1)經(jīng)濟(jì)性
高壓直流輸電的合理性和適用性在遠(yuǎn)距離大容量輸電中已得到明顯的表現(xiàn)。由于直流輸電線路的造價(jià)和運(yùn)行費(fèi)用比交流輸電低,而換流站的造價(jià)和運(yùn)行費(fèi)用均比交流變電所要高。因此對(duì)于同樣輸電容量,輸送距離越遠(yuǎn),直流比交流的經(jīng)濟(jì)型越好。如下圖可以看出當(dāng)輸電距離大于等價(jià)距離時(shí),直流輸電的經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢(shì)便可以體現(xiàn)出來(lái),并且輸電距離越遠(yuǎn)其經(jīng)濟(jì)性越好。在實(shí)際應(yīng)用中,對(duì)于架空線路此等價(jià)距離為600~700km,電纜線路等價(jià)距離則可以降低至20~40km。
另一方面,直流輸電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)使得其工程可以按照電壓等級(jí)或級(jí)數(shù)分階段投資建設(shè)。這也同樣體現(xiàn)了高壓直流輸電經(jīng)濟(jì)性方面的特點(diǎn)。
2)互聯(lián)性
交流輸電能力受到同步發(fā)電機(jī)間功角穩(wěn)定問(wèn)題的限制,且隨著輸電距離的增大,同步機(jī)間的聯(lián)系電抗增大,穩(wěn)定問(wèn)題更為突出,交流輸電能力受到更大的限制。相比之下,直流輸電不存在功角穩(wěn)定問(wèn)題,可在設(shè)備容量及受段交流系統(tǒng)允許的范圍內(nèi),大量輸送電力。
交流系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)的擴(kuò)展,會(huì)造成短路容量的增大,許多場(chǎng)合不得不更換斷路器,而選擇合適的斷路器又十分困難。而采用直流對(duì)交流系統(tǒng)進(jìn)行互聯(lián)時(shí),不會(huì)造成短路容量的增加,也有利于防止交流系統(tǒng)的故障進(jìn)一步擴(kuò)大。因此對(duì)于已經(jīng)存在的龐大交流系統(tǒng),通過(guò)分割成相對(duì)獨(dú)立的子系統(tǒng),采用高壓直流互連,可有效減少短路容量,提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。
直流輸電所連的兩側(cè)電網(wǎng)無(wú)須同步運(yùn)行,原因是直流輸電不存在傳輸無(wú)功問(wèn)題,兩側(cè)的系統(tǒng)之間沒(méi)有無(wú)功的交換,也不存在交流系統(tǒng)中頻率的問(wèn)題。由于直流輸電的這個(gè)特性,它可以實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的非同步互連。進(jìn)而也可實(shí)現(xiàn)不同頻率交流電網(wǎng)的互連,起到頻率變換器的作用。
3)控制性
直流輸電另一個(gè)重要特點(diǎn)是潮流快速可控,可由于鎖鏈交流系統(tǒng)的穩(wěn)定與頻率控制。直流輸電的換流器為基于電力電子器件構(gòu)成的電能控制電路,因此其對(duì)電力潮流的控制迅速而精確。且對(duì)于雙端直流輸電而言,可迅速實(shí)現(xiàn)潮流的反轉(zhuǎn)。潮流反轉(zhuǎn)有正常運(yùn)行中所需要的慢速潮流反轉(zhuǎn)和交流系統(tǒng)發(fā)生故障需要緊急功率支援時(shí)的快速潮流反轉(zhuǎn)。其迅速的潮流控制對(duì)于所連交流系統(tǒng)的穩(wěn)定控制,交流系統(tǒng)正常運(yùn)行過(guò)程中應(yīng)對(duì)負(fù)荷隨機(jī)波動(dòng)的頻率控制及故障狀態(tài)下的頻率變動(dòng)控制都能發(fā)揮重要作用。
4)缺點(diǎn)
當(dāng)然,直流輸電也存在一系列的缺點(diǎn)。直流輸電換流站的設(shè)備多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價(jià)高、損耗大、運(yùn)行費(fèi)用高、可靠性也差。換流站的工作過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量諧波,處理不當(dāng)而流入交流系統(tǒng)的諧波就會(huì)對(duì)交流電網(wǎng)的運(yùn)行造成一系列問(wèn)題。因此必須通過(guò)設(shè)置大量、成組的濾波器消除這些濾波。其次傳統(tǒng)的電網(wǎng)換相直流輸電在傳送有功功率的同時(shí),會(huì)吸收大量無(wú)功功率,可達(dá)有功功率的50%—60%。需要大量的無(wú)功功率補(bǔ)償設(shè)備及其相應(yīng)的控制策略。另外,直流輸電的接地極問(wèn)題、直流斷路器問(wèn)題,都還存在一些沒(méi)有很好解決的技術(shù)難點(diǎn)。
當(dāng)受端交流系統(tǒng)的短路容量與直流輸送容量之比小于2時(shí),稱為弱受端系統(tǒng),這時(shí)為了控制受端電壓的穩(wěn)定性,保證直流輸送的可靠運(yùn)行,通常要增設(shè)調(diào)相機(jī)、靜止無(wú)功功率補(bǔ)償器或靜止無(wú)功發(fā)生器,且應(yīng)實(shí)現(xiàn)HVDC與這些補(bǔ)償設(shè)備的協(xié)調(diào)控制。
