直流輸電技術(shù)的發(fā)展及其在我國電網(wǎng)中的作用
摘要：我國電網(wǎng)面臨發(fā)展的局面。由于直流輸電具有送電距離遠(yuǎn)、送電容量大、控制靈 活等特點(diǎn)，因此在運(yùn)、在建及規(guī)劃建設(shè)中的直流輸電工程已經(jīng)和即將在西電東送、南北互供 中承擔(dān)主要送電任務(wù)，在未來全國聯(lián)網(wǎng)中發(fā)揮重要作用。做好直流輸電的研究、規(guī)劃和建設(shè) 是今后一段時(shí)間我國電網(wǎng)發(fā)展的重要任務(wù)。
關(guān)鍵詞：直流輸電 電網(wǎng) 規(guī)劃 發(fā)展
我國電網(wǎng)隨著國民經(jīng)濟(jì)和電力工業(yè)的高速發(fā)展，正面臨著的發(fā)展局面。到2003年底，全國發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)3.84億kW、發(fā)電量達(dá)1.91億kWh。發(fā)電總裝機(jī)容量和年發(fā)電量僅次于美國，均列*二位。我國電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，除西北電網(wǎng)以330 kV為主網(wǎng)架外，其他區(qū)域電網(wǎng)已經(jīng)形成500 kV主網(wǎng)架。
1 直流輸電技術(shù)的發(fā)展及特點(diǎn)
高壓直流輸電技術(shù)興起自20世紀(jì)50年代，經(jīng)過半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，已經(jīng)成為成熟的輸電技術(shù)。世界上已成功投運(yùn)高壓直流工程60多項(xiàng)，其中，50年代有2項(xiàng)、60年代有5項(xiàng)、70年代有15項(xiàng)、80年代有30項(xiàng)、90年代有10項(xiàng)。邁入21世紀(jì)，我國先后投運(yùn)了天生橋——廣州（簡稱天廣）直流輸電工程和三峽——常州（簡稱三常）直流輸電工程。
高壓直流輸電技術(shù)起步在20世紀(jì)50年代，而突破性的發(fā)展卻在80年代。隨著晶閘管技術(shù)的發(fā)展和現(xiàn)代電網(wǎng)發(fā)展的需要，80年代，*共建成了30項(xiàng)直流輸電工程，直流輸電在電網(wǎng)中發(fā)揮了重要作用。在這期間，建設(shè)了背靠背工程14項(xiàng)；建設(shè)了輸送距離長達(dá)1 700 km的扎伊爾英加——沙巴工程；建成了電壓等級為±600 kV的巴西伊泰普水電站送出工程。直流輸電的控制保護(hù)技術(shù)得到進(jìn)一步的發(fā)展和完善。邁入90年代以后，隨著電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和控制理論的迅速發(fā)展，使得高壓直流輸電技術(shù)日益完善，可靠性得到提高。
我國直流輸電技術(shù)同樣是在80年代得到發(fā)展，建成了我國自行研制的舟山直流輸電工程（±100 kV，100 MW，55 km）和代表當(dāng)時(shí)*水平的葛洲壩——上海（簡稱葛上）±500 kV直流輸電工程。90年代，開始建設(shè)天廣直流輸電工程和三常直流輸電工程，天廣直流工程于2000年12月單極投產(chǎn)，2001年6月雙極投產(chǎn)；三常直流輸電工程于2003年5月投入運(yùn)行。2001年開工建設(shè)三峽——廣東（簡稱三廣）直流輸電工程和貴州——廣東（簡稱貴廣）直流輸電工程，三廣直流工程于2004年6月正式投產(chǎn)；貴廣直流工程于2004年9月雙極投產(chǎn)。
