特高压交直流输电的优缺点对比

浅谈对我国特高压交直流输电技术分析与研究摘要：从世界范围看，特高压输电技术将长期发展。

根据中国电网的发展趋势，特高压电网将由１０００ｋＶ级交流输电系统和±８００ｋＶ级直流系统组成。

根据特高压交流和直流２种输电方式不同的技术经济特性，比较分析了两者的适用场合，并对特高压输电线路的防雷保护、可靠性、稳定性、电磁环境、绝缘子选型和交直流配合等技术问题，分别展开比较。

关键词：特高压交流；特高压直流；防雷；可靠性；稳定性；电磁环境；绝缘子；交直流配合一、特高压输电特高压是世界上最先进的输电技术。

交流输电电压一般分为高压、超高压和特高压。

国际上，高压(HV)通常指35-220kV电压。

超高压(EHV)通常指330kV及以上、1000kV以下的电压。

特高压(UHV)定义为1000kV及以上电压。

而对于直流输电而言，高压直流(HVDC)通常指的是±600kV及以下的直流输电电压，±800kV（±750kV）以上的电压称为特高压直流(UHVDC)。

二、我国特高压直流输电技术1、特高压直流输电现状：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；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到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。

2、特高压直流输电技术的特点及适用范围：特高压直流输电工程由于输送容量大，电压等级进入特高压范畴，换流站和线路工程在电磁环境影响、绝缘配合、外绝缘特性、无功补偿配置、换流阀组、直流场接线以及总平面布置等方面均有其自身特点，技术难度大，也是可行性研究阶段的主要技术内容，需要结合工程的自然地理环境和两端电网情况进行深入的研究和论证，初步确定其主要技术原则和方案。

对特高压交直流输电系统技术经济分析发布时间：2022-07-28T01:46:00.749Z 来源：《当代电力文化》2022年6期作者：易超根[导读] 随着电子科技的不断发展壮大，各地区对用电量的需求正在快速增加，易超根******************摘要：随着电子科技的不断发展壮大，各地区对用电量的需求正在快速增加，同时对我国现有的输电系统也提出了更高的要求，但是目前我国的输电系统的损耗比较严重，造成了很多能源的浪费，因此提高输电系统的经济性与安全性是目前迫切的需求。

本文将结合特高压交直流输电系统的特点及优势，对特高压交直流输电系统技术经济方面进行对比分析，以期能够为提高我国的特高压交直流输电水平提供帮助。

关键字：特高压交直流输电；输电系统；技术；建设成本引言虽然我国地大物博，但是资源的分配却并不平均，而且人口集中在中东部地区，西北部的人口很少，因此不管的资源的来源还是用电的需求量来说各地区都存在差异，为了保证人口聚集地能够正常用电，导致我国必须进行超远距离大容量的电能传输。

目前在我国组建特高压交直流输电系统的时间不长，因此对于特高压交直流输电系统大家还比较陌生。

我国作为世界上的人口大国，对电能的需求自然比较大，因此建设特高压交直流输电系统是发展的必然趋势。

1 特高压交直流输电系统的特点特高压输电最早起步于国外的一些发达国家，美国等一些发达国家都对特高压输电有一定的研究，并取得了很好的效果，所以关于特高压技术一直都是世界较为关注的课题。

我国作为一个电力大国，也相当重视对特高压输电技术的研究与发展。

国家和地方政府加强了对特高压技术的研究，国家的政策和先进的技术促进了特高压技术产业的发展。

我国对特高压应用技术的研究始于20世纪80年代，在过去的几十年里，科研机构在特高压领域做了大量的工作和研究，现在，特高压工程、技术被广泛地应用于我们的现实生活中。

我国相继开展了更高一级的电压远距距离输电方式和电压等问题的研究。

( 1)特高压直流输电的特点
高压直流输电的主要优点为
从经济方而考虑, 鉴于直流输电具有线路造价低、年电能损失小的优点, 直流架空输电线路在线路建设初期投资和年运行费用上均比交流系统经济。

在技术方面, 直流输电有如下优点:①不存在系统稳定问题, 可实现电网的非同期互联, 而交流电力系统中所有的同步发电机都保持同步运行; ②限制短路电流;
③调节快速, 运行可靠;④没有电容充电电流;⑤节省线路走廊。

