直流输电技术的发展和前景

1、直流输电技术的发展过程：

电力技术的发展是从直流电开始的，早期的直流输电是不需要经过换流的直流输电，即发电、输电和用电均为直流电。如1882年在德国建成的57km向慕尼黑国际展览会送电的直流输电线路（2kV，1.5kW）；1889年在法国用直流发电机串联而得到高电压，从毛梯埃斯（Moutiers）到里昂（Lyon）的230km直流输电线路（125kV，20MW）等，均为此种类型。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。同时变压器又可方便地改变交流电压，从而使交流输电和交流电网得到迅速的发展，并很快占据了统治地位。但在输电领域直流具有交流输电所不能取代之处，如远距离海底电缆或地下电缆输电，不同频率电网之间的联网或送电等。

直流输电的发展与换流技术（特别是高电压、大功率换流设备）的发展有密切的关系。

从1954年到1998年世界上已投入运行的直流输电工程有57项，其中架空线路15项，电缆线路10项，架空线和电缆混合线路9项，背靠背直流工程23项。 在这个时期直流输电在远距离大容量送电，电网互联和电缆送电（特别是海底电缆送电）等方面均发挥了重大的作用。直流工程输送容量的年平均增长率，在1960-1975年为460MW/年，1976-1980年为1500MW/年，1981-1998年为2096MW/年。

新型半导体换流设备的应用。进入90年代以后，新型金属氧化物半导体器件-绝缘栅双极晶体管（IGBT）首先在工业驱动装置上得到广泛的应用。1997年3月世界上第一个采用IGBT构成电压源换流器的直流输电工业性试验工程，在瑞典中部投入运行，其输送功率和电压为3MW和10kV，输送距离10km。由于这种换流器的功能强，体积小，可以减少换流站的滤波装置，省去换流变压器，简化换流站结构，而称之为轻型直流输电（HVDC Light）。采用IGBT的电压源换流器，具有关断电流的能力，可以应用脉宽调制（PWM）技术进行无源逆变，解决了用直流输电向无交流电源的负荷点送电的问题。在瑞典、澳大利亚和爱沙尼亚已有四项轻型直流输电工程与制造厂签订了合同，计划1999年和2000年建成。但IGBT损耗大，不利于大型直流工程的采用。今后集成门极换相晶闸管（IGCT）和碳化硅等新型半导体器件的开发，给直流输电技术的发展将创造更好的条件。

2、已投入运营的直流工程有： 三峡—华东直流输电工程 巴西伊泰普直流输电工程

魁北克－新英格兰直流输电工程 美国太平洋联络线直流输电工程 加拿大纳尔逊河直流输电工程 日本纪伊海峡直流输电工程 其他直流输电工程

葛洲坝－上海直流输电工程 舟山直流输电工程

3、直流输电技术目前的研究课题和发展前景：

直流输电是电力系统中近年来迅速发展的一项新技术。随着电力系统技术经

济需求的不断增长和提高，直流输电受到广泛的注意并得到不断的发展。同时，电力电子、微电子、计算机控制、绝缘新材料、光纤、超导、仿真以及电力系统运行、控制和规划等与直流输电相关的学科也有日新月异的进展。这是促进直流输电进一步开拓的积极因素，提出了众多的研究课题，也展示了广阔的应用前景。 研究课题: 直流输电在目前还是一项正在发展中的技术，它远不如交流输电那样成熟和定型。当前主要的研究课题有：

<1>新型大功率换流设备的开发和研制是直流输电发展的基础。随着大功率晶闸管的广泛应用，90年代光直接触发晶闸管(LTT)和IGBT在直流输电工程中也得到了应用。IGBT换流技术需要在实际工程中进一步的完善和改进。此外，大功率IGCT和碳化硅器件的开发和研制，为今后更好地解决大型直流输电工程的换流设备创造了条件。

<2>控制保护系统的高技术化。以大规模高集成度，多微处理器，多功能，分层结构和多重化为特征的换流器控制保护系统的开发和研制，对改善直流输电的运行性能，提高其可靠性有重要的意义。

<3>紧凑型和户外型换流站结构的研究可减小换流站的面积，降低换流站造价并提高其运行可靠性。

<4>发电机—变压器—换流器单元接线方式的技术经济性能和关键技术的研究，可简化换流站结构，降低换流站造价。

<5>多端直流输电系统的接线方式，运行特性和控制方式的研究是进一步发展多端直流输电工程的需要。

<6>多个换流站在同一交流系统中运行时，交直流系统运行性能的研究是随着直流工程越来越多而产生的必须妥善解决的问题。 <7>进一步完善电容换相换流器（CCC）、直流有源滤波器和交流连续可调滤波器在直流输电工程中的应用。

<8>深埋型接地极的研究对解决高土壤电阻率地区的接地极问题具有重要的意义。

发展前景: 直流输电换流技术的发展基于电力电子和微电子技术的发展。随着新型大功率半导体器件的发展，直流输电换流技术将会进一步的发展。这必将改进直流输电工程的运行性能，降低换流站的造价，提高其运行可靠性，扩展其应用范围。直流输电将会在远距离大容量输电、电缆输电和电力系统联网等方面，得到更大的发展。多种新能源发电如磁流体发电、太阳能发电、燃料电池和热核聚变直接发电时，所产生的电能均为直流电，需要进行逆变才能送入交流系统中使用。电力系统的储能环节如抽水蓄能，压气蓄能，蓄电池蓄能，制氢蓄能，超导线圈蓄能等，往往需要整流或逆变技术配合。

中国于60年代初开始直流输电的研究。1987年建成我国自行设计，全部采用国产设备的舟山直流输电工程（单极，100kV，50MW，54km）。1989/1990年建成我国第一项远距离大容量，并具有联网性质的葛洲坝—上海直流输电工程（±500kV，1200MW，1045km）。正在建设的天生桥—广州直流工程（±500kV，1800MW，960km），计划2000年投入运行。三峡向华东送电7200MW，已确定新建两回±500kV的直流输电工程，其中第一回直流工程（三峡—常州，±500kV，3000MW，约900km）计划2002/2003年建成。正在进行研究的直流输电工程还有西南水电向华东，华中和广东的输送，俄罗斯西伯利亚向中国送电，云南向泰国送电以及一些大区联网等工程。直流输电将在我国西电东送，全国联网以及和周边国家的联网送电中得到更大的发展。