直流輸電與交流輸電相比，其優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)明顯：①輸送容量大；②輸送功率的大小和方向可以快速控制和調(diào)節(jié)；③直流輸電系統(tǒng)的投入不會(huì)增加原有電力系統(tǒng)的短路電流容量，也不受系統(tǒng)穩(wěn)定極限的限制；④直流架空線路的走廊寬度約為交流線路的一半，可以充分利用線路走廊的資源；⑤直流電纜線路沒有交流電纜線路中電容電流的困擾，沒有磁感應(yīng)損耗和介質(zhì)損耗，基本上只有芯線電阻損耗，絕緣電壓相對較低；⑥直流輸電工程的一個(gè)極發(fā)生故障時(shí)另一個(gè)極能繼續(xù)運(yùn)行，且可充分發(fā)揮其過負(fù)荷能力，即可以不減少或少減少輸送功率損失；⑦直流本身帶有調(diào)制功能，可以根據(jù)系統(tǒng)的要求作出反應(yīng)，可以對機(jī)電振蕩產(chǎn)生阻尼，可以阻尼低頻振蕩，從而提高電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定水平；⑧能夠通過換流站的無功功率控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)的交流電壓；⑨大電網(wǎng)之間通過直流輸電互聯(lián)（如背靠背方式），兩個(gè)電網(wǎng)之間不會(huì)互相干擾和影響，且可迅速進(jìn)行功率支援等。
直流輸電技術(shù)適合遠(yuǎn)距離、大容量送電，可以送電到2 000 km以外，一項(xiàng)直流工程送電能力可超過300萬kW；適合電力系統(tǒng)之間的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)及巨型水電、火電基地電力外送等。這些，恰是我國電網(wǎng)發(fā)展中所需要的。
2 我國電網(wǎng)的現(xiàn)狀與總體戰(zhàn)略
我國除中國臺灣外已經(jīng)形成東北、華北、西北、華東（含福建）、華中（含川渝）和南方等6個(gè)跨省區(qū)電網(wǎng)和山東、海南、新疆、西藏4個(gè)獨(dú)立省網(wǎng)。除西北電網(wǎng)以330 kV為主網(wǎng)架外，其他跨省電網(wǎng)和山東電網(wǎng)都已建成500 kV主網(wǎng)架。香港、澳門電網(wǎng)分別以400 kV和110 kV和廣東電網(wǎng)從而和南方電網(wǎng)相聯(lián)；華中和華東電網(wǎng)通過葛上直流輸電工程已實(shí)現(xiàn)了互聯(lián)；東北和華北、華北和華中電網(wǎng)通過交流500 kV實(shí)現(xiàn)了互聯(lián)；華中和南方電網(wǎng)通過三廣直流輸電工程實(shí)現(xiàn)了互聯(lián)；西北和華中電網(wǎng)將在2005年通過靈寶直流背靠背工程實(shí)現(xiàn)互聯(lián)；海南與廣東的聯(lián)網(wǎng)計(jì)劃將在2006年實(shí)現(xiàn)。目前，全國聯(lián)網(wǎng)的局面正在快速推進(jìn)中，2006年前后可基本實(shí)現(xiàn)除新疆、西藏、中國臺灣以外的全國聯(lián)網(wǎng)。
由于我國的能源資源主要集中在西部，而主要負(fù)荷卻在中東部。根據(jù)資源分布和負(fù)荷的特點(diǎn)，決定了在一個(gè)時(shí)期內(nèi)，西電東送是我國電網(wǎng)發(fā)展的重要戰(zhàn)略。未來我國電網(wǎng)的總體發(fā)展戰(zhàn)略是：西電東送、南北互供、全國聯(lián)網(wǎng)。
3 直流輸電的作用與規(guī)劃
黨的十六大所確定的到2020年我國國內(nèi)生產(chǎn)總值比2000年實(shí)現(xiàn)翻兩番，全面建設(shè)小康社會(huì)的目標(biāo)使電力工業(yè)面臨新的發(fā)展機(jī)遇和挑戰(zhàn)。據(jù)預(yù)測，至2010年全國發(fā)電裝機(jī)總?cè)萘繉⑦_(dá)到6.0億kW左右，2020年將達(dá)到9.5億kW左右。將新建電源的電能安全、穩(wěn)定、可靠、經(jīng)濟(jì)地送出是我國電網(wǎng)建設(shè)的基本任務(wù)，并應(yīng)在此基礎(chǔ)上逐步改善電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、推進(jìn)全國聯(lián)網(wǎng)，這使得電網(wǎng)的發(fā)展比電源建設(shè)更具挑戰(zhàn)性。