高压直流输电技术的发展及前景

高压直流输电技术的发展及前景1引言-___】【=同压直流输电技术的发展及马涛(武汉大学电气工程学院湖北武汉430072)日刖录摘要:综述了高压直流输电的背景及其优缺点,指出了高压直流输电在我国的发展现状及趋势.介绍了高压直流输电新技术的发展现状.关键词:直流输电:高压直流:直流输电新技术中图分类号:TM8文献标识码:A电力技术的发展是从直流电开始的.早期的直流输电是直接从直流电源送往直流负荷,不需要经过换流.而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但是直流输电有着交流输电所不具有的优点.如远距离大容量输电,不同电力系统联网等当今.作为高压交流输电技术的有力补充.高压直流输电技术已在全世界得到越来越多的应用由于我国地域辽阔.能源分布和负荷发展很不平衡.水利资源主要集中在西南数省.煤炭资源主要集中在山西,陕西和内蒙西部.而负荷主要集中在东部沿海地区.因此远距离大容量输电势在必行另一方面.电网互联是电力工业发展的必然趋势.利用高压直流输电作异步联网在技术上,经济上,安全上的优势已经在世界范围内得到证明.因此高压直流输电以其技术上,经济上,安全上的优势.在远距离大容量和电网互联上对我国电力工业的发展必将起到十分重要的作用我国已经成为世界范围内直流输电应用前景最广阔的国家2直流输电技术及其优缺点在直流输电系统中.只有输电环节是直流.发电系统和用电系统仍然是交流电在输电线路的始端.发电系统的交流电经换流变压器升压后.送到整流器中.整流器将高压交流电变成高压直流电后.送人输电线路直流电经过输电线路进入逆变器中.逆变器将高压直流电变为交流电.再经过换流变压器降压后送人交流系统中2.1直流输电相对于交流电的优点(1)输送相同功率时,线路造价低.对于架空线路.交流输电通常采用3根导线.收稿El期:2009—09—13而直流只需1根(单极)或2根(双极)导线.输送相同功率的时候.直流输电所用的线材仅为交流输电的2/3—1/2另外.直流输电在线路走廊,铁塔高度,占地面积等方面.比交流输电优越.(2)线路损耗小直流输电只采用1根或2根导线.所以线路上的有功损耗较小同时由于直流输电线路上没有感抗和容抗.在线路上也就没有无功损耗另外.由于直流架空线路具有空间电荷效应.其电晕损耗和无线电干扰均比交流架空线路要小.直流输电没有集肤效应.导线的截面利用充分(3)没有系统稳定问题采用直流输电连接两个交流系统.由于直流线路没有电抗.所以不存在同步稳定运行问题.即直流输电不受输电距离的限制另外.由于直流输电与系统频率,系统相位差无关.所以直流线路可以连接两个频率不相同的交流系统(4)能限制系统的短路电流用直流输电线路连接两个交流系统时.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.有利于实现交流系统的互联(5)调节速度快.运行可靠.直流输电通过晶闸管换流器.能够快速的实现有功功率和潮流翻转不仅在正常运行时保证稳定的输出功率.而且在事故情况下.可通过正常的交流系统一侧由直流线路对另一侧事故系统进行支援.从而提高系统运行的可靠性(6)实现交流系统的异步连接频率不同或相同的交流系统可以通过直流输电或交流一直流一交流的背靠背换流站实现异步联网运行.既得到联网运行的经济效益.又避免交流联网在发生事故时的相互影响2.2直流输电与交流输电相比和缺点(1)换流站的造价高.换流站设备种类74科技创业月刊服务科学2009年第10期繁多.其造价比交流变电站要高很多.而且运行维护也比较复杂,对运行人员要求较高这是限制高压直流输电发展的最主要原因.(2)换流装置要消耗大量的无功功率直流输电换流器要消耗一定的无功功率.一般情况下.约为直流输送功率的50%～60%.