然而,下列因素限制了直流输电的应用范围:①换流装置较昂贵;②消耗无功功率多。

③产生谐波影响;④缺乏直流开关;⑤不能用变压器来改变电压等级。

(2)高压交流输电的特点
高压交流输电的主要优点为：
①提高传输容量和传输距离;
②提高电能传输的经济性，输电电压越高输送单位容量的价格越低
③节省线路走廊和变电站占地面积
④减少线路的功率损耗
⑤有利于连网，简化网络结构，减少故障率
高压输电的主要缺点
是系统的稳定性和可靠性问题不易解决。

特别高压线路出现初期, 不能形成主网架, 线路负载能力较低, 电源的集中送出带来了较大的稳定性问题;另外,特高压交流输电对环境影响较大。

超高压输电技术PK特高压输电技术谁更优？超高压输电技术PK特高压输电技术谁更优？根据“十二五”规划，“十二五”期间中国电网五年的投资规模将达到1.58万亿元，年均为3000亿元，其中交直流特高压电网预计占三分之一，110千伏的以下预计占三分之一，220至750千伏之间也将占到三分之一。

由此可见，高压，超高压和特高压在电网建设中各自占据着举足轻重的地位。

超高压输电技术和特高压输电技术和研究和应用都不可小视。

超高电压是指330千伏至765千伏的电压等级，即330(345)千伏、400(380)千伏、500(550)千伏、765(750)千伏等各种电压等级。

特高压输电是指交流1000千伏或直流±800千伏电压等级。

超高压直流输电的优点和特点 ①输送容量大。

现在世界上已建成多项送电3GW的高压直流输电工程。

②送电距离远。

世界上已有输送距离达1700km的高压直流输电工程。

我国的葛南(葛洲坝-上海南桥)直流输电工程输送距离为1052km，天广(天生桥-广东)、三常(三峡-常州)、三广(三峡-广东)、贵广(贵州-广东)等直流输电工程输送距离都接近1000km。

③输送功率的大小和方向可以快速控制和调节。

④直流输电的接入不会增加原有电力系统的短路电流容量，也不受系统稳定极限的限制。

⑤直流输电可以充分利用线路走廊资源，其线路走廊宽度约为交流输电线路的一半，且送电容量大，单位走廊宽度的送电功率约为交流的4倍。

如直流±500kV线路走廊宽度约为30m，送电容量达3GW;而交流500kV线路走廊宽度为55m，送电容量却只有1GW。

直流电缆线路不受交流电缆线路那样的电容电流困扰，没有磁感应损耗和介质损耗，基本上只有芯线电阻损耗，绝缘水平相对较低。

⑥直流输电工程的一个极发生故障时，另一个极能继续运行，并通过发挥过负荷能力，可保持输送功率或减少输送功率的损失。

⑦直流系统本身配有调制功能，可以根据系统的要求做出反应，对机电振荡产生阻尼，阻尼低频振荡，提高电力系统暂态稳定水平。

特高压交流与特高压直流输电技术特点对比分析1 特高压交流输电的技术特点（1）特高压交流输电中间可以落点，具有电网功能，可以根据电源分布、负荷布点、输送电力、电力交换实际需要构成国家特高压骨干网架。

特高压交流电网明显的优点是：输电能力大（每提高一个电压等级，在满足短路电流不超标的前提下，电网输送功率的分区控制规模可以提高两倍以上，见表附-1）、覆盖范围广（可以覆盖全国范围）、网损小（铜耗与电压平方成反比；为了降低地面场强、减少电晕损耗，特高压交流线路一般采用八分裂导线，导线电流密度一般选择0.5~0.6A/2mm 左右）、节省架线走廊（如果都按照自然功率输送同等容量的电力1000万千瓦，采用500kV 交流输电，需要8~10回；采用1000kV 交流输电，仅需要2回，可以明显减少输电走廊，如果采用同塔双回，将进一步节省输电走廊，这对寸土寸金的长三角地区是很有意义的）。

特高压交流电网适合电力市场运营体制。

适应随着时间推移“西电东送、南北互补”电力流的变化。

附表-1短路电流控制水平及相应的系统分区控制规模（2）随着电网发展装机容量增加，等值转动惯量加大，电网同步功率系数逐步加强（设功角特性曲线的最大值为M P ，运行点功角为0δ,则同步功率系数为功角特性曲线上运行点功率的微分，0δCOS P P M S =，0δ越小，S P 越大，同步能力越强），交流同步电网的同步能力得到较充分利用。