在電網(wǎng)建設(shè)中對電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、輸電方式、輸電新技術(shù)和電壓等級等如何選擇，不僅關(guān)系到電源建成后的電力輸送能力，更關(guān)系到電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定、工程效益、電力市場和電力營銷等一系列問題。直流輸電技術(shù)以其*的特點(diǎn)將在我國未來電網(wǎng)的發(fā)展中發(fā)揮重要作用。
在西電東送工程中，直流輸電因其本身適宜遠(yuǎn)距離輸送、送電容量大、易于控制和調(diào)節(jié)的特點(diǎn)將發(fā)揮極重要的作用；又因?yàn)槟壳笆澜缟咸馗邏海ò偃f伏電壓等級）輸電的研究和開發(fā)尚沒有達(dá)到實(shí)用化階段，因此直流輸電更顯重要。對距離超過1 000 km，特別是2 000 km左右的輸電工程，在未來10~20年中，采用直流輸電方式幾乎無與之匹敵者。
電網(wǎng)互聯(lián)采用交流聯(lián)網(wǎng)方式，有方案實(shí)施簡便、投資省和一側(cè)網(wǎng)失缺功率后另一側(cè)電網(wǎng)將以自然的事故緊急支援，反應(yīng)速度快的優(yōu)點(diǎn)。但正因?yàn)槁?lián)網(wǎng)后兩網(wǎng)之間的自然“捆綁"，使交流同步范圍延伸，當(dāng)其中有一電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)將會(huì)波及多個(gè)互聯(lián)電網(wǎng)，將故障后果擴(kuò)大，降低電能質(zhì)量；而且極易造成聯(lián)絡(luò)線功率大幅波動(dòng)，甚至激至振蕩擊破系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)，從而增加發(fā)生系統(tǒng)穩(wěn)定破壞大事故的幾率，那將是災(zāi)難性的。這將給交流聯(lián)網(wǎng)的雙方電網(wǎng)、與其同步相聯(lián)的其他電網(wǎng)及有關(guān)聯(lián)絡(luò)線的穩(wěn)定水平造成程度不同的相互影響，使聯(lián)網(wǎng)線的穩(wěn)定極限下降。電網(wǎng)互聯(lián)采用直流或直流背靠背方式時(shí)則具有可以有效地隔斷互聯(lián)交流電網(wǎng)間的相互影響，不形成相互干擾，本網(wǎng)所發(fā)生的事故可以控制在本網(wǎng)范圍內(nèi)；直流聯(lián)網(wǎng)不會(huì)增加電網(wǎng)的短路電流水平；利用直流控制的調(diào)制功能能提高互統(tǒng)的穩(wěn)定水平；聯(lián)絡(luò)線功率控制簡單，調(diào)度管理方便等優(yōu)點(diǎn)。
我國已投產(chǎn)的遠(yuǎn)距離送電直流輸電工程在西電東送、全國聯(lián)網(wǎng)方面正發(fā)揮著重要作用，經(jīng)常運(yùn)行在額定負(fù)荷之下。三常直流輸電工程、三廣直流輸電工程和貴廣直流輸電工程的送電容量均為300萬kW，送電距離均在1 000 km左右。正在建設(shè)的西北電網(wǎng)與華北電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)的靈寶背靠背直流工程的輸電容量為36萬kW，將于2005年建成投運(yùn)。
我國西電東送直流輸電工程可分為南通道、中通道和北通道，他們都有多回直流輸電項(xiàng)目。南通道已建成天廣和貴廣直流輸電工程，正在興建貴廣第二回直流輸電工程；中通道以三峽為起點(diǎn)向華東電網(wǎng)和華南電網(wǎng)使用高壓直流進(jìn)行輸電，已建成葛上、三常直流輸電工程，正在建設(shè)三峽右岸至上海的直流輸電工程；北通道也已著手建設(shè)直流輸電項(xiàng)目。南北互供的典型直流輸電項(xiàng)目是三廣直流輸電工程，它不僅由三峽向廣東送電300萬kW，而且實(shí)現(xiàn)了華中電網(wǎng)和南方電網(wǎng)的互聯(lián)。在全國聯(lián)網(wǎng)的規(guī)劃中，有多回直流項(xiàng)目，特別是用背靠背方式進(jìn)行區(qū)域電網(wǎng)的互聯(lián)。