因此.换流站的交流侧需要安装一定数量的无功补偿设备.一般由电容性的交流滤波器提供无功功率(3)产生谐波影响.换流器运行时在交流侧和直流侧都将产生谐波电流和电压.使电容器和发电机过热.换流器控制不稳定.对通信系统产生干扰.一般在交流侧安装滤波器限制谐波影响(4)换流装置几乎没有过载能力.所以对直流系统的运行不利(5)缺乏高压直流开关.由于直流输电不存在零点.以致灭弧比较困难.现在一般采用外加振荡器来产生过零点.增加了成本(6)直流输电利用大地(海水)为回路带来的一些技术问题接地极附近地下(或海水)中的直流电流对技术构件,管道,电缆等埋设物有腐蚀作用:地中直流电流通过中性点变压器使变压器直流偏磁.产生局部过热,震动,噪声;以海水为回路时,对通信系统和航海磁性罗盘产生干扰(7)直流输电线路难以引出分支线路.绝大部分只用于端对端输电根据以上优缺点.直流输电适用于以下场合:远距离大功率输电:海底电缆输电:不同频率或同频率非周期运行的交流系统之间的连接;用地下电缆向大城市供电:交流系统互联或配电网增容时.作为增大短路容量的措施之一:配合新能源的输电.3直流输电技术的现状及前景鉴于高压直流输电在技术上和经济上高压直流输电技术的发展及前景的特点.目前.世界上很多国家都采用了这种技术目前.在五大洲都分布有高压直流输电工程.且密集于北美和欧洲等经济发达地区.伴随着我国经济的快速发展.高压直流输电工程也得到了蓬勃的发展1987年建成的浙江舟山直流输电工程是我国第一条直流输电线路.其额定电压为_+100KV.额定电流为500A.额定容量为50MW.线路全长54kin1990年.从湖北葛洲坝到上海的葛南双极直流输电线路投人商业运行.其额定容量为1200MW.额定电压为±500kv.输送距离l045km它既是我国第一条远距离大容量高压直流输电线路.也是区域电网直流互联工程中国电力从此进入交直流互联的时代2001年6月.从天生桥水电站水电站至广州北郊的天广双极直流输电线路投入商业运行.其额定容量1800MW.额定电压_500kv,输送距离960km.2003年6月.三峡附近的龙泉换流站到常州政平换流站的三常直流输电线路投入运行.线路全长890km.额定功率3000MW.额定电压~500kv.额定电流3000A2004年6月.三峡到广东惠州的三广高压直流输电工程双极投运.输送距离960km.额定功率3000MW.额定电压-500kv.额定电流3000A.同年.贵州安顺换流站到广东肇庆换流站高压直流输电线路建成并投运.全长880km.额定容量30o0MW.额定电压±500kv,额定电流3000A.2005年7月,陕西灵宝背靠背换流站全部建成并投入商业运行,其额定参数为360MW,120kv,3000A2006年11月.三峡宜都换流站到上海华新换流站高压直流输电线路正式投入运行.额定容量3000MW.输送距离1059km.我国尚有多项在建和计划建设的高压直流输电工程.其中云南至广州±800kv输电线路现已单极运行.计划2010年6月双极建成投产云广线是全世界第一个+800kv特高压直流输电工程.开创了世界电力工业发展的新篇章开始建设的还有向家坝到上海直流输电工程.它西起向家坝换流站.东至上海市漕泾换流站.输电距离约2000km:锦屏到苏南___800kv直流输电线路.西起西昌锦屏长村换流站.东至苏南吴江换流站.输电距离2095km:宁夏银川到山东青岛~660kv输电线路.输送距离l335km.未来20年.直流输电将作为长距离大容量输电的主要方式和500kv交流网架的强化措施.以便在无更高一级交流电压输电线路时形成大区电网互联科学领域的新成就将扩展直流输电技术的用途一些新的发电方式,比如磁流体,电气体,燃料电池和太阳能电池等产生的电能都是通过直流方式送出并经逆变器交换后送人交流电力系统.