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特高压直流输电技术问题的研究

2 0 1 1 年 6 月 1 日

一 、选题背景和意义
直流输电是目前世界上电力大国解决高电压、大容量、远距离送电和电网互联的一个重要手段。直流输电将交流电通过换流器变换成直流电,然后通过直流输电线路送至受电端并通过换流器变成交流电,最终注入交流电网。相对交流输电来说,直流输电具有输送灵活、损耗小、能够节约输电走廊、能够实现快速控制等优点。随着经济的快速发展，各个国家地区的耗电量都在迅猛的增加，同样也要求各个国家和地区间的联系越来越紧密，随着输送电的距离增加，输送容量的扩大，特高压直流输电的优点明显的显现出来，从经济和效益的角度考虑，我们不得不发展特高压直流输电。[1-2-3]
我国积极发展特高压输电是与我国国情和经济社会发展形势相适应的。我国仍处于社会主义初级阶段，经济和技术水平落后于发达国家，按目前的社会发展形势，在未来很长的一段时间内仍需大力发展基础工业和基础设施的建设，这就需要充足的能源特别是电力的支持。特高压电网可以大幅度提高电网自身的安全性、可靠性、灵活性和经济性，使能源充分利用和有效搬家，具有显著的社会效益和经济效益。随着国民经济的增长，中国用电需求不断增加，中国的自然条件以及能源和负荷中心的分布特点使得超远距离、超大容量的电力传输成为必然，为减少输电线路的损耗和节约宝贵的土地资源，需要一种经济高效的输电方式。特高压直流输电技术恰好迎合了这一要求。[2-5]