目前，已有較明確送電方向和送電規(guī)模的直流輸電工程有十幾項(xiàng)，送電規(guī)模多在300萬kW以上。2004年，已啟動(dòng)建設(shè)三峽右岸至上海直流輸電工程和貴州至廣東第二回直流輸電工程，輸送容量都為300萬kW，送電距離1 000 km左右，電壓±500 kV，將于2007年投運(yùn)。
“十一五"期間，還將建設(shè)以下直流輸電工程：小灣水電站至廣東直流輸電工程，電壓等級為±500 kV或±600 kV，輸送容量為300萬kW，輸送距離為1 500~1 600 km；四川德陽至陜西寶雞直流輸電工程，電壓等級為±500 kV，輸送容量為180萬kW，輸送距離為600 km左右；寧夏銀南至天津直流輸電工程，電壓等級為±500 kV，輸電距離為1 200 km；陜北至山東直流輸電工程，電壓等級為±500 kV，輸送容量為300萬kW，輸電距離為1 000 km左右。
2010~2020年期間，將會(huì)建設(shè)十多項(xiàng)直流輸電工程，輸送距離更長，輸送功率更大。隨著金沙江的開發(fā)，向家壩、溪落渡、白鶴灘、烏東德和觀音巖等水電站建成后將主要送電至華中電網(wǎng)、華東電網(wǎng)，送電距離將達(dá)到1 000 km和2 000 km左右。瀾滄江的開發(fā)，糯扎渡水電站建成后將送電至廣東，送電距離將超過1 500 km。當(dāng)送電距離超過1 500 km時(shí)，需要考慮使用±600 kV電壓等級；當(dāng)輸電距離達(dá)到2 000 km左右時(shí)，就需要考慮比±600 kV更高的電壓等極。
在全國聯(lián)網(wǎng)工程中，已經(jīng)規(guī)劃了多座直流背靠背聯(lián)網(wǎng)工程，如華北與華中電網(wǎng)的聯(lián)網(wǎng)、四川與貴州的聯(lián)網(wǎng)、東北與華北電網(wǎng)的聯(lián)網(wǎng)工程等，它們將適時(shí)實(shí)現(xiàn)直流背靠背聯(lián)網(wǎng)。
４ 直流輸電技術(shù)需要適應(yīng)電網(wǎng)發(fā)展的需要
隨著我國西部電力資源的開發(fā)，巨型水電站和巨型火電基地的建設(shè)，水電、火電打捆送出，送電距離越來越遠(yuǎn)，送電容量越來越大，送電可靠性要求越來越高，給直流輸電技術(shù)也提出了更高的要求。
1 提高額定電壓等級和額定輸送容量。目前，高壓輸電工程的電壓等級除伊泰普工程外，多為±500 kV，對于送電1 000 km左右，送電容量不超過300萬kW的直流工程來說這個(gè)電壓等級基本合適。但當(dāng)送電容量超過300萬kW，送電距離接近或超過1 500 km時(shí)，則有必要將電壓等級提高到±600 kV或以上，輸送容量提高到400萬kW左右，以充分利用線路走廊資源，減少輸電回路數(shù)，降低輸電損耗。
（2）提高直流輸電的可靠性和可用率。直流輸電工程在投運(yùn)初期往往可靠性偏低、單極故障率偏高，甚至?xí)霈F(xiàn)雙極故障，往往需要經(jīng)過1~2年才能穩(wěn)定到保證指標(biāo)。像廣東電網(wǎng)中有七八回直流輸電饋入，即使按設(shè)計(jì)故障率指標(biāo)計(jì)算，單極故障每年每極為5次，一年就將有70~80次單極故障，甚至更多，這將給電網(wǎng)帶來太頻繁的沖擊，因此必須有力的提高直流輸電的可靠性和可用率。
（3）要進(jìn)一步優(yōu)化控制，減少換相失敗概率，提高換相失敗后的恢復(fù)速度。優(yōu)化控制方式和控制策略可提高直流系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)性能，更好地發(fā)揮直流的調(diào)制作用；能對與其連接的交流電網(wǎng)提供有效的阻尼和支援，提高聯(lián)合系統(tǒng)的穩(wěn)定水平。
