直流输电系统的特点

特高压直流输电工程的特点与应用浅析

一、特高压直流输电工程概念、组成、运行方式

1、概念：特高压直流输电工程是一个复杂的自成体系的工程系统，指±800kV（±750kV）及以上电压等级的直流输电及相关技术。

2、基本组成：特高压直流输电系统由送端换流站、受端换流站、直流输电线路以及两端的接地极和接地极线路组成。特高压直流输电设备组成：主要包括：换流阀、换流变压器、平波电抗器、交流滤波器、直流滤波器、直流避雷器、交流避雷器、无功补偿设备、控制保护装置和远动通信设备等。特高压直流线路组成：由两组导线组成，分为正极和负极，每极由六根导线组成，称之为六分裂，以增大输送容量；就其基本结构而言，直流输电线路可分为架空线路、电缆线路以及架空—电缆混合线路三种类型。

3、运行方式：主要有双极运行和单极运行两大类，双极运行方式下，两极导线分别带有极性相反的电流，形成完整回路；而单极运行时，线路仅有一极导线携带电流，而极性相反的电流则通过接地极线路和接地极接入大地，形成完整回路。

二、特高压直流输电工程特点

1、特高压直流输电的主要特点是：输送容量大、输电距离远、电压高，可用于电力系统非同步联网，主要应用于跨区大容量电力传输，相对于传统的高压直流输电，特高压直流输电的直流侧电压更高、容量更大，因此对换流阀、换流变压器、平波电抗器、直流滤波器和避雷器等设备提出了更高的要求。

2、特高压直流输电工程优点：对于远距离输电，直流输电方案是最为经济的选择；对于异步互联系统，直流输电方案是唯一的选择；能够通过地下或海底电缆进行远距离输电；能够通过给定的输电走廊获得最大功率。

3、特高压直流输电的接线方式：一般采用高可靠性的双极两端中性点接线方式。

4、特高压直流输电的主要技术特点。与特高压交流输电技术相比，特高压直流输电的主要技术特点为： （1）UHVDC系统中间不落点，可点对点、大功率、远距离直接将电力输送至负荷中心；

（2）UHVDC控制方式灵活、快速，可以减少或避免大量过网潮流，按照送、受两端运行方式变化而改变潮流；

直流输电系统的分类

直流输电是一种高压输电方式，同时也是目前使用率较高的传输电力的方式之一，其特点是传输距离较远和输电损耗较小。根据传输电力的需要和输电环境的不同，直流输电可分为不同的系统。

一、单极系统和双极系统

单极系统是指直流输电时，只使用一条电极（线），另一侧采用地电极（即地排），输电线只能进行单向输电。而双极系统则是由两条电极，可以实现双向输电，其中一条电极为正极，另一条为负极。单极系统适合用于电力供应较小的地区，而双极系统通常用于高容量大距离的电力输送。

二、非接地系统和接地系统

非接地直流输电系统，其特点是在电源端和负载端，均不进行接地，而是利用电容储能方式进行传输。这种方式的优点是输电损耗小，电源可以使用、更加简单，而且可以减少岛电网空间来进行有效的电压控制。这种技术可应用在移动通信网络中、卫星业务中等等。而接地直流输电系统，则是将导线接地，并在适当的地方连接独立的接地电极，其优势是较强的电力保护作用，避免对人员造成危害。

三、极间接地方式类型

直流输电系统自有多种的极间接地方式，根据其制备方式和应用场景等等，可分为阻抗式、电容式、电感式等类型。阻抗式极间接地方式，是指通过将旁路电容放在极间，使得系统有一个特定的阻抗。相对于电容式，该方式具有更小的电压波动。电容式极间接地方式，通过使用电容器将两极直接连接在一起，并对其进行接地。这种方式的优点是，可以在直流系统之间提供更好的绝缘，同时还可以减少系统中的电压波动。电感式极间接地方式是于电容式方式恰恰相反，其基本思路是使用电感与极间电容串联阻挡交流，隔离直流。

四、故障检出方式

故障检出方式通常分为四种，分别是过程诊断、自适应故障诊断、模型力学检测、波形检测等。过程诊断方式，是指根据系统特性和故障模型进行分析，通过处理获得故障诊断结果。自适应故障诊断方式是指，根据控制系统在操作过程中的反馈信号，自适应地对系统进行检测和故障诊断。模型力学检测方式是一种基于系统动力学特征分析的方法，通常通过建立系统模型，对系统进行动态方程求解，以实现故障检测和定位。波形检测方式是一种基于波形分析的故障检测技术，可用于检测系统中电压和电流波形的改变，从而检测系统中的故障。

