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北极星电力网技术频道 作者:佚名 2007/12/26 21:33:36
高压直流输电与特高压交流输电的比较研究
詹奕尹项根
(华中科技大学电力与电子工程学院，武汉430074)
0引言我国电网的特点是能源资源与经济发展地理分布极不均衡，必须发展长距离、大容量电能传输技术，采用新的或更高一级电压等级，实现西南水电东送和华北火电南送。目前国内外的研究集中在高压直流(HVDC)和特高压交流(UHV)输电技术。本文试就这两种技术的应用现状、优缺点进行比较，并预计这两种技术在我国的发展前景。1国内外高压直流与特高压交流输电的应用概况随着电力电子和计算机技术的迅速发展，直流输电技术日趋完善，在输送能力和送电距离上已可和特高压交流竞争。多端直流输电技术也取得了一些运行经验：意大利到撒丁岛和柯西岛的三端直流输电工程于80年代投运；美国波士顿经加拿大魁北克到詹姆斯湾拉迪生的五段直流输电工程，全长1500km，1992年全线建成投入五端。到1996年底全世界已投运的直流输电工程有56个，输电容量达54.166GW［1］。我国的葛洲坝—上海500kV双极联络直流输电工程1989年投运，额定容量为1200MW，输电距离为1080km。天生桥—广州500kV直流输电线路全长980km，额定输送功率1800MW。此外，三峡—华东两回直流输电方案已审定。目前国外单个直流输电项目的输电容量正在逐步增加，表1为其中典型代表。
特高压交流输电技术的研究始于60年代后半期，前苏联从80年代开始建设西伯利亚—哈萨克斯坦—乌拉尔1150kV输电工程，输送容量为5000MW，全长2500km，从1985年起已有900km线路按1150kV设计电压运行。1988年日本开始建设福岛和柏崎—东京1000kV400余km线路。意大利也保持了几十km的无载线路作特高压输电研究。美国AEP则在765kV的基础上研究1500kV特高压输电技术。但是，80年代中期以后世界经济发展减缓，美国和其他一些国家都推迟或暂时放弃特高压交流输电技术，只有前苏联的1150kV工程投运，日本的特高压输电线路降压至500kV运行。2高压直流输电与特高压交流输电的优缺点比较从经济方面考虑，直流输电有如下优点：(1)线路造价低。对于架空输电线，交流用三根导线，而直流一般用两根采用大地或海水作回路时只要一根，能节省大量的线路建设费用。对于电缆，由于绝缘介质的直流强度远高于交流强度，如通常的油浸纸电缆，直流的允许工作电压约为交流的3倍，直流电缆的投资少得多。(2)年电能损失小。直流架空输电线只用两根，导线电阻损耗比交流输电小；没有感抗和容抗的无功损耗；没有集肤效应，导线的截面利用充分。另外，直流架空线路的“空间电荷效应”使其电晕损耗和无线电干扰都比交流线路小。所以，直流架空输电线路在线路建设初投资和年运行费用上均较交流经济。直流输电在技术方面有如下优点：(1)不存在系统稳定问题，可实现电网的非同期互联，而交流电力系统中所有的同步发电机都保持同步运行。两端交流输电系统的等值电路见图1。输送功率为：P=(E1E2/XΣ)sinδ，式中：E1、E2分别为受送端交流系统的等值电势；XΣ为线路、发电机、变压器的等值电抗；δ为两电势的相角差。
由此可见，在一定输电电压下，交流输电容许输送功率和距离受到网络结构和参数的限制，还须采取提高稳定性的措施，增加了费用。而用直流输电系统连接两个交流系统，由于直流线路没有电抗，不存在上述稳定问题。因此，直流输电的输送容量和距离不受同步运行稳定性的限制，还可连接两个不同频率的系统，实现非同期联网，提高系统的稳定性。(2)限制短路电流。如用交流输电线连接两个交流系统，短路容量增大，甚至需要更换断路器或增设限流装置。然而用直流输电线路连接两个交流系统，直流系统的“定电流控制”将快速把短路电流限制在额定功率附近，短路容量不因互联而增大。(3)调节快速，运行可靠。直流输电通过可控硅换流器能快速调整有功功率，实现“潮流翻转”(功率流动方向的改变)，在正常时能保证稳定输出，在事故情况下，可实现健全系统对故障系统的紧急支援，也能实现振荡阻尼和次同步振荡的抑制。在交直流线路并列运行时，如果交流线路发生短路，可短暂增大直流输送功率以减少发电机转子加速，提高系统的可靠性。(4)没有电容充电电流。直流线路稳态时无电容电流，沿线电压分布平稳，无空、轻载时交流长线受端及中部发生电压异常升高的现象，也不需要并联电抗补偿。(5)节省线路走廊。按同电压500kV考虑，一条直流输电线路的走廊～40m，一条交流线路走廊～50m，而前者输送容量约为后者2倍，即直流传输效率约为交流2倍。然而，下列因素限制了直流输电的应用范围：(1)换流装置较昂贵。这是限制直流输电应用的最主要原因。在输送相同容量时，直流线路单位长度的造价比交流低；而直流输电两端换流设备造价比交流变电站贵很多。这就引起了所谓的“等价距离”问题。(2)消耗无功功率多。一般每端换流站消耗无功功率约为输送功率的40～60，需要无功补偿。
(3)产生谐波影响。换流器在交流和直流侧都产生谐波电压和谐波电流，使电容器和发电机过热、换流器的控制不稳定，对通信系统产生干扰。[1][2]下一页
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