高压交直流输电比较研究

供电系统中交流与直流传输方式的利弊分析F0403012 孙逸翔 5040309349 授课教师张峰摘要：交流高压输电和直流高压输电是现今两种较为成熟的远距离输电模式。

前者已经有了很长的发展历史，技术相对成熟，在人们的日常生活中得到广泛应用；后者自五十年代起，开始被人们重视，在海底电缆等情况下相较交流输电有着无可替代的优势。

本文针对两种输电方式的原理和利弊做出一定的分析和讨论，并结合国家重大工程运用现有的基电知识进行大致的了解和研究。

并在最后对二者的发展前途进行了科学的展望。

关键词：高压直流，高压交流，有功功率，无功功率，变压器，耦合，整流，滤波，换流，三峡水利枢纽概述编写说明编写目的：通过对于交流和直流供电系统的简要分析，掌握交流和直流输电的相关初步知识，同时和书本学习的内容相结合，巩固书本知识。

并且联系实际（三峡水电站等），关注国家重要工程。

适应对象：电院二年级拥有基电知识的同学。

定义变压器：利用电磁感应的原理来改变交流电压大小的电路元件。

在电气设备和无线电路中常用来升降电压匹配阻抗等。

整流器：利用电子管或晶体管把交流电变成单方向流动的电流的电路元件。

滤波器：由线圈和电容器组成，用以把不同频率的电磁振荡分离开，只让所需要的频率通过的电路元件。

换流站：采用半控型的晶闸管器件，利用相控进行交—直和直—交两种变换的电力系统。

绪言从80年代中期开始，著名的发明家爱迪生就开始致力于将各种关于电力的设想化为现实的研究工作中，并取得了丰硕的成果。

但爱迪生一直都倾向于采用直流电来处理和考虑问题，以至于在爱氏1887年年满40之际有人提出用交流电取代直流电的设想的时候，他非但嗤之以鼻，还在以后的长久日子中引发了关于到底应该采取直流还是交流的激烈争论。

从当时的情况看来，如果采用直流电输送电力，由于功率在传导电线的内阻中迅速损耗，以至于发电厂输送电力的距离最远不超过一英里。

如果这种状况继续下去，那么除了大城市外，别的地方也许就得不到电力。

高压直流输电的优势和应用及其展望京江学院J电气0802 3081127059 陈鑫郁简单的讲，直流输电是先将交流电通过换流器变成直流电，然后通过直流输电线路送出。

在受电端再把直流电变成交流电，进入受端交流电网。

直流输电系统由换流(逆变)站、接地极、接地极线路和直流送电线路构成。

直流输电具有传输功率大，线路造价低，控制性能好等特点，是目前世界发达国家作为解决高电压、大容量、长距离送电和异步联网的重要手段。

直流输电( HVDC)的发展历史到现在已有百余年了，在输电技术发展初期曾发挥作用，但到了20 世纪初，由于直流电机串接运行复杂，而高电压大容量直流电机存在换向困难等技术问题，使直流输电在技术和经济上都不能与交流输电相竞争，因此进展缓慢。

20 世纪50 年代后，电力需求日益增长，远距离大容量输电线路不断增加，电网扩大，交流输电受到同步运行稳定性的限制，在一定条件下的技术经济比较结果表明，采用直流输电较为合理，且比交流电有较好的经济效益和优越的运行特性，因而直流电重新被人们所重视。

1 高压直流输电高压直流输电基本原理高压直流输电的定义：发电厂发出的交流电，经整流器变换成直流电输送至受电端，再用逆变器将直流电变换成交流电送到受端交流电网。

直流输电的一次设备主要由换流站（整流站和逆变站）、直流线路、交流侧和直流侧的电力滤波器、无功补偿装置、换流变压器、直流电抗器以及保护、控制装置等构成。

高压直流输电的技术特点（1）高压直流输电输送容量更大、送电距离更远。

（2）直流输送功率的大小和方向可以实现快速控制和调节。

（3）直流输电接入系统是不会增加原有电力系统的短路电流容量的，也并不受系统稳定极限的限制。

（4）直流输电是可以充分利用线路的走廊资源，线路的走廊宽度大致为交流输电线路的一半，并且送电容量相比前者更大。

（5）直流输电工程运行时，无论任一极发生故障时，另一极均能继续运行，并可以发挥过负荷能力，保持输送功率不变或最大限度的减少输送功率的损失。

低压直流供电与柔性直流输电及超高压直流输电的探讨摘要：目前直流电在我国电力系统应用有低压直流、柔性直流输电和超高压直流输电。

低压直流主要用于发电厂和变电站的二次回路中，柔性直流输电正应用于智能电网，而超高压直流用于远距离电能输送或系统联网。

低压直流也广泛应用于电子计算机电路中。

关键词：低压直流供电；柔性直流输电；超高压直流输电前言通过对直流电路重要性的了解；低压直流在电子等各行各业的应用；直流在电力系统中的二次回路中的应用、在柔性直流输电的应用以及在超高压特高压直流输电的应用的分析，提出直流电基础学习的重要性。

