电气技术前沿论文

直流输电(也称HVDC),近20年来，随着电力电子技术的发展，高压直流输电迅速发展。自1972年加拿大建成世界上第一座可控硅换流站以来，可控硅技术不断进步，容量增大，可靠性提高，价格逐渐降低，直流输电更趋成熟，已成为电力传输的一种重要方式。特别是光纤和计算机等新技术的发展，使直流输电系统的控制、调节与保护更趋完善，进一步提高了直流输电系统执行的可靠性。从经济方面考虑，直流输电有如下优点：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。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。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。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。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。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。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。节省线路走廊:按同电压500kV考虑，一条直流输电线路的走廊〜40m，一条交流线路走廊〜50m，而前者输送容量约为后者2倍，即直流传输效率约为交流2倍。直流输电的限制因数：换流装置较昂贵。这是限制直流输电应用的最主要原因。在输送相同容量时，直流线路单位长度的造价比交流低；而直流输电两端换流设备造价比交流变电站贵很多。这就引起了所谓的“等价距离”问题。消耗无功功率多。一般每端换流站消耗无功功率约为输送功率的40%〜60%，需要无功补偿。产生谐波影响。换流器在交流和直流侧都产生谐波电压和谐波电流，使电容器和发电机过热、换流器的控制不稳定，对通信系统产生干扰。缺乏直流开关。直流无波形过零点，灭弧比较困难。目前把换流器的控制脉冲信号闭锁，能起到部分开关功能的作用，但在多端供电式，就不能单独切断事故线路，而要切断整个线路。不能用变压器来改变电压等级。高压直流输电技术的关键设备高压直流输电是将发电厂发出的交流电通过换流阀变成直流电，然后通过直流输电线路送至受电端再变成交流电，注入受端交流电网。直流输电的发展与换流技术的发展有密切的关系。1901年发明的汞弧整流管只能用于整流，1928年具有栅极控制能力的汞弧阀研制成功，它不但可用于整流，同时也解决了逆变问题。因此可以说大功率汞弧阀使直流输电成为现实。以称为汞弧阀换流时期。由于汞弧阀制造技术复杂、价格昴贵、逆弧故障率高、可靠性较差、执行维护不便等因素，使直流输电的应用和发展受到限制。20世纪70年代以后，电力电子和微电子技术的迅速发展，高压大功率晶闸管的出现，晶闸管换流阀和计算机控制在直流输电工程中的应用，有效地改善了直流输电的执行性能和可靠性，促进了直流输电技术的发展。晶闸管换流阀没有逆弧故障，而且制造、试验、执行、维护和检修都比汞弧阀简单而方便。70年代起开始了直流输电技术的晶闸管换流时期。在此期间，微电脑控制和保护、光电控制、水冷技术、氧化锌避雷器等新技术在直流输电工程中也得到了广泛的应用。直流输电最核心的技术集中于换流站设备，换流站实现了直流输电工程中直流和交流相互能量转换，除在交流场具有交流变电站相同的设备外，还有以下特有设备:换流阀、换流变压、交流滤波器和无功补偿设备、直流滤波器、平波电抗器以及直流场设备，而换流阀是换流站中的核心设备，其主要功能是进行交直流转换，从最初的汞弧阀发展到现在的电控和光控晶闸管阀，换流阀单位元容量在不断的增大。直流输电工程型式直流输电工程的系统结构可分为两端直流输电系统和多端直流输电系统两大类。目前世界上已执行的直流输电工程大多为两端直流输电系统，只有意大利■撒丁岛(三端)和魁北克-新英格兰(五端)直流输电工程为多端直流输电系统。多端直流输电系统可以解决多电源供电和多落点受电的输电问题，由于其控制保护系统以及执行操作复杂，应用和发展受到限制。按应用直流输电工程的应用性质划分，可分为以下几类：(1)远距离大容量直流架空线路工程：目前已在执行和正在建设的直流工程中，此类工程约占1/3，由于直流输电在远距离大容量输电方面较交流输电有明显优势，此类工程主要解决大型水电站或火电站向远方负荷中心的送电问题，这种远距离输电还具有非同期联网的性质。⑵背靠背直流联网工程：电力系统之间的互联可以有三种方式：一是交流输电同步联网方式，联网后形成更大的同步电网；二是直流输电非同期联网方式，联网后将形成非同期联合执行的大电网，其中也包括不同频率的联合大电网；三是交直流并联输电同步联网方式，联网后将形成可以利用直流输电的快速控制改善电网性能的同步执行大电网。背靠背直流联网是将两个换流站背靠背合装在一起，实现大电网之间非同期联网的一种方式。背靠背直流工程近年来发展较快，约占执行和在建直流工程的1/3。直流海底电缆工程：输送相同的功率，直流电缆的造价要低于交流电缆，同时由于交流电缆的电容电流而使其输电距离受到限制，所以大部分跨海峡输电工程均采用直流输电，如英法海峡直流工程采用两回土270kV，总输送功率为2000MW，海底电缆72km。向用电密集的大城市供电的直流输电工程：由于向用电密集大城市供电的发展方向是选择地下电缆送电，在供电距离超过交流地下电缆的等价距离时，高压直流电缆向城市供电更为经济，同时直流输电方式还可以作为限制城市供电网短路电流增大的措施。英国1975年投入执行的金斯诺思火力发电厂至伦敦市区的直流输电工程属于此类工程，地下电缆长82km，电压±266kV，输送电力640MW。随着轻型直流输电技术的发展，此类工程的造价会降低，极具市场前景。我国高压直流输电技术发展状况及特点我国直流输电技术在80年代得到发展，建成了我国自行研制的舟山直流输电工程(±100kV，100MW，55km)和代表当时世界先进水准的葛洲坝--上海±500kV高压直流输电工程，葛洲坝至上海桥土500千伏直流输电工程是我国建设的第一个跨大区、超高压直流输电工程。该工程的设计、设备制造由瑞士ABB（瑞士BBC）公司和德国西门子公司承包。1987年底建成单极500kV，输送电力600MW;1998年建成双极±500kV，输送电力1200MW。90年代，开始建设天广土500kV高压直流输电工程和三常土500kV高压直流输电工程，天广高压直流输电工程于2000年12月单极投产，2001年6月双极投产，三常高压直流输电工程于2003年5月投入执行。2001年开工建设三峡--广东（简称三广）±500kV高压直流输电工程和贵州--广东（简称贵广）1回土500kV高压直流输电工程三广高压直流输电工程于2004年6月正式投产，贵广I回高压直流输电工程于2004年9月双极投产。2005年灵宝双极±120kV直流输电工程投入执行，从工程群群组织建设、系统设计、工程设计、设备制造采购、工程施工和侦错全部立足国内，实现了国产化的要求，标志着我国直流输电工程的国产化工作迈上了新台阶。目前国家电网公司已建成并执行高压直流输电工程线路总长度和输送容量均居世界前列，上述高压直流输电线路的建设为我国西电东送战略作出了巨大贡献。论文题目:高压直流输电现状及其展望摘要:直流输电（也称HVDC）,近20年来，随着电力电子技术的发展，