智能电网的基础（五）高压直流输电

       直流输电是我个人比较偏好的一种输电方式了，试作总结一二，主要是高压直流输电（HVDC）。

　　一、高压直流输电概述

　　高压直流输电：将三相交流电通过换流站整流变成直流电，然后通过直流输电线路送往另一个换流站逆变成三相交流电的输电方式。

　　高压直流输电原理图如下：

　　换流器（整流或逆变）：将交流电转换成直流电或将直流电转换成交流电的设备。

　　换流变压器：向换流器提供适当等级的不接地三相电压源设备。

　　平波电抗器：减小注入直流系统的谐波，减小换相失败的几率，防止轻载时直流电流间断，限制直流短路电流峰值。

　　滤波器：减小注入交、直流系统谐波的设备。

　　无功补偿设备：提供换流器所需要的无功功率，减小换流器与系统的无功交换。

　　高压直流输电对比交流输电：

　　1）技术性

　　功率传输特性。交流为了满足稳定问题，常需采用串补、静补等措施，有时甚至不得不提高输电电压。将增加很多电气设备，代价昂贵。直流输电没有相位和功角，无需考虑稳定问题，这是直流输电的重要特点，也是它的一大优势。

　　线路故障时的自防护能力。交流线路单相接地后，其消除过程一般约0.4~0.8秒，加上重合闸时间，约0.6~1秒恢复。直流线路单极接地，整流、逆变两侧晶闸管阀立即闭锁，电压降为零，迫使直流电流降到零，故障电弧熄灭不存在电流无法过零的困难，直流线路单极故障的恢复时间一般在0.2~0.35秒内。

　　过负荷能力。交流输电线路具有较高的持续运行能力，其最大输送容量往往受稳定极限控制。直流线路也有一定的过负荷能力，受制约的往往是换流站。通常分2小时过负荷能力、10秒钟过负荷能力和固有过负荷能力等。前两者葛上直流工程分别为10%和25%，后者视环境温度而异。就过负荷而言，交流有更大灵活性，直流如果需要更大过负荷能力，则在设备选型时要预先考虑，此时需增加投资。

　　潮流和功率控制。交流输电取决于网络参数、发电机与负荷的运行方式，值班人员需要进行调度，但又难于控制，直流输电则可全自动控制。直流输电控制系统响应快速、调节精确、操作方便、能实现多目标控制。

　　短路容量。两个系统以交流互联时，将增加两侧系统的短路容量，有时会造成部分原有断路器不能满足遮断容量要求而需要更换设备。直流互联时，不论在哪里发生故障，在直流线路上增加的电流都是不大的，因此不增加交流系统的断路容量。

　　电缆。电缆绝缘用于直流的允许工作电压比用于交流时高两倍，例如35kV的交流电缆容许在100kV左右直流电压下工作，所以在直流工作电压与交流工作电压相同的情况下，直流电缆的造价远低于交流电缆。

　　输电线路的功率损耗比较。在直流输电中，直流输电线路沿线电压分布平稳，没有电容电流，在导线截面积相同，输送有用功率相等的条件下，直流线路功率损耗约为交流线路的2/3。并且不需并联电抗补偿。

　　线路走廊。按同电压500kV考虑，一条500kV直流输电电线路的走廊约40m，一条500kV交流线路走廊约为50m，但是1条同电压的直流线路输送容量约为交流的2倍，直流输电的线路走廊其传输效率约为交流线路的2倍甚至更多一点。

　　总的来说，下列因素限制了直流输电的应用范围：不能用变压器来改变电压等级；换流站的费用高；控制复杂。

　　2）可靠性

　　强迫停运率

　　电能不可用率

　　3）经济性

　　就变电和线路两部分看，直流输电换流站投资占比重很大，而交流输电的输电线路投资占主要成分；

　　直流输电功率损失比交流输电小得多；

　　当输送功率增大时，直流输电可以采取提高电压、加大导线截面的办法，交流输电则往往只好增加回路数。

       高压直流输电分类：

　　1）两端HVDC系统：由两个换流站组成的直流输电系统。分为单极类、双极类和背靠背，前两个很好理解，主要就是背靠背直流。

　　背靠背直流：

　　没有直流线路的HVDC系统。

　　主要用于两个非同步运行的交流电力系统之间的联网或送电，也称非同步联络站。

　　整流站和逆变站的设备通常装设在一个站内，也称背靠背换流站。

　　直流侧可选择低电压大电流；直流侧谐波不会造成通信线路的干扰；造价比常规换流站降低约15%～20%。

　　2）多端直流输电系统（MTDC）：将直流系统联接到交流电网上的节点多于两个时，就构成了多端高压直流系统。

　　目前国内的高压直流输电工程还是非常多的。