高壓直流輸電技術(shù)的發(fā)展及前景

1、高壓直流輸電技術(shù)的發(fā)展及前景1引言-_】【=同壓直流輸電技術(shù)的發(fā)展及馬濤(武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院湖北武漢430072)日刖錄摘要:綜述了高壓直流輸電的背景及其優(yōu)缺點,指出了高壓直流輸電在我國的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢.介紹了高壓直流輸電新技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀.關(guān)鍵詞:直流輸電:高壓直流:直流輸電新技術(shù)中圖分類號:TM8文獻標識碼:A電力技術(shù)的發(fā)展是從直流電開始的.早期的直流輸電是直接從直流電源送往直流負荷,不需要經(jīng)過換流.而隨著三相交流發(fā)電機,感應(yīng)電動機和變壓器的迅速發(fā)展.發(fā)電和用電領(lǐng)域很快被交流電所取代但是直流輸電有著交流輸電所不具有的優(yōu)點.如遠距離大容量輸電,不同電力系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)等當今.作為高壓交流輸電技術(shù)的有

2、力補充.高壓直流輸電技術(shù)已在全世界得到越來越多的應(yīng)用由于我國地域遼闊.能源分布和負荷發(fā)展很不平衡.水利資源主要集中在西南數(shù)省.煤炭資源主要集中在山西,陜西和內(nèi)蒙西部.而負荷主要集中在東部沿海地區(qū).因此遠距離大容量輸電勢在必行另一方面.電網(wǎng)互聯(lián)是電力工業(yè)發(fā)展的必然趨勢.利用高壓直流輸電作異步聯(lián)網(wǎng)在技術(shù)上,經(jīng)濟上,安全上的優(yōu)勢已經(jīng)在世界范圍內(nèi)得到證明.因此高壓直流輸電以其技術(shù)上,經(jīng)濟上,安全上的優(yōu)勢.在遠距離大容量和電網(wǎng)互聯(lián)上對我國電力工業(yè)的發(fā)展必將起到十分重要的作用我國已經(jīng)成為世界范圍內(nèi)直流輸電應(yīng)用前景最廣闊的國家2直流輸電技術(shù)及其優(yōu)缺點在直流輸電系統(tǒng)中.只有輸電環(huán)節(jié)是直流.發(fā)電系統(tǒng)和用電系統(tǒng)仍

3、然是交流電在輸電線路的始端.發(fā)電系統(tǒng)的交流電經(jīng)換流變壓器升壓后.送到整流器中.整流器將高壓交流電變成高壓直流電后.送人輸電線路直流電經(jīng)過輸電線路進入逆變器中.逆變器將高壓直流電變?yōu)榻涣麟?再經(jīng)過換流變壓器降壓后送人交流系統(tǒng)中2.1直流輸電相對于交流電的優(yōu)點(1)輸送相同功率時,線路造價低.對于架空線路.交流輸電通常采用3根導(dǎo)線.收稿El期:20090913而直流只需1根(單極)或2根(雙極)導(dǎo)線.輸送相同功率的時候.直流輸電所用的線材僅為交流輸電的2/31/2另外.直流輸電在線路走廊,鐵塔高度,占地面積等方面.比交流輸電優(yōu)越.(2)線路損耗小直流輸電只采用1根或2根導(dǎo)線.所以線路上的有功損耗較

4、小同時由于直流輸電線路上沒有感抗和容抗.在線路上也就沒有無功損耗另外.由于直流架空線路具有"空間電荷"效應(yīng).其電暈損耗和無線電干擾均比交流架空線路要小.直流輸電沒有集膚效應(yīng).導(dǎo)線的截面利用充分(3)沒有系統(tǒng)穩(wěn)定問題采用直流輸電連接兩個交流系統(tǒng).由于直流線路沒有電抗.所以不存在同步穩(wěn)定運行問題.即直流輸電不受輸電距離的限制另外.由于直流輸電與系統(tǒng)頻率,系統(tǒng)相位差無關(guān).所以直流線路可以連接兩個頻率不相同的交流系統(tǒng)(4)能限制系統(tǒng)的短路電流用直流輸電線路連接兩個交流系統(tǒng)時.直流系統(tǒng)的"定電流控制"將快速把短路電流限制在額定功率附近.短路容量不因互聯(lián)而增大.有利