同步电网结构越坚强，送受端电网的概念越模糊，如欧洲电网那样普遍密集型电网结构，功角稳定问题不突出，电压稳定问题上升为主要稳定问题。

法国联合电网1978年“12.19”大面积停电事故剖析：这次事故损失负荷29GW，约占当时全法国负荷75%，停电8.5小时，少送电1亿kWh。

造成这次大面积停电事故的主要原因是：低温造成系统负荷大量增加，系统无功备用容量不足，导致系统电压崩溃。

当时法国气温比往年同期低5～7℃，负荷水平比预计多1.2～1.3GW。

特高压交直流输电的技术特点摘要：伴随输电技术的不断突破，当前我国呈现出特高压输电广泛应用的状况。

本文对特高压交、直流输电技术的特性进行细致阐释，对比特高压交、直流输电技术的经济性特点。

以此为基础，探讨特高压输电技术应用在多个场合的具体应用情况。

关键词：特高压交直流输电；技术特点；发展1 引言特高压电网通常是1100kV级交流和±800kV级直流输电电网。

特高压输电技术的突破和创新使我国大规律、远距离输电得到解决，并且呈现稳定性和低成本的特点。

特高压输电的经济性是其核心基础。

我国特高压输电技术处于持续性的探索和创新状态，我国特高压输电技术的工程实践能力也得到了显著提升，特高压交、直流两种输电方式在未来的具体应用才是工程技术人员亟待解决的问题。

本文深入分析特高压交、直流输电技术的根本特点，重点阐释其应用场合和带来的具体经济性优势。

2 特高压直流输电技术根本特性2.1电网结构并不复杂，调控操作简单特高压直流输电通常传输模式为大功率、点对点、远距离，没有中间落点，电力直接被输送至负荷中心。

在送、受端已经确定之后，采取直流输电方式能够成功形成交、直流电网并联输电的状态，也可以采取非同步联网输电，电网结构明朗，调控简单。

2.2可以更好的限制短路电流通常直流输电线路用来连接交流电网。

直流系统自身能够成功实现定电流控制，将系统中短路电流进行限制，避免系统短路容量在电网互联的情况下逐渐加大。

2.3系统稳定性、可靠性较为突出可控硅换流器的使用能够实现直流输电技术中对有功功率进行快速调整，改变电流方向。

此外，正常状态下直流系统可以提供稳定的输出，一旦出现事故，能够立即对故障系统开展支援。

所以，交、直流电网互联的情况下，如果交流电网线路短路，可以采取短暂增大直流输送功率的措施用于对电源端的发电机转子速度进行控制，使系统的可靠性得到提升。

2.4降低年电能损耗，线路成本不高交流架空线输电由三根导线组成，直流由两根导线组成，电阻损耗较小，线路感抗和容抗的无功损耗、交流工况下的集肤效应都没有，能够充分利用导线截面；直流输电方案如果采取大地作为回路或者海水作为回路，一根导线即可完成，降低了投资成本，在前期投资以及运行费用方面体现护经济性。

±800kV特高压直流输电和1000kV特高压交流输电在长距离电力传输中的应用作者：张佳良来源：《科技创新导报》2017年第21期摘要：进入21世纪以来，全球能源消耗不仅稳步增长，而且远远超过很多地方的能源供给能力，长距离运输能源的问题越来越重要。

±800kV特高压直流输电和1000kV特高压交流输电不仅仅是在我国广泛应用，而且在国际上也是广泛应用。

本文探讨两者在长距离电力传输中的应用。

关键词：±800kV直流输电 1000kV交流输电特高压中图分类号：TM72 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）07（c）-0032-02能源运输通常采用这几种方式，石油运输通常通过超级油轮，天然气运输一般采用管道中，用于电力生产的煤炭使用铁路运输，所以选择靠近煤源的火电厂发电，并将其传输给消费者会更加高效和经济。

许多可再生能源如水电、风能和太阳能在电力生产中较为依赖于建厂位置，往往无法作为电力长距离传输的解决方案。

在长距离电力传输方案中，特高压能大大提升中国电网的输送能力。

在我国，特高压是指交流1000kV、直流±800kV及以上的电压等级。

截至2016年12月，我国国家电网特高压建设已经实现“六交五直”“一带一路”国家发展战略以及雾霾治理和清洁能源外送的需求共同促进，使得我国特高压建设进入快速发展轨道。