一、低压直流在电子领域的应用直流广泛用于电子电路、计算机等电路。

电子电路、通信电路、计算机电路等所用直流一般是几伏或几十伏。

如直流在晶体管放大电路中它主要作为集电极和基极的工作电源。

机床控制电路也广泛应用直流。

二、直流在电力系统中的应用2.1直流在二次回路中的应用传统的电力系统继电保护、控制回路、信号回路等二次回路中，广泛应用着直流电，它们所用直流电源电压一般是220V。

随着电力系统自动化水平的提高，在微机保护装置和微机自动装置电路中所用直流电压一般是几毫伏、几伏或几十伏电压。

低压直流还作为厂站应急电源。

2.2在柔性直流输电的应用“柔性”直流输电是采用先进的大功率电力电子器件组成的电压源换流器（VSC），其换流器采用IGBT绝缘栅双极型晶体管，它可以依据电网需要，灵活快捷地改变电能输送的大小和方向，并提供更优质的电能质量。

多端柔性直流输电系统模块化多电平（MMC）技术，可灵活接入多个站点的风能、太阳能、地热能、小水电等清洁能源，通过一个大容量、长距离的电力传输通道，到达多个城市的负荷中心。

这为新能源并网、大型城市供电以及孤岛供电等场合提供了一种有效的解决方案。

我国是从2006年开始研究，2011年上海南汇柔性直流输电工程投运，其电压±30kV，输出电流300A，输出功率18MVA。

高压直流输电一、高压直流输电系统（HVDC）概述众所周知，电的发展首先是从直流开始的，但很快就被交流电所取代，并且在相当长的一段时间内，在发电、输电和用电各个领域，都是交流电一统天下的格局。

HVDC技术是从20世纪50年代开始得到应用的。

经过半个世纪的发展，HVDC技术的应用取得了长足的进步。

据不完全统计，目前包括在建工程在内，世界上己有近百个HVDC 工程，遍布5大洲20多个国家。

其中，瑞典在1954年建成投运的哥特兰（Gotland）岛HVDC 工程（20MW，100kV，90km海底电缆）是世界上第一个商业化的HVDC工程，由阿西亚公司(ASEA，今ABB集团)完成；拥有最高电压（±600kV）和最大输送容量（2 x 3150MW）的HVDC工程为巴西伊泰普（Itaipu）工程；输送距离最长（1700km）的HVDC 工程为南非英加——沙巴（1nga2Shaba）工程；电流最大的HVDC工程在我国：如三常、三广和贵广HVDC工程，额定直流电流均为3000A。

HVDC的发达地区在欧洲和北美，ABB和西门子等公司拥有最先进的HVDC技术，美国是HVDC工程最多的国家。

HVDC在我国是从20世纪80年代末开始应用的，起步虽然较晚，但发展很快。

目前包括在建工程在内，总输送容量已达18000MW以上，总输送距离超过7000km，该两项指标均已成为世界第一。

我国第一个HVDC工程是浙江舟山HVDC工程（为工业试验性工程），葛沪HVDC工程是我国第一个远距离大容量HVDC工程，三常HVDC工程是我国第一个输送容量最大（3000MW）的HVDC工程，灵宝（河南省灵宝县）背靠背HVDC工程是我国第一个背靠背HVDC工程。

我国已投运的HVDC工程见表1。

表1我国已投运的HVDC工程另外，2010年前后建成投运的HVDC工程有四川德阳——陕西宝鸡（1800 MW、±500 kV，550km）、宁夏银南——天津东（3000MW、±500kV，1200km）等；至2020年前后，还计划建设云南昆明——广东增城、金沙江水电基地一华中和华东HVDC工程以及东北——华北、华北——华中、华中——南方背靠背HVDC工程等十几个HVDC工程。