5、于實現(xiàn)交流系統(tǒng)的互聯(lián)(5)調(diào)節(jié)速度快.運行可靠.直流輸電通過晶閘管換流器.能夠快速的實現(xiàn)有功功率和潮流翻轉(zhuǎn)不僅在正常運行時保證穩(wěn)定的輸出功率.而且在事故情況下.可通過正常的交流系統(tǒng)一側(cè)由直流線路對另一側(cè)事故系統(tǒng)進行支援.從而提高系統(tǒng)運行的可靠性(6)實現(xiàn)交流系統(tǒng)的異步連接頻率不同或相同的交流系統(tǒng)可以通過直流輸電或"交流一直流一交流"的"背靠背"換流站實現(xiàn)異步聯(lián)網(wǎng)運行.既得到聯(lián)網(wǎng)運行的經(jīng)濟效益.又避免交流聯(lián)網(wǎng)在發(fā)生事故時的相互影響2.2直流輸電與交流輸電相比和缺點(1)換流站的造價高.換流站設(shè)備種類74科技創(chuàng)業(yè)月刊服務(wù)科學(xué)2009年第10期繁多.其造價比交

6、流變電站要高很多.而且運行維護也比較復(fù)雜,對運行人員要求較高這是限制高壓直流輸電發(fā)展的最主要原因.(2)換流裝置要消耗大量的無功功率直流輸電換流器要消耗一定的無功功率.一般情況下.約為直流輸送功率的50%60%.因此.換流站的交流側(cè)需要安裝一定數(shù)量的無功補償設(shè)備.一般由電容性的交流濾波器提供無功功率(3)產(chǎn)生諧波影響.換流器運行時在交流側(cè)和直流側(cè)都將產(chǎn)生諧波電流和電壓.使電容器和發(fā)電機過熱.換流器控制不穩(wěn)定.對通信系統(tǒng)產(chǎn)生干擾.一般在交流側(cè)安裝濾波器限制諧波影響(4)換流裝置幾乎沒有過載能力.所以對直流系統(tǒng)的運行不利(5)缺乏高壓直流開關(guān).由于直流輸電不存在零點.以致滅弧比較困難.現(xiàn)在一般采用

7、外加振蕩器來產(chǎn)生過零點.增加了成本(6)直流輸電利用大地(海水)為回路帶來的一些技術(shù)問題接地極附近地下(或海水)中的直流電流對技術(shù)構(gòu)件,管道,電纜等埋設(shè)物有腐蝕作用:地中直流電流通過中性點變壓器使變壓器直流偏磁.產(chǎn)生局部過熱,震動,噪聲;以海水為回路時,對通信系統(tǒng)和航海磁性羅盤產(chǎn)生干擾(7)直流輸電線路難以引出分支線路.絕大部分只用于端對端輸電根據(jù)以上優(yōu)缺點.直流輸電適用于以下場合:遠距離大功率輸電:海底電纜輸電:不同頻率或同頻率非周期運行的交流系統(tǒng)之間的連接;用地下電纜向大城市供電:交流系統(tǒng)互聯(lián)或配電網(wǎng)增容時.作為增大短路容量的措施之一:配合新能源的輸電.3直流輸電技術(shù)的現(xiàn)狀及前景鑒于高壓直

