淺談高壓直流電技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展前景

何鎮(zhèn)宇

（國(guó)網(wǎng)新疆電力公司烏魯木齊供電公司 830054）

淺談高壓直流電技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展前景

何鎮(zhèn)宇

（國(guó)網(wǎng)新疆電力公司烏魯木齊供電公司 830054）

目前，隨著我國(guó)東南部經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，傳統(tǒng)的能源資源已經(jīng)逐漸走向枯竭，能源資源和電力負(fù)荷之間存在的一個(gè)日益嚴(yán)重的問題就是二者在更大范圍之內(nèi)的逆向分布越來(lái)越突出，煤炭的運(yùn)輸成本越來(lái)越高，同時(shí)運(yùn)輸?shù)哪芰﹄y以滿足煤炭的實(shí)際需求，經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的人口較為密集的區(qū)域大氣污染的問題也是日益嚴(yán)重，這就需要高壓電網(wǎng)的建設(shè)來(lái)進(jìn)行能源的傳輸。為了滿足國(guó)內(nèi)直流電輸電工程的建設(shè)的需要，緊跟直流輸電設(shè)備制造水平的前沿技術(shù)，本文主要對(duì)高壓直流電技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展前景進(jìn)行分析，為供電和輸電方案的設(shè)計(jì)提供一定的參考。

高壓直流；技術(shù)；現(xiàn)狀；發(fā)展前景

引言

隨著我國(guó)電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展，采用高壓直流輸電的必要性也是日益突出。高壓直流輸電和交流輸電相比較而言，前者在一定的條件下還是有很明顯的優(yōu)勢(shì)的，所以也促使著高壓直流輸電逐漸成為了電力系統(tǒng)中一項(xiàng)較為前沿的輸電技術(shù)。高壓直流輸電由于其具備了交流輸電所不能比擬的優(yōu)點(diǎn)和特殊性，隨著我國(guó)換流元件的質(zhì)量和功率的不斷提高、價(jià)格的不斷降低、以及直流輸電運(yùn)行管理水平的不斷提高，所以高壓直流輸電的應(yīng)用才越來(lái)越廣泛，其重要的作用也是更加的凸顯出來(lái)。

1 高壓直流電技術(shù)的現(xiàn)狀

我國(guó)一次能源與負(fù)荷需求逆向分布的情況，從客觀上來(lái)說，需要在大范圍內(nèi)優(yōu)化配置能源。為實(shí)現(xiàn)能源的經(jīng)濟(jì)合理調(diào)配，國(guó)家電網(wǎng)公司正全力建設(shè)全國(guó)范圍內(nèi)的特高壓堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)。高壓直流輸電在技術(shù)上有非常顯著的優(yōu)勢(shì)，因此使其成為了遠(yuǎn)距離跨區(qū)域電能輸送的主要構(gòu)成方式，自從三峽地區(qū)的電力送出和西電東送等一系列的工程之后，復(fù)奉特高壓直流等工程也是相繼的投入運(yùn)行，之后還有將近二十多項(xiàng)特高壓直流輸電的工程逐漸進(jìn)入到設(shè)計(jì)規(guī)劃的階段之中。

自1954年瑞典哥特蘭島直流輸電工程投運(yùn)以來(lái)，世界各國(guó)已有上百個(gè)現(xiàn)代工業(yè)化直流輸電工程建成投運(yùn)，直流電壓、電流和輸電容量遍布各個(gè)等級(jí)。隨著材料科學(xué)、微電子技術(shù)、制造工藝水平等的不斷發(fā)展，換流站一、二次設(shè)備有了長(zhǎng)足進(jìn)步。在直流輸電技術(shù)大規(guī)模應(yīng)用于電力系統(tǒng)背景下，有必要掌握設(shè)備發(fā)展現(xiàn)狀、總結(jié)設(shè)備發(fā)展趨勢(shì)、歸納設(shè)備運(yùn)維經(jīng)驗(yàn)，反哺設(shè)備設(shè)計(jì)制造，以確保直流輸電技術(shù)的不斷更新進(jìn)步。

1.1 高壓直流輸電產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)規(guī)模

目前世界范圍內(nèi)已經(jīng)規(guī)劃的特高壓直流輸電工程約有50個(gè)，總?cè)萘窟_(dá)320GW以上，市場(chǎng)規(guī)模超過數(shù)千億元。

到2015年，世界范圍內(nèi)柔性直流輸電工程的市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)在1000億元以上。隨著新能源的快速發(fā)展和環(huán)境保護(hù)要求的提高，我國(guó)對(duì)柔性直流輸電技術(shù)也呈現(xiàn)出強(qiáng)勁的市場(chǎng)需求。

1.2 高壓直流電的優(yōu)缺點(diǎn)

1.2.1 優(yōu)點(diǎn)

