绪论1.1 高压直流输电技术的发展概况 电力技术的发展是从直流输电技术是从20世纪50年代开始得到应 用，并且在近年来快速地发展的一项新技术。经过半个世纪的发展，高 压直流输电技术的应用取得了长足的进步。据不完全统计，目前包括 在建工程在内，世界上已有近百个HVDC 工程，遍布5 大洲20 多个 国家。它与交流输电相互配合，构成现代电力传输系统。直流输电的 发展可大致分为下面三个阶段： （1）1954 年以前，试验阶段。由于50 年代初交流系统高压输电 处于发展的黄金时代，加上当时技术水平的限制，直流输电发展缓慢 并且不受重视。 （2）1954 年至1972 年，发展阶段。1954 年瑞典建成世界上第一 条工业直流输电线路，标志着直流输电进入实用阶段。在这一阶段， 直流输电设备的制造技术、实施工程质量、运行水平都有了很大的提高。 直流输电技术应用到水下输电，不同额定频率交流系统互连，远距离 大功率输电等多个角度。 （3）1972 年至今，加快速度进行发展阶段。1972 年晶闸管阀换流器第一次 在工程中应用，取代了汞弧阀，使直流输电技术提高了一大步。直流 输电技术获得了普遍的重视[1]。 1.2 我国高压直流输电的发展 我国对高压直流输电的研究起步较晚，从60 年代初开始，并由于 Word 种种原因中断了一段时间。70年代前半期才又先后在浙江、上海、 北京、西安等地恢复实验研究工作。 1977 年，在上海建成并投运了我国第一条31kV，4.65MW，地下电 缆长8.6km的直流输电试验线km 的高压直流工程，这是我国第一条自行设计、施 工、全部设备国产化的线 年投运的葛洲坝至上海的电压 500kV，传输功率1200MW，输送距离约1045km 的高压直流输电线 路是我国当时顶级规模的直流工程。它的建成标志着我国高压直流输 电技术上了一个台阶，为今后我国直流输电的建设和发展积累了丰富 的经验。2021 年天生桥至广州直流输电系统投运，其额定工作电压 500kV，容量1800MW，线km。南方电网以它为系统联络 线，形成了我国第一个高压大容量交直流并联运行电力系统。 2021~2021 年，又有三峡-广东、贵州-广东、灵宝背靠背、三峡-上 海、贵州-广东和高龄背靠背6 项直流输电工程投入运行[2][3]。2021 年前计划建设的直流输电工程： 落渡、向家坝向华中、华东送电16000MW；（3）西南水电送 江西、福建的3000MW项目； （4）广东与海南用宜流电缆联网，输送容量为1000MW。 1.3 高压直流输电系统的优缺点 Word 目前我国对高压直流输电的应用只能算是试验性阶段，与国外发达国家相比，还有很大差距。随着我们国家各大区电力系统的发展，高压直 流输电在形成全国互联统一网中的优越性将一天比一天突出。因此，加速高 压直流输电技术的研究和工程建设是一项非常紧迫的任务。 电能的输送最早是通过直流来实现的，但后来由于多相交流电路原 理的逐步完善，出现了交流发电机、变压器和感应电动机，使得交流 电的发电、变压、输送、分配及使用变得更加方便、经济和安全可靠。 这样交流电几乎完全替代了直流电，并发展成今日规模巨大的电力系 统。但是随着高电压、大容量晶闸管制造水平的提高及控制理论和技 术的发展，直流输电技术慢慢的被受到重视。尤其是在大功率、远距 离、海底电缆送电和交流系统间非同步互联等方面，直流输电相对交 流输电有着明显的优势。不同于传统的交流输电，直流输电系统具有 如下优点： 第一，长距离输电线路建设费用低。对于架空线路，常见三相交流 输电线路需要三根导线，而单极直流输电只需两根导线。当用大地或 海水作回路时，仅需一根导线，架空线的杆塔载荷小，线路所需走廊 较窄。在输送相同功率的条件下，直流输电可节省大量的有色金属、 钢材、绝缘材料等。对于电缆线路，直流电缆与交流电缆相比，其投 资和运行的成本都更为经济。 第二，适宜于远距离输电。高压交流输电线路单位长度的分布电容 较大，为避免输电线过负荷，其输送的交流容量远低于自然功率。同 时，交流输电线路末端或中间因电容效应而使电压升高，需在线路中 Word 第三，通过直流输电线路连接的两端交流输电系统不需要同步运行，并且输电距离不受电力系统同步运行稳定性的限制。在电力系统中的 所有发电机都要保持同步运行。如果输送功率过大或输电距离过长， 线路两端功角差过大，就不能保证系统运行的稳定性和可靠性。所以 为增加交流输电能力，常需要采取一些措施如增设串补、 静补、调相机和开关站等。这样势必增加了费用，提高了交流输电线路的成本。而直流输电，由于不存在电抗，也就不存在系统稳定的 问题。同时，由于直流输电与系统频率、相位无关，故直流输电可连 接两个频率不相同的交流系统。这样既能够获得联网的技术经济效益， 又能够尽可能的防止两互联电网间事故的相互影响，保证系统安全稳定运行。 第四，调节快速、运行可靠。直流输电通过可控硅换流器能容易的 快速调整有功功率和实现“潮流翻转”，这样不仅在正常运行时能保证 稳定的输出，而且在事故情况下，可以由正常的交流系统向另一端事 故系统来进行紧急支援，来提升系统的稳定性：或者在交直流线路并 列运行时，当交流线因扰动引起输送功率变换时，可迅速调节直流输 电的功率，以抵消交流输电系统因扰动引起的功率变换量，来提升 系统运行的可靠性。 