8、流輸電在技術(shù)上和經(jīng)濟上高壓直流輸電技術(shù)的發(fā)展及前景的特點.目前.世界上很多國家都采用了這種技術(shù)目前.在五大洲都分布有高壓直流輸電工程.且密集于北美和歐洲等經(jīng)濟發(fā)達地區(qū).伴隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展.高壓直流輸電工程也得到了蓬勃的發(fā)展1987年建成的浙江舟山直流輸電工程是我國第一條直流輸電線路.其額定電壓為_+100KV.額定電流為500A.額定容量為50MW.線路全長54kin1990年.從湖北葛洲壩到上海的葛南雙極直流輸電線路投人商業(yè)運行.其額定容量為1200MW.額定電壓為±500kv.輸送距離l045km它既是我國第一條遠距離大容量高壓直流輸電線路.也是區(qū)域電網(wǎng)直流互聯(lián)工程中國電力

9、從此進入交直流互聯(lián)的時代2001年6月.從天生橋水電站水電站至廣州北郊的天廣雙極直流輸電線路投入商業(yè)運行.其額定容量1800MW.額定電壓_500kv,輸送距離960km.2003年6月.三峽附近的龍泉換流站到常州政平換流站的三常直流輸電線路投入運行.線路全長890km.額定功率3000MW.額定電壓500kv.額定電流3000A2004年6月.三峽到廣東惠州的三廣高壓直流輸電工程雙極投運.輸送距離960km.額定功率3000MW.額定電壓-500kv.額定電流3000A.同年.貴州安順換流站到廣東肇慶換流站高壓直流輸電線路建成并投運.全長880km.額定容量30o0MW.額定電壓±

10、500kv,額定電流3000A.2005年7月,陜西靈寶背靠背換流站全部建成并投入商業(yè)運行,其額定參數(shù)為360MW,120kv,3000A2006年11月.三峽宜都換流站到上海華新?lián)Q流站高壓直流輸電線路正式投入運行.額定容量3000MW.輸送距離1059km.我國尚有多項在建和計劃建設(shè)的高壓直流輸電工程.其中云南至廣州±800kv輸電線路現(xiàn)已單極運行.計劃2010年6月雙極建成投產(chǎn)云廣線是全世界第一個+800kv特高壓直流輸電工程.開創(chuàng)了世界電力工業(yè)發(fā)展的新篇章開始建設(shè)的還有向家壩到上海直流輸電工程.它西起向家壩換流站.東至上海市漕涇換流站.輸電距離約2000km:錦屏到蘇南_800

11、kv直流輸電線路.西起西昌錦屏長村換流站.東至蘇南吳江換流站.輸電距離2095km:寧夏銀川到山東青島660kv輸電線路.輸送距離l335km.未來20年.直流輸電將作為長距離大容量輸電的主要方式和500kv交流網(wǎng)架的強化措施.以便在無更高一級交流電壓輸電線路時形成大區(qū)電網(wǎng)互聯(lián)科學(xué)領(lǐng)域的新成就將擴展直流輸電技術(shù)的用途一些新的發(fā)電方式,比如磁流體,電氣體,燃料電池和太陽能電池等產(chǎn)生的電能都是通過直流方式送出并經(jīng)逆變器交換后送人交流電力系統(tǒng).遠海中的海洋能發(fā)電廠需用海底直流電纜將電能送到大陸另外.新型電池和超導(dǎo)等新的儲能系統(tǒng)和交流電力系統(tǒng)連接時都需用有關(guān)直流輸電的技術(shù)總之.隨著直流輸電技術(shù)的日益成

12、熟,輸電設(shè)備價格的下降和換流站可用率的提高.它在電力系統(tǒng)中必將得到更多的應(yīng)用4高壓直流輸電新技術(shù)新型全控型電力電子器件這類器件的代表是絕緣門極雙極型晶體管(IGBT).以其為基礎(chǔ)的新型輸電技術(shù)稱為柔性高壓直流輸電這種新技術(shù)能夠向無電壓支持電網(wǎng)供電.避免了換向的危險.并通過高頻開關(guān)元件簡化了換流器的連接柔性直流輸電技術(shù)很適合應(yīng)用于可再生能源并網(wǎng),分布式發(fā)電并網(wǎng),孤島供電,城市電網(wǎng)供電,異步交流電網(wǎng)互聯(lián)等領(lǐng)域.光電子技術(shù)晶體管觸發(fā)技術(shù)是直流輸電的關(guān)鍵技術(shù)之一.在采用光觸發(fā)晶閘管后.可以省去用于再次進行光電轉(zhuǎn)換的電子觸發(fā)電路板但需要將相應(yīng)的保護或測量電路集成在晶閘管上.因此技術(shù)復(fù)雜.工藝要求嚴格接地