由于上述直流輸電自身的一系列的特點(diǎn),使得直流輸電有其適用的領(lǐng)域,接下來(lái)論述這些適于高壓直流輸電應(yīng)用的領(lǐng)域。
1)海底電纜輸電 從世界范圍來(lái)看,直流輸電工程的約三分之一為海底電纜送電。
2)長(zhǎng)距離架空線輸電 有研究工作表明,對(duì)于輸送10GW、300km的電力,直流架空線路輸送已開(kāi)始占有優(yōu)勢(shì),依據(jù)這一分析報(bào)告,適用直流架空線路的輸電容量將占到全球總輸電容量的26%以上。
BTB方式 BTB方式工程約占全世界直流工程的40%,主要用于在不增加交流電網(wǎng)短路容量的情況下,實(shí)現(xiàn)功率的融通和緊急功率支援。其以應(yīng)用可分為交流系統(tǒng)互聯(lián)或不同頻率交流系統(tǒng)互聯(lián)。如我國(guó)的靈寶工程(一般交流系統(tǒng)互聯(lián)),日本國(guó)內(nèi)工程(不同頻率交流系統(tǒng)互聯(lián))。
4)短路容量對(duì)策 世界范圍內(nèi),隨著電力負(fù)荷的增加,電源及電網(wǎng)建設(shè)不斷擴(kuò)充,交流電網(wǎng)的規(guī)模越來(lái)越大。在這種情況下,短路故障發(fā)生的故障電流越來(lái)越大,直流輸電作為限制短路電流的對(duì)策獲得極大的關(guān)注。
①負(fù)荷供電:都市負(fù)荷集中地區(qū)供電,有時(shí)必須采用地下電纜送電。這種情況下,要求設(shè)備占空間小,短路電流過(guò)大時(shí),斷路器的選擇就有困難,這時(shí)采用直流輸電就表現(xiàn)出一定的優(yōu)勢(shì)。采用器件換相的輕型直流輸電就更顯示出直流輸電的這一優(yōu)點(diǎn)。
②系統(tǒng)分割:將已有的大規(guī)模交流系統(tǒng)分割為若干相對(duì)較小的獨(dú)立運(yùn)行的小系統(tǒng),系統(tǒng)之間采用BTB等直流方法互聯(lián),可有效減少故障短路電流。這方面的工程實(shí)例還沒(méi)有,但日本學(xué)者對(duì)日本的關(guān)西、中國(guó)、九州、四國(guó)的串行系統(tǒng)進(jìn)行的研究表明,若通過(guò)在關(guān)西與中國(guó)、中國(guó)與九州、九州與四國(guó)、四國(guó)與關(guān)西間采用直流方式連接,將可大大抑制短路電流,并實(shí)現(xiàn)小系統(tǒng)向大系統(tǒng)的輸電。
總結(jié):
(1) 輸送相同功率時(shí),線路造價(jià)低:
交流輸電架空線路通常采用3根導(dǎo)線,而直流只需1根(單極)或2根(雙極)導(dǎo)線。因此,直流輸電可節(jié)省大量輸電材料,同時(shí)也可減少大量的運(yùn)輸、安裝費(fèi)。
(2) 線路有功損耗?。?/span>
由于直流架空線路僅使用1根或2根導(dǎo)線,所以有功損耗較小,并且具有'空間電荷'效應(yīng),其電暈損耗和無(wú)線電干擾均比交流架空線路要小。
(3) 適宜于海下輸電:
在有色金屬和絕緣材料相同的條件下,直流時(shí)的允許工作電壓比在交流下約高3倍。2根心線的直流電纜線路輸送的功率Pd比3根心線的交流電纜線路輸送的功率Pa大得多。
運(yùn)行中,沒(méi)有磁感應(yīng)損耗,用于直流時(shí),則基本上只有心線的電阻損耗,而且絕緣的老化也慢得多,使用壽命相應(yīng)也較長(zhǎng)。
(4) 系統(tǒng)的穩(wěn)定性問(wèn)題:
在交流輸電系統(tǒng)中,所有連接在電力系統(tǒng)的同步發(fā)電機(jī)必須保持同步運(yùn)行。如果采用直流線路連接兩個(gè)交流系統(tǒng),由于直流線路沒(méi)有電抗,所以不存在上述的穩(wěn)定問(wèn)題,也就是說(shuō)直流輸電不受輸電距離的限制。
(5) 能限制系統(tǒng)的短路電流:
用交流輸電線路連接兩個(gè)交流系統(tǒng)時(shí),由于系統(tǒng)容量增加,將使短路電流增大,有可能超過(guò)原有斷路器的遮斷容量,這就要求更換大量設(shè)備,增加大量的投資。直流輸電時(shí),就不存在上述問(wèn)題。
(6) 調(diào)節(jié)速度快,運(yùn)行可靠:
直流輸電通過(guò)晶閘管換流器能夠方便、快速地調(diào)節(jié)有功功率和實(shí)現(xiàn)潮流翻轉(zhuǎn)。
如果采用雙極線路,當(dāng)一極故障,另一極仍可以大地或水作為回路,繼續(xù)輸送一半的功率,這也提高了運(yùn)行的可靠性。 二、直流輸電適用于以下場(chǎng)合:
遠(yuǎn)距離大功率輸電;海底電纜送電;不同頻率或同頻率非同期運(yùn)行的交流系統(tǒng)之間的聯(lián)絡(luò);用地下電纜向大城市供電;交流系統(tǒng)互聯(lián)或配電網(wǎng)增容時(shí),作為限制短路電流的措施之一;配合新能源的輸電。
簡(jiǎn)單的說(shuō),好處二點(diǎn):
一是三根線變二根
二是導(dǎo)線可以變細(xì)。原因是交流電在導(dǎo)線中流動(dòng)是有趨膚效應(yīng),即電流喜歡在導(dǎo)線表面走,導(dǎo)線中間未充分利用。直流電就沒(méi)有這個(gè)毛病
聯(lián)系客服