高壓直流輸電技術現狀及發展前景

黃成康

摘 要：隨國內外高壓直流輸電技術的不斷發展，直流輸電設備的制造水平也不斷提高，為持續推動我國輸電工程建設發展，本文對主要高壓直流的最新技術應用及發展前景進行了總結，通過對高壓直流運行方式的總結，指出未來技術的發展前景，結合當下輸電工程建設中的應用，對直流輸電技術中的尖端技術進行解析，重點分析了各類高壓直流輸電技術在工程建設中應用的利弊。

關鍵詞：高壓直流輸電技術；遠距離輸電；西電東送；大電網互聯

東部經濟的快速發展中，電力工程也成為了經濟發展的支出的重要因素之一，“西電東輸”工程就成為了我國電力系統的重要建設工程之一。長距離、大容量輸電過程中，高壓直流輸電有著可控性、穩定性、工程成本低的優勢。近年來我國多項大中型輸電工程已成功使用此項輸電技術取得了顯著的成果，高壓輸電技術在實現電力市場經濟中也有這多項交流電所不能替代的優勢，在實現大電網互聯中有著至關重要的作用。

1.技術現狀

高壓直流輸電技術目前主要應用于長距離輸電，如：架空輸電、海底電纜輸電、電網互聯等方面。高壓輸電技術目前在世界各國應用范圍廣泛，尤其是經濟比較發達的西歐等地區，2009年開始建設的全世界最長的高壓輸電線路，貫通巴西西北及圣保羅地區，此工程全長2500公里，工程歷時3年，在2012年底竣工，創造了高壓輸電工程建設之最。

改革開放以來，隨著經濟的奔涌式發展，我國電力運輸也進入了高速發展時期。1988年建成的浙江穿山半島至舟山半島的電纜送電實驗工程、1990年投入使用的湖北葛洲壩至上海葛南壩雙極直流輸電站線工程，葛南雙極直流輸電線路的建成標志著我國電力工程進入了直交流混合輸電時代，也標志著我國第一條長距離大容量的高壓直流電路的落成。

2001年我國廣西天生橋至廣東天廣的全國第二條長距離大容量高壓直流輸電線路全面竣工，輸送距離960Km，額定容量1800MW。隨我國東部地區經濟不斷發展，相對滯后的電力工程制約了其發展，未解決這一問題，相關部門決定興建2條高壓直流輸電線路，西電東運，來保障華東地區的用電供給，一條為三峽左岸至江蘇常州，另一條為三峽右岸至上海三滬，全長分別為970Km和1075Km。此工程已在2006年底全面投入使用，截止目前已累計約有8400MW通過這項工程完成了西電東送，有效的緩解了東部用電緊張的局面，為東部經濟繁榮的景象錦上添花。2000年到2005年，廣東累積使用外來電量約10GW，其中約有780MW是通過天廣雙極直流輸電線路、湖北荊州至廣東惠州線路、貴州安順至廣東肇慶線路3條線路而來的，約占廣東外來用電總量的78%，標志著我國高壓直流輸電技術已進入了技術成熟時代。

2005 年 7 月我國第一個大區聯網的直流背靠背換流站工程靈寶背靠背直流換流站正式投入運行， 該項目的直流電流為 3kA， 傳 輸 容 量 為 360MW， 華中側的交流電壓為220Kv，， 西北側的交流電壓為 330Kv。該換流站是我國第一個自主設計、 自主建設的直流工程。在建設過程中， 采用的也是利用國外先進技術的國產設備， 包括換流變壓器、 換流閥、 直流平波電抗器、 直流控制保護設備等。并且， 該項目于 2009 年 12 月完成了擴建工程， 使該工程成為目前世界上通流能力最大的直流工程。擴建完成后， 靈寶背靠背直流換流站成為了世界上第一個額定電流為 4500 安的直流工程，新增換流容量 75W千瓦， 使總換流能力達到原來的 3 倍多，進一步擴大了“西電東送”規模，增強了西北電網與華中電網的聯網能力。

