对换流站和线路的投入资本以及后期的损耗资本所构成的，一个给定传输容量的HVDC系统换流站的花费随着电压的提升而增多，但是线路花费却在某个特定的电压时最低。

图1是对一个传输容量为6400MW，传输距离大于1800km的工程，分别采用800kV交流、±800kV直流和±600kV直流进行传输时，其投资和损耗关系的一个对比。在计算损耗时，假定1400USD/kW。结果可以清楚地发现，±800kV直流是最经济有效的选择，具有线路容量大而线路损耗小的特点。总的花费上，选择±800kV直流要比±600kV低25%。

图1600kVHVDC和800kVHVDC的成本对比

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。

结束语

目前我国已具备特高压输电工程的建设条件，我国能源与负荷分布的严重不平衡以及未来电力发展的巨大空间迫切需要特高压直流输电技术。特高压直流输电技术符合电力工业发展规律和电网技术的发展方向，在技术上已没有不可逾越的障碍，在我国有广阔的应用前景。

参考文献：

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[4]特高压交直流输电技术特点及应用场合浅析[J].王赛豪，占小猛，李良权.中国设备工程，2017（17）.

作者简介：

郭冬青（1985.11--），男，河北尚义县人，华北电力大学学士，单位：国网山西省电力公司检修分公司，研究方向：特高压直流运行检修。