特高压直流输电技术特点的研究

特高压直流输电技术特点的研究

侯逸飞

天津科技大学 2019级电子信息与自动化学院 天津 300000

摘要：本文首先介绍了特高压直流输电的原理，然后分析了特高压直流输电技术的特点、特高压直流输电技术的优势、交直流特高压技术的应用以及未来需要解决的难点。分析表明，目前特高压直流输电技术在我国具有广阔的应用前景。

关键词：特高压；直流输电；应用

引言

随着国民经济的不断快速发展，近年来我国电力工业呈现出更加加速的发展趋势。按照建设规模和合理开工计划，我国资源分布不均，全国可开发水资源的四分之三在西南，煤炭资源的三分之二在西北，经济发达的东部地区消耗了三分之二。同时，特高压输电具有明显的经济优势。特高压输电线路可减少塔材1/3，线材1/2，包括变电站在内的电网成本节约约10%-15%。特高压线路输电走廊仅为同等输电容量500kV线路所需走廊的四分之一，将为人口密集、土地宝贵、走廊崎岖不平的国家和地区带来显着的经济和社会效益。

1 特高压直流输电原理

高压直流输电中电压电平的概念与交流输电不同。在交流输电的情况下，一般来说，220kV以下的电压称为高压，330750kV的称为特高压，1000kV以上的电压称为特高压。对于直流输电，500kV和660kV称为特高压，800kV以上称为特高压。直流输电业务是通过直流实现电能传输的业务。直流电源必须经过整流（整流和反向）才能实现从直流到交流，然后连接到交流系统。两端直流输电系统可分为单极系统（正负）、双极系统（正负）和连续直流系统（非直流输电系统）三种。

2两大特高压直流输电优势

我国目前正在开发的特高压输电技术包括特高压交流输电技术和特高压直流输电技术。总的来说，特高压交流输电技术用于短距离组网和电力传输，而直流输电技术用于长距离、大范围的电力传输，两者都将在未来电网发展中发挥重要作用。本文简要分析了特高压直流输电技术，其优势主要包括以下几个方面。

如果直流输电的每一极导体的绝缘水平和截面积与交流输电线路各相的导体相同，那么只需要直流输电所需的电路走廊的2/3。当今同等输电容量交流输电所需的土地资源越来越紧张，特高压直流输电线路节省线路走廊的优势更加明显。

对于相同的发射功率，直流输电的线损仅为交流输电的2/3，从长远来看可以节省大量能源，而直流输电环地只需一根导线，而交流输电则需要三根线。电线需要电线，但在输电线路建设中对特高压直流输电电缆的投资要少得多。

交流电网并网应考虑两网之间的周期和相位，但直流输电不存在系统稳定性问题，与交流电网相比，可以简单有效地解决并网问题。对于远距离输电，直流输电比交流输电更容易实现，例如800kv特高压直流输电最远距离可达2500km。

3 工程应用

3.1特高压直流输电基本参数

直流电压、直流功率、直流电流和线路长度是直流输电工程的基本参数。其中，直流功率W、直流I、直流电压U满足公式W=UI的关系。我国特高压直流额定电压定为800kV，综合考虑输电容量增加、损耗优化和技术经济比较。额定电压是绝缘水平、环境影响（电晕、电磁干扰、噪声等）、设备制造难度、工程设计、工程投资、工程建设的决定性因素。直流额定功率的选择应考虑直流系统发生单极和双极中断故障时交流系统的可靠性限制，在考虑电力传输要求的前提下。如果出现问题，要降低直流发射功率或升压交流系统。在额定电压下，直流电流的大小由直流电源决定，但也与晶闸管阀板中的流量有关。

直流功率为5 GW，直流电流为3125 A。直径125 mm的阀门可用于500 kV和3 GW的直流项目。当直流功率达到6.4GW时，直流电流达到4000A，需要开发。一块直径150 毫米的阀门。传输线的长度是决定直流电压选择的关键因素之一。输电距离越远（尤其是1500km以上），通过比较技术经济指标，特高压直流输电的优势越明显，越有必要选择特高压直流输电。

3.2换流站主接线

要确定特高压直流换流站的主接线，首先要研究换流器的结构。逆变器结构有四种选择。一种是选项1。500kV 同一般结构，结构简单，设备小，安装面积小。然而，换流变压器的质量和尺寸使其难以运输到现场。第二个是选项2。每极有两组串联的12脉冲阀组。结构更复杂，设备更多，换流变压器数量增加一倍。但换流变压器的质量和尺寸可以满足运输要求，如果一组阀门发生故障，只需旁路，另一组阀门继续正常工作，增加可用性（需要旁路开关）。第三个是选项3。每极并联一组12 个脉冲阀。单个阀组的流量可以降低，但结构复杂，设备大，转换阀和平滑反应器的数量是单个阀组的两倍。第四个是选项4。一端每极采用双阀组结构，另一端每极采用单阀组结构，适应不同的运输条件，充分发挥各自的优点。对我国目前特高压直流输电工程的分析表明，有条件的项目优选方案2，可采用方案4。

3.3特高压直流工程电磁环境

随着人们对环境问题认识的深入和公众环境意识的增强，输电工程的电磁环境影响越来越受到重视，因此特高压直流输电工程的实施应特别注意研究电磁环境。电磁环境已成为影响输电工程结构和建设成本的重要因素之一。随着人们对环境问题认识的深入和公众环保意识的增强，输电工程对电磁环境的影响越来越受到重视，因此特高压直流输电工程的实施应特别重视电磁环境研究。接地极的主要作用是当单条最大回线运行时，大电流注入大地，引起一系列问题。首先，地电流使接地电极周围的地电位升高，必须考虑人畜安全。二是流向阴极大地的电流腐蚀了附近的地下金属。三是在中性点接地型变压器周围的变压器中产生直流电流，使变压器产生直流偏置现象，使这些变压器的噪声、损耗和温度升高。在接地电极的设计中，考虑了前两个问题，也注意到并研究了第三个问题，并提出了几种解决方案。例如，在变压器的中性点串联一个电阻来限制直流电流值，串联一个电容器来隔离直流电流，或者采取补偿措施来限制电流值。目前仍采用主控运行方式，尽量少采用接地回路运行方式。

结语

随着我国对能源输电的需求和技术水平的发展趋势，我国应进一步提高直流输电的额定输电容量，简化直流电压等级的排列顺序，实现标准化和系列化的有机结合。促进集约效应和规模经济的形成经济型直流输电。特高压直流输电技术符合电力行业的发电规律和电网技术的发展方向，在技术上没有不可逾越的障碍，在我国具有广阔的应用前景。

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