2005年投入使用的靈寶背靠背直流換流站是我國第一個自主設計、自主建設的大區聯網的直流背靠背換流站工程，正式投入使用后，傳輸容量可達360MW，華中側、西北側交流電壓分別達到220Kv和330KV。值得一提的是此項目中所使用的變壓器、換流閥等保護設備也是我國科研人員利用國際先進技術自主研發、自主生產的。此項目的建成有效的增大了“西電東送”的電容量，增強了華中與西北地區的互聯能力。

2.發展前景

通過高壓直流輸電技術的不斷發展，其在遠距離輸電方面的可控性、穩定性、建設成本等多方面具有顯著優勢。由于這些特性，據相關部門規劃，到2020年，規劃輸電工程達22項，總容量預估70GW，計劃建設多條遠距離高壓直流輸電工程。

2.1遠距離傳輸中的應用

電子技術的不斷發展，為各個行業都帶來的新的機會，高壓輸電也不例外。隨著換流器器的價格不斷降低，高壓直流輸電工程的成本也不斷降低，加上其獨有的穩定、可控等性能優勢，就成為了遠距離輸電的首要選擇。目前，高壓直流遠距離輸電技術已在世界各地廣泛應用，隨其成本不斷的降低，其優勢進一步擴大，在全世界電力運輸的比重也將愈加增大。

2.2大電網互聯中的應用

高壓直流輸電在海底遠距離傳輸中的具有無可替代的位置，獨有的大電網互聯可以有效的提高供電的可靠性、節約投資、提高運行效益。鑒于高壓直流輸電技術在遠距離供電中的顯著優勢，世界各國勢必會不斷增加高壓直流輸電工程，減少電網間的相互影響作用、短路容量，保持電網穩定性。

2.3應用范圍擴大

城市化進程的不斷加劇，城市中心供電越來越集中化、狹窄化，供電壓力不斷增大，地下電纜輸電就成了城市中心供電日后發展的主要方向，城市人口的不斷聚集導致城市供電電容日益增大，供電網的短路容量也勢必會增大，電網的故障率也會大大增加，采用直流輸電可以有效的避免電容電流的產生，因其因其良好的功率控制性能，大大避免了短路容量的產生，保障了城市電網的安全性。直流大電網供電，可以發揮其集中供電，保障發電時的環保、優質、高效、廉價等電力特點。而小規模交流電發電廠，一般都是采用火力發電來進行的，成本高、能量消耗大、污染重，經濟效益差。與此相比，大電網高壓直流輸電的無論從經濟效益還是環境保護層面都更具有優勢，并可為日益顯著的城市化貢獻自己的力量。

2.4市場化運作優勢

順應經濟市場變化，送要求電力輸送安全、可靠、經濟，而要做到電力的可靠性，就必須要保證能夠實現系統潮流的控制，電力在電網中自由傳輸。要實現能夠靈活的控制電網電流傳輸，高壓直流電與交流電相比有著獨特的優勢，高壓直流點可以不受交流電網兩端的影響，可以嚴格按照電力輸送計劃實時監控，可以有效的避免環流、潮流繞行等現象，提高電力市場的管理效率。

我國國土面積，幅員遼闊，資源優化配置中重要的一環就是西電東送。能夠實現西電東送，高壓直流在遠距離輸電中發揮了不可替代的作用。隨著全國大電網互聯工程的不斷推進，電力市場的進一步開放，高壓直流輸電在電力市場化的舞臺上將擔當越來越重要的角色，隨輸變新材料的出現，直流輸電設備成本的降低，高壓直流的輸電優勢愈加明顯，更加確定了其在世界輸電市場中的競爭力。

結束語：

高壓直流輸電技術的不斷發展，為實現“西電東輸”工程提供了有力的技術支持，靈寶背靠背直流換流站、葛南壩等高壓直流輸電工程有效的緩解了東部用電壓力。高壓直流電獨特的技術優勢，在未來長距離送電、海底輸電、大電網互聯、電力市場化的應用中重要地位不可替代。

參考文獻：

[1]劉振亞.特高壓直流輸電理論[M].北京：中國電力出版社，2009：5-10.

[2]金銳，雷林緒，溫家良，等.特高壓直流碳化硅晶閘管閥損耗探討[J].電網技術，2011，35（3）：8-13.

[3]王立輝，伍雪峰，孫健，等.光纖電流互感器噪聲特征及建模方法研究[J].電力系統保護與控制，2011，39（1）：62-67.