二、国内外研究现状
1、 特高压在国外的发展情况[5]
特高压直流输电技术起源于20 世纪60 年代，瑞典Chalmers 大学1966 年开始研究±750kV 导线。1966 年后前苏联、巴西等国家也先后开展了特高压直流输电研究工作，20 世纪80 年代曾一度形成了特高压输电技术的研究热潮。国际电气与电子工程师协会（IEEE）和国际大电网会议（Cigre）均在80 年代末得出结论：根据已有技术和运行经验，±800kV 是合适的直流输电电压等级，2002 年Cigre又重申了这一观点。
20 世纪80 年代前苏联曾动工建设哈萨克斯坦—中俄罗斯的长距离直流输电工程，输送距离为2400km，电压等级为±750kV，输电容量为6GW。该工程将哈萨克斯坦的埃基巴斯图兹的煤炭资源转换成电力送往前苏联欧洲中部的塔姆包夫斯克，设计为双极大地回线方式，每极由两个12 脉动桥并联组成，由3×320Mvar Y/Y 和3×320Mvar Y/Δ单相双绕组换流变压器供电；但由于80 年代末到90 年代前苏联政局动荡，加上其晶闸管技术不够成熟，该工程最终没有投入运行。由巴西和巴拉圭两国共同开发的伊泰普工程采用了±600kV 直流和765kV 交流的超高压输电技术，第一期工程已于1984 年完成，1990 年竣工，运行正常。1988~1994 年为了开发亚马逊河的水力资源，巴西电力研究中心和ABB 组织了包括±800kV 特高压直流输电的研发工作，后因工程停止而终止了研究工作。目前巴西又将亚马逊河的水力资源开发列入议事日程，准备恢复特高直流输电的研究工作。[5]
2 、特高压在国内的发展[1-4]
通过研究特高压直流输电的市场需求,我国目前拟建设15 回特高压直流项目,具体情况如表1 所示:
表1 　我国拟建设的特高压直流输电工程
电　源
外送容量/ GW
特高压直流输电线路/回
拟投产年份
金沙江水电
41.0
6
2012 - 2018
四川水电
10.8
1
2014
云南水电
25.0
4
2009 - 2015
呼盟—北京
6.4
1
2020
哈密—郑州
6.4
1
2020
俄罗斯水电
6.4
1
2020
哈萨克火电
6.4
1
2020
其中,云南水电第一回特高压直流工程(云—广直流) 将是我国建成投产的第一个特高压直流工程,也将是世界上第一个特高压直流输电工程。该工程西起云南楚雄换流站,经过云南、广西、广东三省,东止广东增城穗东换流站,额定输电电压±800 kV ,输送容量5 GW ,计划在2009 年建成投运。目前该工程已经全线开工,施工各标均处于基础浇制和铁塔组立转序阶段,有部分标段完成了基础的浇制工 作。金沙江水电工程分两期开发,其中第一回特高压直流工程:向家坝—上海特高压直流输电工程途经四川、重庆、湖南、湖北、安徽、浙江、江苏、上海8个省市,全长约2 000 km ,额定输电电压±800 kV ,输送容量6. 4 GW ,该工程于2007 年12 月21 日在四川宜宾全线开工,预计于2012 年建成投运。[1-4]
3、特高压输电技术的特点
3.1 过电压和绝缘问题[1-6]
出现绝缘故障带来的损失和系统扰动问题将很严重,因此过电压保护以及绝缘配合将是特高压直流输电的最根本性问题。另外,我国西部水电资源位于高海拔地区,存在较严重的污秽、履冰等问题,合理优化的过电压保护和绝缘配合将为系统安全稳定提供有利的保障。
3.2 电磁环境问题[1-6-7-8]
电磁环境指的是输电线路的电磁环境,包括线路下方电场效应、无线电干扰和可听噪声等几方面的内容,是工程设计、建设以及运行中必须考虑的关键问题。。随着电压等级从±500 kV 提高到±800 kV ,电磁环境问题将更加突出。目前我国技术人员已经过研究论证给出了推荐方案。
3.3 控制保护问题[1-6-10]
直流工程的核心就是控制保护。控制保护的关键技术有:软硬件平台技术、直流控制保护系统设计、阀触发控制、直流保护。
3.4 交直流互联以及直流电压等级序列研究[1-6-7-8]
随着我国1 000 kV 特高压交流网架与±800kV特高压直流网架的建设,我国会逐渐形成1 000kV交流与±800 kV直流的大联网因此保证交直流联网能够安全、稳定,防止大停电将是一个十分重要的问题。
4 直流输电系统的可靠性指标分析[9]
电力系统可靠性指标的计算公式为：E(F)= ΣP(x)F(x) 式中，x表示系统运行状态；F(x)表示以系统状态；x为自变量的可靠性指标测试函数；P(x)表示系统运行状态的联合概率分布函数，即状态x 出现的概率。
6 结语
我国对特高压直流输电经过20 多年的科学研究,为特高压直流输电提供了有力的技术支撑,保障了特高压直流电网的建设。在建设过程以及建成投运后,仍需要进一步加深对特高压直流问题的研究,要结合实际运行经验,逐步实现标准化。

三、参考文献
[1]李晓黎，陈祖胜，特高压直流输电技术发展综述，广西电力，2009/01
[2]王艳华，张雨，浅谈高电压直流输电技术，建材与装饰，2007/10
[3]王红艳，特高压直流输电技术及其应用研究，华北电力大学(北京)，2006
[4]陈宗器，世界首项特高压直流输电工程在云南开工，华通技术，2007/Z1
[5]袁青云，特高压直流输电技术现状及在我国的应用前景，电网技术，2005
[6]李立浧，特高压直流输电的技术特点和工程应用，电力系统自动化，2005
[7]刘泽洪，高理迎，余军，_800kV特高压直流输电技术研究，电力建设，2007
[8]刘泽洪， 高理迎;，余军， 张进，_1000kV特高压直流输电技术研发思路_英文，中国机械工程学院，2009
[9]金小明， 周家启， 谢开贵，特高压直流输电可靠性指标研究，南方电网技术，2008
[10]王徭，特高压直流输电控制与保护技术的研究，电力系统保护与控制，2009