輸送相同的功率的時(shí)候，線路的造價(jià)比較低，交流需要三根導(dǎo)線，但是直流僅僅需要一根導(dǎo)線，這樣就能夠節(jié)省大量的有色金屬，并且線路走廊、鐵塔的高度和占地面積都比交流電有更大的優(yōu)勢(shì)；線路的功率相對(duì)較小，運(yùn)行的費(fèi)用就比較低；適合在水下或者是海底進(jìn)行輸電；不用考慮系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題，交流輸電系統(tǒng)中，所有連接在系統(tǒng)的同步發(fā)電機(jī)都必須保持同步，線路越長(zhǎng)，靜穩(wěn)定的極限就越小，然而直流輸電不受輸電距離的限制，與系統(tǒng)的頻率和系統(tǒng)的相位幾乎沒有關(guān)系，因此直流輸電能夠連接兩個(gè)不同頻率的交流系統(tǒng)；能夠有效的限制系統(tǒng)電流短路的問題；調(diào)節(jié)速度比較快、運(yùn)行更加的可靠。

1.2.2 缺點(diǎn)

換流站的設(shè)備比較昂貴；換流裝置需要耗費(fèi)大量的無(wú)功功率；換流裝置會(huì)有大量的諧波產(chǎn)生，要想做好濾波消諧的工作，就需要投入消諧裝置；換流裝置的過載能力相當(dāng)?shù)汀?/p>

1.3 主要的技術(shù)差距

現(xiàn)有高壓/特高壓直流工程都是采取與國(guó)外廠家合作的方式，其換流閥和直流場(chǎng)等設(shè)備的核心技術(shù)幾乎都已經(jīng)被國(guó)外所壟斷，國(guó)內(nèi)能夠開展的只有部分組裝的工作，國(guó)產(chǎn)化率始終沒有辦法得到提升。柔性直流輸電技術(shù)和高壓直流換流閥的試驗(yàn)技術(shù)，仍然一直被國(guó)外廠家所壟斷與封鎖，沒有任何的技術(shù)轉(zhuǎn)讓。

1.4 需要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)

目前，我國(guó)高壓直流電技術(shù)主要就是需要在特高壓直流輸電、柔性直流輸電成套裝置等核心技術(shù)和裝備方面實(shí)現(xiàn)突破，以全面實(shí)現(xiàn)高壓直流輸電裝備的國(guó)產(chǎn)化。

2 高壓直流電發(fā)展前景

2.1 國(guó)內(nèi)高壓直流輸電產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)的估算

未來(lái)二十年中，國(guó)家電網(wǎng)公司規(guī)劃建設(shè)的直流輸電工程多達(dá)40條以上，其中特高壓直流輸電工程超過15條。

目前，我國(guó)每條特高壓直流輸電工程的建設(shè)總投資在150億元以上。其中特高直流換流閥和換流變的價(jià)格均在15～20億，平波電抗器的價(jià)格在10億左右，控制保護(hù)系統(tǒng)價(jià)格在4億以上，交流場(chǎng)和直流場(chǎng)成套設(shè)備總造價(jià)也接近20億元。每條特高壓直流輸電換流站的設(shè)備投資（不包括線路和桿塔）大約在80億左右。在未來(lái)20年中，直流輸電設(shè)備將達(dá)到2000億元左右的市場(chǎng)規(guī)模。

2.2 高壓直流輸電產(chǎn)業(yè)發(fā)展

2.2.1 特高壓直流換流閥裝備

中國(guó)電科院以特高壓直流換流閥研制工作和試驗(yàn)?zāi)芰ㄔO(shè)為切入點(diǎn)，以系統(tǒng)分析、基本理論研究為基礎(chǔ)，經(jīng)過十多年的自主研發(fā)和創(chuàng)新，極易多年的集中攻關(guān)，獲得了±800kV/4750A換流閥模塊及閥塔的樣機(jī)研制的成功，這是中國(guó)電科院在特高壓換流閥領(lǐng)域走向世界前列的重要標(biāo)志。

2.2.2 其它高壓直流輸電核心裝備

目前，我國(guó)電力科學(xué)研究院正在逐漸進(jìn)行高壓直流輸電系統(tǒng)的控制保護(hù)技術(shù)和直流斷路器、光電型電流互感器、直流分壓器和穿墻套管等關(guān)鍵設(shè)備的核心技術(shù)展開工作。

3 結(jié)語(yǔ)

直流輸電發(fā)展到今天，在一次和二次設(shè)備層面均有了長(zhǎng)足進(jìn)步，其發(fā)展方向是在保證系統(tǒng)運(yùn)行可靠的情況下不斷提高運(yùn)行電壓、增大輸送功率、降低系統(tǒng)損耗、發(fā)揮其快速可控性以提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。一次設(shè)備發(fā)展的關(guān)鍵是在制造和運(yùn)輸限制條件下提高設(shè)備的絕緣耐壓水平，提高通流能力，研究合理的主電路拓?fù)?，提高直流輸電系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能。二次設(shè)備發(fā)展的技術(shù)趨勢(shì)是不斷提高設(shè)備可靠性，提高控制性能指標(biāo)，提高協(xié)調(diào)控制能力。通過功能的合理集成、有序分布，方便人機(jī)交互，不斷提高直流輸電運(yùn)行的集約化水平。

[1]付鵬，侯麗巖.談?wù)劯邏褐绷鞴╇娂夹g(shù)的發(fā)展及前景.中國(guó)科技博覽，2012.

[2]高壓直流輸電技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展前景.電網(wǎng)技術(shù)，2012（04）.

[3]彭大銘.高壓直流供電技術(shù)及其應(yīng)用前景分析.通信與信息技術(shù)，2010.

TM721.1

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