远海中的海洋能发电厂需用海底直流电缆将电能送到大陆另外.新型电池和超导等新的储能系统和交流电力系统连接时都需用有关直流输电的技术总之.随着直流输电技术的日益成熟,输电设备价格的下降和换流站可用率的提高.它在电力系统中必将得到更多的应用4高压直流输电新技术新型全控型电力电子器件这类器件的代表是绝缘门极双极型晶体管(IGBT).以其为基础的新型输电技术称为柔性高压直流输电这种新技术能够向无电压支持电网供电.避免了换向的危险.并通过高频开关元件简化了换流器的连接柔性直流输电技术很适合应用于可再生能源并网,分布式发电并网,孤岛供电,城市电网供电,异步交流电网互联等领域.光电子技术晶体管触发技术是直流输电的关键技术之一.在采用光触发晶闸管后.可以省去用于再次进行光电转换的电子触发电路板但需要将相应的保护或测量电路集成在晶闸管上.因此技术复杂.工艺要求严格接地极引线故障测量技术直流输电的接地极及引线的电压很低.换流站采用传统的电压测量方法.难以检测到靠近接地极的对地短路故障为此.近年来开发出脉冲回声,阻抗等接地及脉引线测量装置其基本原理是.在换流站接地极的2根引线之间加低压高频脉冲.通过接受这些脉冲的回波.计算接地引线的阻抗当引线任何地点发生对地电阻时.其阻抗的变化将反应到测量装置中.从而判定是否发生故障.并判断故障地点实时多处理器控制保护系统电子信息技术的飞速发展使得处理器的速度大大提高.存储空间也不断扩大这实现了在直流输电系统的各个环节包括集控,站控,直流系统保护,换流变压器控制保护,交直流滤波器控制保护,换流器冷却系统控制保护,站用电系统控制保护中都有微处理器的应用.提高了整个系统的实时性能和可靠行5结语由于高压直流输电在远距离大容量输电,电网互联等方面具有独特的优点.使其作为高压交流输电的补充.在我国西电东送,南北互供和全国电网互联等工程中正在和将要发挥重要作用可以预见.随着电力电子器件的进一步发展,计算机技术的更新换代,输变电新材料的出现,新能源和可再生能源的开发利用.高压直流输电将拥有更加广阔的应用前景参考文献1刘振亚.特高压电网『M].北京:中国电力出版社.20052舒印彪.中国直流输电的现状及展望fJ].高电压技术2004(11,3王明新.现代新技术在高压直流输电中的应用[J].国际电力,2003(4)4彭毅晖.高压直流输电的发展与展望『J].湖南电力.2007(1)(责任编辑晓天)f上接第71页)体积率的增大而减少.原因是钢纤维的掺入推迟了裂缝的出现.并在裂缝出现后限制了裂缝的发展.从而提高了梁的刚度当pf=0时,'=1.35mm,pf=3.5%,e=0.43mm,可见挠度减小了68.1%3.2钢纤维体积率一般情况受剪承载力与钢纤维体积率或含量特征参数()增大而提高.通过改变荷载的作用位置得到不同的剪跨比值.模拟得到承载力与剪跨比的关系当剪跨比较小时,增强的作用更为明显.当剪跨比较大时.钢纤维的增强作用减弱.这主要是因为.当剪跨比较大时.破坏形态基本上是斜拉破坏,临界斜裂缝发展快,宽度大,一部分纤维被拔出,其增强作用减弱.4结语钢纤维的掺入.提高了钢纤维混凝土轴心抗拉强度,有效抑制构件裂缝的开展.随钢纤维掺量的增加.深梁的抗弯极限承载能力明显提高.此外在钢筋钢纤维混凝土有限元分析中.应用ANSYS分析软件通过合理选取单元类型,材料模型及收敛准则.准确输入各种参数以及适当的荷载步能够得到比较精确的数据参考文献1高丹盈.刘建秀.钢纤维混凝土基本理论fM1.上海:科学技术文献出版社.19942郝文化.ANSYS土木工程应用实例[M].北京:中国水利水电出版社.2005(责任编辑吴银银)PIoNEERiNGWITHSCIENCE&TECHNoLoGYMoNTHLYSERVfSESCfENCED.10200975