13、極引線故障測量技術(shù)直流輸電的接地極及引線的電壓很低.換流站采用傳統(tǒng)的電壓測量方法.難以檢測到靠近接地極的對地短路故障為此.近年來開發(fā)出脈沖回聲,阻抗等接地及脈引線測量裝置其基本原理是.在換流站接地極的2根引線之間加低壓高頻脈沖.通過接受這些脈沖的回波.計算接地引線的阻抗當引線任何地點發(fā)生對地電阻時.其阻抗的變化將反應(yīng)到測量裝置中.從而判定是否發(fā)生故障.并判斷故障地點實時多處理器控制保護系統(tǒng)電子信息技術(shù)的飛速發(fā)展使得處理器的速度大大提高.存儲空間也不斷擴大這實現(xiàn)了在直流輸電系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)包括集控,站控,直流系統(tǒng)保護,換流變壓器控制保護,交直流濾波器控制保護,換流器冷卻系統(tǒng)控制保護,站用電系統(tǒng)控制

14、保護中都有微處理器的應(yīng)用.提高了整個系統(tǒng)的實時性能和可靠行5結(jié)語由于高壓直流輸電在遠距離大容量輸電,電網(wǎng)互聯(lián)等方面具有獨特的優(yōu)點.使其作為高壓交流輸電的補充.在我國西電東送,南北互供和全國電網(wǎng)互聯(lián)等工程中正在和將要發(fā)揮重要作用可以預(yù)見.隨著電力電子器件的進一步發(fā)展,計算機技術(shù)的更新?lián)Q代,輸變電新材料的出現(xiàn),新能源和可再生能源的開發(fā)利用.高壓直流輸電將擁有更加廣闊的應(yīng)用前景參考文獻1劉振亞.特高壓電網(wǎng)M.北京:中國電力出版社.20052舒印彪.中國直流輸電的現(xiàn)狀及展望fJ.高電壓技術(shù)2004(11,3王明新.現(xiàn)代新技術(shù)在高壓直流輸電中的應(yīng)用J.國際電力,2003(4)4彭毅暉.高壓直流輸電的發(fā)展

15、與展望J.湖南電力.2007(1)(責(zé)任編輯曉天)f上接第71頁)體積率的增大而減少.原因是鋼纖維的摻入推遲了裂縫的出現(xiàn).并在裂縫出現(xiàn)后限制了裂縫的發(fā)展.從而提高了梁的剛度當pf=0時,'=1.35mm,pf=3.5%,e=0.43mm,可見撓度減小了68.1%3.2鋼纖維體積率一般情況受剪承載力與鋼纖維體積率或含量特征參數(shù)()增大而提高.通過改變荷載的作用位置得到不同的剪跨比值.模擬得到承載力與剪跨比的關(guān)系當剪跨比較小時,增強的作用更為明顯.當剪跨比較大時.鋼纖維的增強作用減弱.這主要是因為.當剪跨比較大時.破壞形態(tài)基本上是斜拉破壞,臨界斜裂縫發(fā)展快,寬度大,一部分纖維被拔出,其增強作用減弱.4結(jié)語鋼纖維的摻入.提高了鋼纖維混凝土軸心抗拉強度,有效抑制構(gòu)件裂縫的開展.隨鋼纖維摻量的增加.深梁的抗彎極限承載能力明顯提