高压直流输电对交流变压器的影响分析及抑制措施的研究[摘要]针对高压直流输电引起的变压器直流偏磁现象，对四种直流偏磁抑制措施进行了比较研究。

通过对变压器直流偏磁产生原因和机理的分析，阐述了四种抑制措施的原理，并对其优缺点进行了比较。

通过比较结果的分析，对不同抑制措施的适用场合给出了建议，为变压器直流偏磁防治和电网安全运行提供依据。

[关键词]直流偏磁抑制措施高压直流输电变压器中图分类号：tu855 文献标识码：a 文章编号：1009-914x（2013）17-540-01引言直流输电单极运行或者双极不对称运行方式时，接地极附近有直流电位，该电位和直流输电输送的电流大小和该处的土壤电阻率有关。

接地极周边不同位置的中性点直接接地变压器处于不同地电位，接地极的部分入地电流将从地电位较高的变压器中性点流入变压器三相绕组，再经交流线路，然后通过地电位较低的变压器三相绕组，由中性点入地，从而形成直流回路，即交流系统为入地电流提供了一个比大地更容易流通的通道，使直流电流通过接地变压器中性点，在交流电网形成了回路。

当流过接地变压器的电流过大时，变压器发生直流偏磁饱和，进而导致变压器谐波增加、噪声增大、过热等一系列问题，严重时可引起变压器的损坏。

为减小直流接地极电流的影响，首先要从源头解决，合理安排直流系统运行方式，减少单极大地回线接线方式，或设计避免直流电流入地的接线方式；其次，建立可靠的电流通道，减小接地极的接地电阻或建立专门线路。

通过对变压器直流偏磁的产生原因和机理的分析可知，抑制变压器直流偏磁的关键是减小或者消除流经变压器中性点的直流电流。

本文从抑制效果和经济性方面对如下四种抑制变压器中性点直流电流的方法进行了比较。

2.1变压器中性点串接电阻器变压器中性点串接电阻器增大了地上支路的电阻，直流电流必然更多的流向大地，从而达到抑制变压器中性点直流电流的目的。

中性点串接电阻器法结构简单，安装运行维护工作量小，可靠性高，投资小。

交直流牵引供电的比较成员：目录一、牵引供电系统介绍 (3)1牵引供电系统的电流制 (3)2工频单相交流牵引供电系统 (4)二、我国列车铁轨及列车内部用电方式转变发展史 (5)三、直流远供技术与交流供电的对比 (6)四、地铁和国铁分别采用直流、交流的原因 (7)五、广州地铁直流牵引供电与交流牵引供电系统的选择 (8)1直流牵引供电系统 (8)2交流牵引供电系统 (9)六、高压直流输电与特高压交流输电的优缺点比较 (10)1直流输电的优点: (10)2限制直流输电应用范围的因素: (10)3特高压交流输电的优点: (11)直流制应用最早，19世纪末电力牵引开始用于铁路干线时，应用的就是直流制。

目前在英、法、日、苏等国直流制仍然大量存在。

直流制是将电力系统的三相交流电降压并变换为直流电供应接触网。

接触网电压有1200伏、1500伏、3000伏等多种。

由于电力机车电压受直流牵引电动机换向条件的限制，接触网电压很难大幅度提高，所以直流制须沿接触网输送大量电流，在接触网上一般须用两根铜接触导线，并应用铜承力索，另加一些平行的铝加强导线来分流，耗费有色金属量较大。

另外，为了保持接触网的电压水平，沿线路每隔10～30公里须设置一个牵引变电所。

直流制的这些弱点，推动了交流制的研究。

一、牵引供电系统介绍牵引供电是指拖动车辆运输所需电能的供电形式。

例如城市电车、城市地下铁道、工厂矿山的电力交通运输供电等，都可称为牵引供电。

电气化铁道供电，因其用电量大、分布广，因而形成相对独立于电力系统的电气化铁道牵引供电系统。

1牵引供电系统的电流制电气化铁道供电采用何种电流制，关系到许多重大技术问题和铁路运输的经济效益，故成为每个建造电气化铁道的国家首先要考虑的问题。

目前主要有以下4种电流制。

(一)直流制直流制是世界上早期电气化铁道普遍采用的方式，到目前为止，直流制在电气化铁道中所占的比例仍占43％左右。

其原因是电力机车多采用机械性能好，调速方便的直流串励电动机牵引，显然，利用直流电向直流电机供电可以极大地简化机车设备。

高压直流输电系统交流侧谐波分析及滤波配置研究摘要：高压直流输电是电能传输的一种常见方式，由于输送过程中的电压较高，因而电压传输的安全性是现阶段受众较为关心的问题。

