高压直流输电

高压直流输电1第1页，共17页，2023年，2月20日，星期四输电方式的变化

直流输电系统简介交流电和直流电的优缺点比较我国直流输电现状及发展前景2第2页，共17页，2023年，2月20日，星期四

人类输送电力，已有一百多年的历史．输电方式是从直流输电开始的．1874年，在俄国彼得堡第一次实现了直流输电，当时输电电压仅100V．随着直流发电机制造技术的提高，到1885年，直流输电电压已提高到6000V．但要进一步提高大功率直流发电机的额定电压，存在着绝缘等一系列技术困难．由于不能直接给直流电升压，使得输电距离受到极大的限制，不能满足输送容量增长和输电距离增加的要求．．3第3页，共17页，2023年，2月20日，星期四19世纪80年代末发明了三相交流发电机和变压器．1891年，世界上第一个三相交流发电站在德国劳风竣工，以30kV高压向法兰克福输电。4第4页，共17页，2023年，2月20日，星期四此后，交流输电就普遍地代替了直流输电．但是随着电力系统的迅速扩大，输电功率和输电距离的进一步增加，交流电遇到了一系列不可克服的技术困难．大功率换流器（整流和逆变）的研究成功，为高压直流输电突破了技术上的障碍．因此直流输电重新受到人们的重视．1933年，美国通用电器公司为布尔德坝枢纽工程设计出高压直流输电装置；1954年在瑞典，从本土到果特兰岛，建起了世界上第一条远距离高压直流输电工程．5第5页，共17页，2023年，2月20日，星期四

在直流输电系统中，只有输电环节是直流电，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，送到整流器中去．整流器的主要部件是可控硅变流器和进行交直流变换的整流阀，它的功能是将高压交流电变为高压直流电后，送入输电线路．直流电通过输电线路送到逆变器中．逆变器的结构与整流器相同而作用刚好相反，它把高压直流电变为高压交流电．再经过换流变压器降压，交流系统的电能就输送到了交流系统中．在直流输电系统中，通过改变换流器的控制状态，也可以把交流系统中的电能送到直流系统中去，即整流器和逆变器是可以互相转换的．6第6页，共17页，2023年，2月20日，星期四

直流电与交流电的对比7第7页，共17页，2023年，2月20日，星期四输送相同功率时，直流输电所用线材仅为交流输电的2／3～l／2。直流输电采用两线制，以大地或海水作回线，与采用三线制三相交流输电相比，在输电线载面积相同和电流密度相同的条件下，即使不考虑趋肤效应，也可以输送相同的电功率，而输电线和绝缘材料可节约1／3．设两线制直流输电线路输送功率为Pd，则Pd=2UdId；设三线制三相交流输电线路所输送的功率为Pa，8第8页，共17页，2023年，2月20日，星期四对于超高压线路，功率因数一般较高，可取为0．945．设直流输电电压等于交流输电电压的最大值，即Ud=

Ua，且Id=Ia，则：9第9页，共17页，2023年，2月20日，星期四

在电缆输电线路中，直流输电没有电容电流产生，而交流输电线路存在电容电流，引起损耗在一些特殊场合，必须用电缆输电．例如高压输电线经过大城市时，采用地下电缆；输电线经过海峡时，要用海底电缆．由于电缆芯线与大地之间构成同轴电容器，在交流高压输线路中，空载电容电流极为可观．一条200kV的电缆，每千米的电容约为0.2μF，每千米需供给充电功率约3×103kW，在每千米输电线路上，每年就要耗电2.6×107kW·h．而在直流输电中，由于电压波动很小，基本上没有电容电流加在电缆上．10第10页，共17页，2023年，2月20日，星期四直流输电时，其两侧交流系统不需同步运行，而交流输电必须同步运行．交流远距离输电时，电流的相位在交流输电系统的两端会产生显著的相位差；并网的各系统交流电的频率虽然规定统一为50Hz，但实际上常产生波动．这两种因素引起交流系统不能同步运行，需要用复杂庞大的补偿系统和综合性很强的技术加以调整，否则就可能在设备中形成强大的循环电流损坏设备，或造成不同步运行的停电事故．在技术不发达的国家里，交流输电距离一般不超过300km,而直流输电线路互连时，它两端的交流电网可以用各自的频率和相位运行，不需进行同步调整．11第11页，共17页，2023年，2月20日，星期四直流输电发生故障的损失比交流输电小．两个交流系统若用交流线路互连，则当一侧系统发生短路时，另一侧要向故障一侧输送短路电流．因此使两侧系统原有开关切断短路电流的能力受到威胁，需要更换开关．而直流输电中，由于采用可控硅装置，电路功率能迅速、方便地进行调节，直流输电线路上基本上不向发生短路的交流系统输送短路电流，故障侧交流系统的短路电流与没有互连时一样．因此不必更换两侧原有开关及载流设备．在直流输电线路中，各级是独立调节和工作的，彼此没有影响．所以，当一极发生故障时，只需停运故障极，另一极仍可输送不少于一半功率的能．但在交流输电线路中，任一相发生永久性故障，必须全线停电．

12第12页，共17页，2023年，2月20日，星期四我国直流输电现状及发展前景

我国在1977年就建成了第一条31kV直流输电工业性实验电路．我国超高压直流输电工程，有从葛洲坝至上海的±500kV线路和青海龙羊峡一北京的输电工程．

13第13页，共17页，2023年，2月20日，星期四直流输电在我国有广阔的发展前景，主要体现在如下方面：

①我国能源与负荷分布不均，需要大容量远距离输电．目前，我国是的主要能源（水力资源和煤炭资源）主要集中在西南、中南、西北及华北地区，而负荷则主要集中在京津地区、东北及华东、华南地区．所以不可避免要进行大容量远距离输电．青海龙羊峡——北京输电线路就属于这一类．②用直流线路联络两个交流系统，以取得较大的经济效益．葛洲坝——上海直流输电工程属于这一类．14第14页，共17页，2023年，2月20日，星期四③用海底电缆跨海送电．我国沿海岛屿众多，许多岛屿（如舟山群岛、海南岛、崇明岛、台湾等）需要由大陆送电或互联并网．舟山直流输电工程就属于这一类．④用直流通过电缆向大城市中心供电，以解决大城市电能日益增长的迫切需要．在英国，已由