1 特高压长距离电力传输中的应用1.1 特高压应用过程交流和直流发电机都是在相对较低的电压水平下产生电力。

如果这种电压用于长距离传输，则会导致高昂的损失。

交流技术非常灵活地通过连接不同位置形成电网，允许向消费者提供非常强大和可靠的电力供应。

早期的电力供应可靠性问题主要存在于：由于发电量相对接近消费端，因此优先考虑的焦点不在于远距离传输大量电力。

为了使交流电更适合这种散点传输，采取典型的措施是对线路采用串联补偿。

当电力从一个点传输到另一个点时，这样做的效果非常好，但是电力流量不可预测。

特高压交直流输电的优缺点对比一、直流输电技术的优点1.经济方面：（1）线路造价低。

对于架空输电线，交流用三根导线，而直流一般用两根，采用大地或海水作回路时只要一根，能节省大量的线路建设费用。

对于电缆，由于绝缘介质的直流强度远高于交流强度，如通常的油浸纸电缆，直流的允许工作电压约为交流的3倍，直流电缆的投资少得多。

（2）年电能损失小。

直流架空输电线只用两根，导线电阻损耗比交流输电小；没有感抗和容抗的无功损耗；没有集肤效应，导线的截面利用充分。

另外，直流架空线路的“空间电荷效应”使其电晕损耗和无线电干扰都比交流线路小。

所以，直流架空输电线路在线路建设初投资和年运行费用上均较交流经济。

2.技术方面：（1）不存在系统稳定问题，可实现电网的非同期互联。

由此可见，在一定输电电压下，交流输电容许输送功率和距离受到网络结构和参数的限制，还须采取提高稳定性的措施，增加了费用。

而用直流输电系统连接两个交流系统，由于直流线路没有电抗，不存在上述稳定问题。

因此，直流输电的输送容量和距离不受同步运行稳定性的限制，还可连接两个不同频率的系统，实现非同期联网，提高系统的稳定性。

（2）限制短路电流。

如用交流输电线连接两个交流系统，短路容量增大，甚至需要更换断路器或增设限流装置。

然而用直流输电线路连接两个交流系统，直流系统的“定电流控制’，将快速把短路电流限制在额定功率附近，短路容量不因互联而增大。

（3）调节快速，运行可靠。

直流输电通过可控硅换流器能快速调整有功功率，实现“潮流翻转”（功率流动方向的改变），在正常时能保证稳定输出，在事故情况下，可实现健全系统对故障系统的紧急支援，也能实现振荡阻尼和次同步振荡的抑制。

在交直流线路并列运行时，如果交流线路发生短路，可短暂增大直流输送功率以减少发电机转子加速，提高系统的可靠性。

（4）没有电容充电电流。

直流线路稳态时无电容电流，沿线电压分布平稳，无空、轻载时交流长线受端及中部发生电压异常升高的现象，也不需要并联电抗补偿。

采用特高压交流输电与采用超高压交流输电的优劣1）经济性角度：特高压交流输电具有大容量、远距离、低损耗、输电走廊明显减少等优点，在输送同容量、等距离情况下，其经济性比超高压交流输电更好。

具体如下：①建设成本：有资料测算，按相同容量分析，目前特高压等级的发电机升压变压器的成本还高于超高压，但特高压设备的费用均低于超高压的：线路为超高压的60%~70%，断路器为50%~70%，并联电抗器为90%，特高压升压和降压变压器(包括自耦变压器)与超高压大体相当。

采有空气绝缘的传统型变电所，整个造价将比超高压节省10%~15%。

一条传输容量为5 700MW的1 150 kV线路，可代替5~6条500 kV线路或3条750 kV线路。

施工中可节省铁塔用材近，节约导线近。

②输电成本：美国邦维尔电力局曾将500 kV与1 100 kV的输电成本进行了比较。

以322 km(200 mile)长的输电线路为例，经济转换点为2400 MW。

目前有关国家规划和建设的交流特高压线路的输送容量，远大于2400 MW，一般单回线路的输送容量为5 000~6 000MW，且多数线路长度也超过322 km，因此特高压输电线路的经济性显而易见的。

上述比较是建立在相同线路损耗的基础上，实际上特高压输电线路可大大减少输电损耗，输送同样的容量，1100 kV线路的损耗为500 kV 线路的20%~50%，由此可见，提高输电电压对减少传输能量的损失有很大的作用。

③输电走廊利用率：随着经济的发展，征地费用在输电工程建设投资中所占的费用比例将越来越高，在人口稠密地区和林区，处理走廊所需赔偿费用有的已占总投资的30%以上。

这就要求电网的规划、发展要立足于综合、长远的考虑，充分挖掘每一走廊的容量输送潜力。

据估计，1条1150kV输电线路的输电能力可代替5~6条500kV线路，如1150kV特高压输电线路按环境要求走廊宽度约为90m，6回500kV线路的走廊宽度约为360m，则1150kV特高压线路走廊宽度约仅为同等输送能力的500kV线路所需走廊宽度的，采用特高压输电提高了走廊利用率。