基于高压直流输电系统当中谐波的不安全因素有很多，这就对供电公司相关工作人员的专业工作能力提出了更高的要求。

本文主要研究的是换流器交流侧的特征谐波和非特征谐波，提出了输电系统中交流滤波器的基本配置方案。

希望能够在这种配置方法下，保证高压直流输电系统各项传输工作的稳步运行。

关键词：高压系统；直流输电；交流侧谐波；滤波配置从谐波的危害方面来看，其不仅会降低高压直流输电系统的容量，而且会导致设备使用寿命受到不良影响，进而影响供电公司的经济稳步发展状态。

同时，还会造成安全问题和电能的浪费问题。

因此，供电公司必须要对相应的系统配置方案进行优化研究。

一、高压直流输电系统交流侧谐波分析要想保证高压直流输电工作运行的安全与稳定，就必须要对交流侧谐波的波动幅度大小、运行过程中影响安全的因素以及其他相关内容进行全面的分析和研究，以保证设定的滤波配置方案的全面性和合理性。

1、数学分析通常情况下，供电公司的相关技术人员都会从数学的角度对高压直流输电系统当中的谐波问题进行分析和研究，最初最有效的分析方法是由国外的数学家研究出来的。

为了保证研究结果的真实性和可信性，这位数学家做出了多次实验，并最终列出了相应的计算公式：f(ωt)=A(0)+ ∞∑n=1 [A(n)cos(nωt)+B(n)sin(nωt)]从这个公式当中来看，实际上谐波研究工作当中有许多未知量，而这些未知量都是影响高压直流输电系统运行安全的关键所在。

通过公式计算出来的数据可以观察出，谐波运动情况具有周期性的特点。

2、振幅分析基于谐波的危害性有很多，因此，相关技术人员在进行研究时，都会对谐波数值的浮动情况进行记录，从其运动的规律当中找出谐波振幅的最大值和最小值，然后采取有针对性的解决对策。

