高壓直流輸電與特高壓交流輸電的比較

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1、高壓直流輸電與特高壓交流輸電的比較摘要綜述了高壓直流輸電與特高壓交流輸電的應(yīng)用現(xiàn)狀，對二者的優(yōu)缺點進行了比較研究，并預(yù)測了這兩種輸電技術(shù)在我國的發(fā)展前景。0引言我國電網(wǎng)的特點是能源資源與經(jīng)濟發(fā)展地理分布極不均衡，必須發(fā)展長距離、大容量電能傳輸技術(shù)，采用新的或更高一級電壓等級，實現(xiàn)西南水電東送和華北火電南送。目前國內(nèi)外的研究集中在高壓直流(HVDC)和特高壓交流(UHV)輸電技術(shù)。本文試就這兩種技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀、優(yōu)缺點進行比較，并預(yù)計這兩種技術(shù)在我國的發(fā)展前景。1國內(nèi)外高壓直流與特高壓交流輸電的應(yīng)用概況隨著電力電子和計算機技術(shù)的迅速發(fā)展，直流輸電技術(shù)日趨完善，在輸送能力和送電距離上已可

2、和特高壓交流競爭。多端直流輸電技術(shù)也取得了一些運行經(jīng)驗：意大利到撒丁島和柯西島的三端直流輸電工程于80年代投運；美國波士頓經(jīng)加拿大魁北克到詹姆斯灣拉迪生的五段直流輸電工程，全長1500km，1992年全線建成投入五端。到1996年底全世界已投運的直流輸電工程有56個，輸電容量達54.166GW［1］。我國的葛洲壩—上海500kV雙極聯(lián)絡(luò)直流輸電工程1989年投運，額定容量為1200MW，輸電距離為1080km。天生橋—廣州500kV直流輸電線路全長980km，額定輸送功率1800MW。此外，三峽—華東兩回直流輸電方案已審定。目前國外單個直流輸電項目的輸電容量正在逐步增加，表1為其中典

3、型代表。特高壓交流輸電技術(shù)的研究始于60年代后半期，前蘇聯(lián)從80年代開始建設(shè)西伯利亞—哈薩克斯坦—烏拉爾1150kV輸電工程，輸送容量為5000MW，全長2500km，從1985年起已有900km線路按1150kV設(shè)計電壓運行。1988年日本開始建設(shè)福島和柏崎—東京1000kV400余km線路。意大利也保持了幾十km的無載線路作特高壓輸電研究。美國AEP則在765kV的基礎(chǔ)上研究1500kV特高壓輸電技術(shù)。但是，80年代中期以后世界經(jīng)濟發(fā)展減緩，美國和其他一些國家都推遲或暫時放棄特高壓交流輸電技術(shù)，只有前蘇聯(lián)的1150kV工程投運，日本的特高壓輸電線路降壓至500kV運行。2高壓直

4、流輸電與特高壓交流輸電的優(yōu)缺點比較從經(jīng)濟方面考慮，直流輸電有如下優(yōu)點：(1)線路造價低。對于架空輸電線，交流用三根導(dǎo)線，而直流一般用兩根采用大地或海水作回路時只要一根，能節(jié)省大量的線路建設(shè)費用。對于電纜，由于絕緣介質(zhì)的直流強度遠高于交流強度，如通常的油浸紙電纜，直流的允許工作電壓約為交流的3倍，直流電纜的投資少得多。(2)年電能損失小。直流架空輸電線只用兩根，導(dǎo)線電阻損耗比交流輸電小；沒有感抗和容抗的無功損耗；沒有集膚效應(yīng)，導(dǎo)線的截面利用充分。另外，直流架空線路的“空間電荷效應(yīng)”使其電暈損耗和無線電干擾都比交流線路小。所以，直流架空輸電線路在線路建設(shè)初投資和年運行費用上均較交流經(jīng)

5、濟。直流輸電在技術(shù)方面有如下優(yōu)點：(1)不存在系統(tǒng)穩(wěn)定問題，可實現(xiàn)電網(wǎng)的非同期互聯(lián)，而交流電力系統(tǒng)中所有的同步發(fā)電機都保持同步運行。兩端交流輸電系統(tǒng)的等值電路見圖1。輸送功率為：P=(E1E2/XΣ)sinδ，式中：E1、E2分別為受送端交流系統(tǒng)的等值電勢；XΣ為線路、發(fā)電機、變壓器的等值電抗；δ為兩電勢的相角差。由此可見，在一定輸電電壓下，交流輸電容許輸送功率和距離受到網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和參數(shù)的限制，還須采取提高穩(wěn)定性的措施，增加了費用。而用直流輸電系統(tǒng)連接兩個交流系統(tǒng)，由于直流線路沒有電抗，不存在上述穩(wěn)定問題。因此，直流輸電的輸送容量和距離不受同步運行穩(wěn)定性的限制，還可連接兩個不同頻率的系

6、統(tǒng)，實現(xiàn)非同期聯(lián)網(wǎng)，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。(2)限制短路電流。如用交流輸電線連接兩個交流系統(tǒng)，短路容量增大，甚至需要更換斷路器或增設(shè)限流裝置。然而用直流輸電線路連接兩個交流系統(tǒng)，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。(3)調(diào)節(jié)快速，運行可靠。直流輸電通過可控硅換流器能快速調(diào)整有功功率，實現(xiàn)“潮流翻轉(zhuǎn)”(功率流動方向的改變)，在正常時能保證穩(wěn)定輸出，在事故情況下，可實現(xiàn)健全系統(tǒng)對故障系統(tǒng)的緊急支援，也能實現(xiàn)振蕩阻尼和次同步振蕩的抑制。在交直流線路并列運行時，如果交流線路發(fā)生短路，可短暫增大直流輸送功率以減少發(fā)電機轉(zhuǎn)子加速，提高系統(tǒng)的可靠性。(4

7、)沒有電容充電電流。直流線路穩(wěn)態(tài)時無電容電流，沿線電壓分布平穩(wěn)，無空、輕載時交流長線受端及中部發(fā)生電壓異常升高的現(xiàn)象，也不需要并聯(lián)電抗補償。(5)節(jié)省線路走廊。按同電壓500kV考慮，一條直流輸電線路的走廊～40m，一條交流線路走廊～50m，而前者輸送容量約為后者2倍，即直流傳輸效率約為交流2倍。然而，下列因素限制了直流輸電的應(yīng)用范圍：(1)換流裝置較昂貴。這是限制直流輸電應(yīng)用的最主要原因。在輸送相同容量時，直流線路單位長度的