第五，限制系统的短路电流。用交流线路互联的电力系统，电力短 Word 路电流随系统容量的增加而增大。可能会超出部分原有断路器的遮断容量。而利用直流线路连接的两个交流系统，由于直流联络线的电流 能按定值迅速加以控制，因此两个系统各自的短路容量不会因为互联 而有明显的增大。此外，当直流线路发生短路故障时，同样也可以通 过整流器的调节来限制短路电流。在直流线路电容放电电流消失之后， 短路电流的峰值一般可控制到线 第六，接线方式灵活，提高了运行可靠性。直流输电接线方式有双极、单极大地回线、单极双线并联大地回线和金属回线等，可按需要 选择。一般，正常运行采用双极方式，一根导线是正极，另一根是负 极，中性点接地。当一根导线或一极出现故障时，另一极的另一根导 线能以大地作回路，继续输送一半或全部功率；若设备绝缘薄弱或 线路沿线某段雾大，还可降压运行，来提升了运行的可靠性。 第七，可以分段建设，分期投资。直流输电可方便地进行分期建设 和增容扩建，有利于发挥投资效益。双极直流输电工程科按极来分期 建设，先建一个极单极运行，后再建另一个极。也可以每极选择两组 基本换流单元（串联接线或并联接线），第一期先建一组（为输送容 量的1/4）单极运行；第二期再建一组（为输送容量的1/2）双极运 行；第三期再增加一组，可双极不对称运行（为输送容量的3/4），当 两组换流单元为串联接线时，两极的电压不对称，为并联接线时，则 两极的电流不对称；第四期则整个双极工程完全建成。 直流输电与 交流输电相比，也有如下缺点： （1）直流输电换流站比交流变电站的设备多、结构较为复杂、造价高、 Word 损耗大、运行的成本高、可靠性也较差。通常交流变电站的主要设备是变压器和断路器，而直流换 流站除换流变压器和相应的断路器以外，还有换流器、平波电抗器、交流滤波器、直流滤波器、无功补偿设备和很多类型的交流和直流 避雷器等。因此，换流站的造价比同样规模的交流变电站的造价要高 出数倍。由于设备多，换流站的损耗和运行的成本也相应增加，同时换 流站的运行和维护也较复杂，对运行人员的要求也较高。 （2）换流器对交流侧来说，除了是一个负荷（在整流站）或电源 （在你逆变站）以外，它还是一个谐波电流源。它畸变交流电流波形， 向交流系统发出一系列的高次谐波电流，同时也畸变了交流电压波形。 为减少流入交流系统的谐波电流，保证换流站交流母线电压的畸变率 在允许的范围内，必须装设交流滤波器。另外，换流器对直流侧来说 除了是一个电源（在整流站）或负荷（在逆变站）以外它还是一个谐 波电压源。它畸变直流电压波形、向直流侧发出一系列的谐波电压， 在直流线路上产生谐波电流。为了能够更好的保证直流线路上的谐波电流在允许 的范围内，在直流侧必须装设平波电抗器和直流滤波器。交、直流滤 波器使换流站的造价、占地面积和运行的成本均大幅度提高。同时也降 低了换流站的运行可靠性。 （3）晶闸管换流器在进行换流时需要消耗大量的无功功率（占直 流输送功率的40%~60%），每个换流站均需装设无功补偿设备；当交 流滤波器所提供的无功功率不能够满足无功补偿的要求时，还需静电电 Word 容器；当换流站接于弱交流系统时，为提高系统动态电压的稳定性和改善换相条件，有时还需要装设同步调相机或静止无功补偿装置，这 同样要增加换流站的投资和运行的成本。当采用新型可关断半导体器件 或电容换相换流器时，无功补偿问题将会得到解决。 （4）直流输电利用大地（或海水）为回路而带来的一些技术问题。 如接地极附近地下（或海水中）的直流电流对金属构件、管道、电缆 等埋设物的电腐蚀问题；地中直流电流通过中性点接地变压器使变压 器饱和所引起的问题；对通信系统和航海磁性罗盘的干扰等。对于每 项具体的直流输电工程，在工程设计时，对以上问题一定要进行充分的 研究，并采取对应的技术措施。 （5）直流断路器由于没电流过零点可通过，灭弧问题难以解 决，给制造带来困难。国外虽然对直流断路器进行了大量的研究和试 制，但是到目前为止仍然没有满意的产品提供给工程使用，使多端直 流输电工程发展缓慢。近年来，利用直流输电的快速控制，在工程上 已可以解决多端直流输电的故障处理等问题，但其控制管理系统相当复杂， 仍需要在实际工程中进行考验和改进。当采用新型可关断半导体器件 进行换流时，直流断路器的功能将由换流器来承担，这一问题将得到 解决[4]。 1.4高压直流输电的应用 Word 根据以上分析并结合本论文的思想，现在将高压直流输电系统的主要应用述述如下： 直流电缆送电。由于交流电缆存在比较大的电容电流，海底电缆长度超过等价距离时，采用直流输电无论是经济上还是技术上都较为 合理。 轻型直流输电（HVDCLight）。 以上五点是直流输电的主要应用。此外，直流输电的应用场景范围广泛， 还可用于磁流体发电、太阳能电池、燃料电池和热核聚变直接发电等 多种新型发电方式的配套和超导输电等方面[5]。 百度搜索“77cn”或“免费”即可找到本站免费阅读全部范文。收藏本站方便下次阅读，免费，提供经典小说综合文库高压直流输电系统的 毕业论文在线全文阅读。
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