基于傅立叶级数展开式可知，当Y/Y型换流变压器变比为1时，交流网侧电流和阀侧电流相同。

直流输电的特点及发展前景张远平，王子强摘㊀要：近年来，在社会经济发展的过程中，人们为了使得电能输送的质量和效益得到进一步的提升，也将许多先进的科学技术应用到了其中，从而促进社会经济的增长㊂其中高压直流输电技术的应用，不仅有效地改善了电力资源输送的质量，满足了人们日常生活的相关要求，还使得电网系统的运行性能得到了进一步的优化㊂文章对高压直流输电技术的相关内容进行介绍㊂关键词：高压直流输电；特点；发展一㊁高压直流输电的技术特点（一）高压直流输电的功能高压直流输电是将三相交流电通过换流站整流变成直流电，然后通过直流输电线路送往另一个换流站逆变成三相交流电的输电方式㊂它基本上由两个换流站和直流输电线组成，两个换流站与两端的交流系统相连接㊂在一个高压直流输电系统中，电能从三相交流电网的一点导出，在换流站转换成直流，通过架空线或电缆传送到接受点；直流在另一侧换流站转化成交流后，再进入接收方的交流电网㊂直流输电的额定功率通常大于１００兆瓦，许多在１０００ ３０００兆瓦之间㊂高压直流输电用于远距离或超远距离输电，因为它相对传统的交流输电更经济㊂应用高压直流输电系统，电能等级和方向均能得到快速精确地控制，这种性能可提高它所连接的交流电网性能和效率，直流输电系统已经被普遍应用㊂直流输电线造价低于交流输电线路但换流站造价却比交流变电站高得多㊂一般认为架空线路超过６００－８００ｋｍ，电缆线路超过４０－６０ｋｍ直流输电较交流输电经济㊂随着高电压大容量可控硅及控制保护技术的发展，换流设备造价逐渐降低，直流输电近年来发展较快㊂（二）高压直流输电技术的主要特点１．高压直流输电系统中间无落点，可实现点对点㊁大功率㊁长远距离直接进行电力输送㊂在输送和接受地点都确定的情况下，使用高压直流输电，可以实现交直流并联输电或非同步联网，这样的话使得电网的结构比较松散和清晰，有利于调控㊂２．大量过网潮流在采用高压直流输电时候是可以减少或避免的，通过改变送受两端的运行方式而改变潮流，该系统潮流方向和大小都可以很方便地进行控制㊂３．使用高压直流输电时，因为其电压很高㊁输送容量大，这样就比较适合大功率㊁远距离进行输送电㊂４．当交直流并联输电时，通过调制直流的有功功率，可以有效抑制与其并列的交流线路的功率振荡，包括区域性低频振荡，明显提高交流的暂态㊁动态稳定性能㊂５．当大功率直流输电发生直流系统闭锁时，输电线路的两端其交流系统则会承受较大的功率冲击㊂二㊁高压直流输电优势和缺点（一）高压直流输电的优势１．低耗材传统的三相交流线路需要三根导线，并且线路走廊宽，而直流输电线路只需正㊁负两极导线，其杆塔的结构简单，线路走廊窄，此外，一条同电压的直流输电线路输送容量约为交流输电线路的２倍，直流输电的线路走廊，其传输效率约为交流线路的２倍甚至更多一点㊂２．远距离㊁大容量直流输电并不存在交流输电的功角稳定问题，因此不会由于静态稳定或暂态稳定性能变差而降低输送容量㊂这是直流输电传输功率的重要特点，也是它的一大优势㊂直流输电的输送容量由换流阀电流允许值决定，输送容量和距离不受两端的交流系统同步运行的限制，有利于远距离大容量输电㊂（二）高压直流输电的缺点１．换流器在运行时会产生交流谐波和直流谐波，若处理不当将其引入交流系统会给交流电网带来很多问题㊂为了降低谐波的影响需在交流侧和直流侧加装滤波器组，这样无形中就增加了换流站的占地面积和运行成本㊂２．晶闸管式换流器在直流电传输过程中会吸收大量的无功功率，高达有功功率的６０％，这就需要加装无功功率补偿装置来进行控制，从而增加了换流站的成本和控制的复杂性㊂三㊁直流输电技术的应用直流输电的应用范围取决于我国目前直流输电技术的发展水平和我国能源需求分布㊂目前我国实际采用的输电方式有交流输电和直流输电两种，直流输电还仅只是交流输电的补充㊂随着直流输电技术的发展，直流输电的应用范围将会变大㊂目前，直流输电技术的应用场合可分为以下类型㊂采用交流输电在技术上有困难或者是不可能，而且只能采用直流输电的场合，如不同频率电网之间的联网或向不同频率的电网之间送电；因稳定性问题采用交流输电难以实现要求；长距离电缆送电，采用交流电缆因为电容电流太大而无法实现等㊂在技术上采用两种输电发送等能实现，但采用直流输电技术比交流输电的技术经济性能好㊂对于这种情况就需要对输电的方案进行比较和论证，最后根据比较的结果选择技术经济性能优越的输电方案㊂目前我国直流输电的应用主要在远距离的大容量输电㊁大型电力系统联网㊁直流电缆送电㊁交流输电线路的增容改造为轻型直流输电等㊂四㊁直流输电的发展早在１９世纪２０年代，人们就已经发明了直流输电机，通过电力资源的远程输送，满足人们生活的相关要求，这也开创了直流输电技术应用的先河㊂而且随着科学技术的不断发展，直流电力的输送技术也得到了进一步的发展，并且还建立了相应的直流输电工程，从而使得直流电力资源输送的范围更加的广泛㊂其中可控硅技术的发展，人们也让直流输电技术的性能得到了进一步的优化，这就标志着直流输电技术的进一步的飞跃，为高压直流技术的发展奠定了扎实的基础㊂五㊁结语由此可见，在当前我国电网系统建筑和发展的过程中，高压输电技术的应用有着十分重要的意义，这不仅很好地满足了人们日常生活和生产的相关需求，还进一步地促进了我国国民经济的增长㊂虽然目前我国的高压输电技术在实际应用的过程中，还存在着许多的问题，但是也具有广阔的发展空间，这样有利于我国经济的稳定发展㊂参考文献：［１］李正英，耿远程，黄卫红．高压直流输电技术应用与研究［Ｊ］．中外企业家，２０１８（２３）．［２］王伟，安森．柔性高压直流输电综述［Ｊ］．沈阳工程学院学报（自然科学版），２０１１（３）．作者简介：张远平，王子强，国网江苏省电力有限公司沭阳县供电分公司㊂０１２。