（4）要減少直流系統(tǒng)對交流系統(tǒng)的影響，極大地減少交流諧波的注入；嚴(yán)格限制直流系統(tǒng)配制的無功在各種工況下對交流系統(tǒng)的不利影響。
（5）要認(rèn)真研究交直流并聯(lián)運(yùn)行系統(tǒng)的問題?，F(xiàn)在，南方電網(wǎng)是我國個(gè)交直流并聯(lián)運(yùn)行的電網(wǎng)，已經(jīng)積累一些運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。隨著直流輸電項(xiàng)目的增多，在我國將會(huì)形成新的交直流并聯(lián)運(yùn)行系統(tǒng)，而且交直流并聯(lián)運(yùn)行系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)將會(huì)更加復(fù)雜。因此，我們必須認(rèn)真研究這種電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定運(yùn)行方案，以提高交直流并統(tǒng)的運(yùn)行水平。
（6）要認(rèn)真研究同起點(diǎn)多回直流送出和同落點(diǎn)多回直流饋入的問題。同落點(diǎn)多回直流饋入的情況已在南方電網(wǎng)的廣東電網(wǎng)中出現(xiàn)。同起點(diǎn)多回直流送出將在向家壩、溪落渡電站送出中出現(xiàn)。對這種直流輸電送出和饋入的研究有很強(qiáng)的針對性，要在工程建設(shè)階段將有關(guān)問題解決好，為今后電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行打下基礎(chǔ)。
５ 結(jié)束語
直流輸電在我國電網(wǎng)的發(fā)展中將占有非常重要的位置。我國要著力發(fā)展直流輸電技術(shù)，在設(shè)備制造方面要使引進(jìn)的技術(shù)形成規(guī)模的國產(chǎn)化生產(chǎn)能力，要結(jié)合我國在世界上的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)研究相應(yīng)的控制保護(hù)技術(shù)和系統(tǒng)穩(wěn)定技術(shù)，研究提高直流輸電可靠性的技術(shù)，研究多回路直流相對集中送出和饋入的問題，研究符合中國特點(diǎn)的運(yùn)行技術(shù)。我們在跟蹤世界上直流輸電新技術(shù)發(fā)展研究的同時(shí)，要研究開發(fā)具有自己獨(dú)立知識產(chǎn)權(quán)的新技術(shù)。直流輸電技術(shù)的研究必定會(huì)帶動(dòng)靈活交流輸電技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，帶動(dòng)現(xiàn)代電力系統(tǒng)（包括配電系統(tǒng)）應(yīng)用新的技術(shù)進(jìn)行改造和再裝備。同時(shí)，我們一定要做好直流輸電的研究、規(guī)劃、建設(shè)工作，這是我國電網(wǎng)發(fā)展的需要。
６ 直流輸電的作用與規(guī)劃
［1］浙江大學(xué)直流輸電教研組.直流輸電.北京：水利電力出版社，1985.
［2］李立浧，荊勇.南方電網(wǎng)和天廣交直流并聯(lián)運(yùn)行系統(tǒng).理論電工專委會(huì)2001年學(xué)術(shù)年會(huì)，2001.
［3］荊勇，李立浧，任震.天廣交直流系統(tǒng)并聯(lián)運(yùn)行的穩(wěn)定控制.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2002（8）.
［4］李興源編著. 高壓直流輸電系統(tǒng)的運(yùn)行和控制.北京：科學(xué)出版社，1998.
［5］全國聯(lián)網(wǎng)規(guī)劃深化研究工作組.全國聯(lián)網(wǎng)規(guī)劃研究總體報(bào)告.2003年4月.
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