直流输电技术的发展及前景

1、直流输电技术的发展过程：

电力技术的发展是从直流电开始的，早期的直流输电是不需要经过换流的直流输电，即发电、输电和用电均为直流电。如1882年在德国建成的57km向慕尼黑国际展览会送电的直流输电线路（2kV，1.5kW）；1889年在法国用直流发电机串联而得到高电压，从毛梯埃斯（Moutiers）到里昂（Lyon）的230km直流输电线路（125kV，20MW）等，均为此种类型。随着三相交流发电机，感应电动机和变压器的迅速发展，发电和用电领域很快被交流电所取代。同时变压器又可方便地改变交流电压，从而使交流输电和交流电网得到迅速的发展，并很快占据了统治地位。但在输电领域直流具有交流输电所不能取代之处，如远距离海底电缆或地下电缆输电，不同频率电网之间的联网或送电等。

直流输电的发展与换流技术（特别是高电压、大功率换流设备）的发展有密切的关系。

从1954年到1998年世界上已投入运行的直流输电工程有57项，其中架空线路15项，电缆线路10项，架空线和电缆混合线路9项，背靠背直流工程23项。

在这个时期直流输电在远距离大容量送电，电网互联和电缆送电（特别是海底电缆送电）等方面均发挥了重大的作用。直流工程输送容量的年平均增长率，在1960-1975年为460MW/年，1976-1980年为1500MW/年，1981-1998年为2096MW/年。

新型半导体换流设备的应用。进入90年代以后，新型金属氧化物半导体器件-绝缘栅双极晶体管（IGBT）首先在工业驱动装置上得到广泛的应用。1997年3月世界上第一个采用IGBT构成电压源换流器的直流输电工业性试验工程，在瑞典中部投入运行，其输送功率和电压为3MW和10kV，输送距离10km。由于这种换流器的功能强，体积小，可以减少换流站的滤波装置，省去换流变压器，简化换流站结构，而称之为轻型直流输电（HVDC Light）。采用IGBT的电压源换流器，具有关断电流的能力，可以应用脉宽调制（PWM）技术进行无源逆变，解决了用直流输电向无交流电源的负荷点送电的问题。在瑞典、澳大利亚和爱沙尼亚已有四项轻型直流输电工程与制造厂签订了合同，计划1999年和2000年建成。但IGBT损耗大，不利于大型直流工程的采用。今后集成门极换相晶闸管（IGCT）和碳化硅等新型半导体器件的开发，给直流输电技术的发展将创造更好的条件。

直流输电的特点：

优点 1线路造价低、年运行费用省。2 没有交流输电的运行稳定性问题，可以连接两个不同频率的系统。3能限制短路电流。4调节速度快，运行可靠。 5没有充电电流，必须要并联电容器补偿。

缺点 1直流换流站比交流变电站投资大、运行费用高 2消耗大量的无功功率 3产生谐波影响。4 缺乏成熟的直流断路器。

直流输电的基本工作原理：

电源由发电厂中的交流发电机供给，经换流变压器将电压升高后接至整流器，由整流器将高压交流变为高压直流，经过直流输电线路输送到受端，再经过逆变器重新将直流变换成交流，并经变压器降压后供给用户使用

继电保护装置的基本要求

选择性，速动性，灵敏性，可靠性

电力变压器保护配置原则

瓦斯保护纵差动保护或电流速断保护过负荷保护过励磁保护其他非电量保护

隔离开关的用途

隔离电源倒闸操作接通和断开小电流电路

目前电力系统测量算法：

周期法误差最小化原理类算法解析法正交去调制法

故障引起的后果：短路电流值大大增加，

引起电网中电压降低，使部分用户的供电受到破坏

引起不平衡系统，对通信等产生干扰

可能引发系统性事故，造成大面积停电

电力系统静态稳定分析的目的： 应用相应的判据，确定电力系统的稳定性和输电线的输送功率极限，检验在给定方式下的稳定储备。需要进行静态稳定分析的范围：大电源送出线、跨大区或省网间联络线、网络中薄弱断面等。

多机电力系统的稳定分析方法 直接法，小干扰法， 数值分析法

提高静态稳定性的措施：1、采用自动调节励磁装置2、减小元件的电抗3、改善系统结构和采用中间补偿设备

提高暂态稳定性的措施1、快速切除故障和自动重合闸2、发电机强行励磁3、电气制动4、快速汽门控制5、切机、切负荷6、系统解列