高壓直流輸電的優缺點及應用展望

摘要：本文贏要介紹了高壓直流輸電的基本原理和結構，分析了高壓直流輸電的優缺點，簡單描述了高壓直流輸電的應用場合。并對其做了簡單的展望。

1.HVDC的基本原理和基本結構

高壓直流輸電是將三相交流電通過換流站整流變成直流電，然后通過直流輸電線路送往另一個換流站逆變成三相交流電的輸電方式。從交流系統I向交流系統Ⅱ輸電時，換流站I把交流系統I送來的三相交流功率變換或直流功率。通過直流輸電線路把直流功率輸送到換流站Ⅱ，再由換流站Ⅱ將直流功率轉換成交流功率，送人交流系統Ⅱ。這個過程稱作HVDC。

HVDC系統主要由兩個換流站和直流輸電線組成，其中換流站是高壓直流輸電系統的核心所在。換流站的主要設備包括換流器、換流變壓器、平波電抗器、交流濾波器、直流濾波器、無功補償設備及控制保護設備等。

換流器又稱換流闋是換流站的關鍵設備，其功能是實現整流和逆變。目前換流器多數采用晶閘管可控硅整流管)組成三相橋式整流作為基本單元，稱為換流橋。一般由兩個或多個換流橋組成換流系統，實現交流變直流或直流變交流的功能。

換流變壓器是向換流器提供適當等級的不接地三相電壓源設備。其作用不僅能實現電壓變換，而且可以抑制直流故障電流，削弱交流系統入侵直流系統的過電壓，減少注入交流系統的諧波。

平波電抗器是串聯在線路中的大型電感，它的作用是防止輕載時直流電流斷續，抑制直流故障電流的快速增加，從而減小繼發換相失敗的幾率;此外還能減小直流電流紋波;防止直流線路或直流開關站產生的陡波沖擊波進入周廳，損害換流器。

濾波器是減小注入交、直流系統諧波的設備。按電源特性可分為有源濾波器和無源濾波器。無源濾波器按濾波的實現方式又可分為單調諧濾波器、雙調諧濾波器、三調諧濾波器和高通濾波器。無功補償設備的作用是提供換流器所需要的無功功率，減小換流器與系統的無功交換。換流站換流的過程中會消耗大量的無功功率，其中整流器消耗輸送直流功率的30%—50%;逆變器消耗輸送直流功率的40%—60%。

2.HVDC的優點

2.1技術上的優點HVDC有以下優點。

(1)有利于改善系統的穩定性。交流系統的穩定問題中，靜態穩定、暫態穩定、動態穩定是由于交流發電機功角震蕩引起的，而頻率穩定、電壓穩定則分別是由于有功和無功的不平衡引發的。

(2)實現交流系統的非同步聯網和非同步運行。非同步聯網是指不同額定頻率系統的互聯。非同步運行是指被聯電網可保持自己的電能質量(如頻率、電壓)而獨立運行;被聯電網之問交換的功率可快速方便地進行控制。

(3)相同的電壓等級下，輸送功率更大。

(4)有功、無功功率快速可控，有利于改善交流系統的運行性能。HVDC輸送的有功功率大小和方向以及換流器消耗的無功功率均可由控制系統實現快速控制，從而改善交流系統的運行性能。

(5)線路故障時的自防護能力強。當發生單片絕緣子損壞時，交流系統需要三相退出運行;而HVDC只需降壓運行。

(6)限制短路電流。如用交流輸電線連接兩個交流系統，劉短路容量增大，甚至需要更換斷路器或增設限流裝置。而用HVDC線路連接兩個交流系統，直流系統的“定電流控制”將快速把短路電流限制在額定功率附近。短路容量不因互聯而增大。

2.2經濟上的優點

(1)線路造價低。輸送同樣功率條件下，直流架空線路節省j的導線， 的鋼材，造價為交流線路的60%～70%。

(2)運行損耗小。HVDC與交流輸電相比線路有功損耗小，而且幾乎沒有線路無功損耗，線路電暈損耗也小。在輸送相同功率的情況下，HVDC的線路輸電較為經濟;架空線的“等價距離”為600-800km，電纜的“等價損耗僅為交流輸電的2/3.

(3)HvDc特別適合電纜輸電。直流電纜線路的輸送容量大，輸送距離不受限制，而且造價低，損耗小，重量輕，壽命長。

3.HVDC的缺點

HVDC也存在如下缺點：(1)換流站設備多，結構復雜。造價高，損耗大，運行費用高。高壓直流輸電換流站由于設備種類繁多，其造價比交流變電所要高很多，而且運行維護也比較復雜，對運行人員的要求較高。這是限制HVDC應用的最主要原因。(2)換流器產生大量諧波。換流器在交流側和直流側都產生一些列的高次諧波電流，會出現電容器和發電機過熱、換流器控制不穩定和對通信系統產生干擾等同題。(3)換流器無功消耗量大。換流器在換流過程中要消耗大量的無功功率，用占所輸送有功功率的百分數來表示，整流器為40%一50%，逆變器為50%一60%。通常。交流濾波器提供一部分換流所需的無功，不足部分需另裝無功補償裝置來滿足。(4)換流器過載能力低。(5)在某些運行方式(單極大地回線、單極雙導線并聯大地回線、雙極兩端中性點接地等)下，XC地-F(或海中)物體產生電磁干擾和電化學腐蝕。

4.HVDC的應用場合

目前，HVDC作為交流輸電的補充，其應用場合主要有以下幾種： (1)遠距離大容量輸電。HVDC的線路造價低而換流蛄造價高，因而就有一個“等價距離”的概念;書店距離大于“等價距離”時。采用HVDC較為經濟;輸電距離小于“等價距離”時，采用交流輸電較為經濟;架空線的“等價距離”為600-800km，電纜的“等價距離”為20-40km。(2)非同步聯網。采用HVDC聯網，既可以獲得聯網效益，又可以避免交流聯網帶來的大電網問題，如穩定問題、故障連鎖反應而引起的大面積停電問題和短路容量增加問題等。對于額定頻率不同的電網，采用交流聯網在技術上無法實行，只能采用DC聯網。(3)海底電纜送電。交流電纜線路的輸送距離受電容電流的限制，難以實現遠距離送電。

5.結語

由于HVDC在長距離輸電、電網互聯等方面具有的獨特優點，使其作為高壓交流輸電的有力補充，在我國西電東送、南北互供和全國電網互聯等工程中正在和將要發揮重要作用。可以預見，隨著電力電子其教案的進一步發展、計算機技術的更新換代、輸變電新材料的出現、新能源和可再生能源的開發利用，HVDC將擁有更加廣闊的應用前景。

參考文獻

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