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直流輸電技術(shù)發(fā)展及其在電網(wǎng)中的作用

點擊次數(shù):301 發(fā)布時間:2012-4-12

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、送電容量大、控制靈活等特點,因此在運、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)是今后一段時間我國電網(wǎng)發(fā)展的重要任務(wù)。

  我國電網(wǎng)隨著國民經(jīng)濟和電力工業(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)電裝機容量達3.84億kW、發(fā)電量達1.91億kWh。發(fā)電總裝機容量和年發(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330kV為主網(wǎng)架外,其他區(qū)域電網(wǎng)已經(jīng)形成500kV主網(wǎng)架。

  1、直流輸電技術(shù)的發(fā)展及特點

  高壓直流輸電技術(shù)興起自20世紀(jì)50年代,經(jīng)過半個世紀(jì)的發(fā)展,已經(jīng)成為成熟的輸電技術(shù)。世界上已成功投運高壓直流工程60多項,其中,50年代有2項、60年代有5項、70年代有15項、80年代有30項、90年代有10項。邁入21世紀(jì),我國先后投運了天生橋――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;建設(shè)了輸送距離長達1700km的扎伊爾英加――沙巴工程;建成了電壓等級為±600kV的巴西伊泰普水電站送出工程。直流輸電的控制保護技術(shù)得到進一步的發(fā)展和完善。邁入90年代以后,隨著電力電子技術(shù)、計算機技術(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(±100kV,100MW,55km)和代表當(dāng)時*水平的葛洲壩――上海(簡稱葛上)±500kV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)點和特點明顯: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極發(fā)生故障時另一個極能繼續(xù)運行,且可充分發(fā)揮其過負荷能力,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),兩個電網(wǎng)之間不會互相干擾和影響,且可迅速進行功率支援等。

  直流輸電技術(shù)適合遠距離、大容量送電,可以送電到2000km以外,一項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個跨省區(qū)電網(wǎng)和山東、海南、新疆、西藏4個獨立省網(wǎng)。除西北電網(wǎng)以330kV為主網(wǎng)架外,其他跨省電網(wǎng)和山東電網(wǎng)都已建成500kV主網(wǎng)架。香港、澳門電網(wǎng)分別以400kV和110kV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現(xiàn)了互聯(lián);東北和華北、華北和華中電網(wǎng)通過交流500kV實現(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現(xiàn)互聯(lián);海南與廣東的聯(lián)網(wǎng)計劃將在2006年實現(xiàn)。目前,全國聯(lián)網(wǎng)的局面正在快速推進中,2006年前后可基本實現(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,而主要負荷卻在中東部。根據(jù)資源分布和負荷的特點,決定了在一個時期內(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年實現(xiàn)翻兩番,全面建設(shè)小康社會的目標(biāo)使電力工業(yè)面臨新的發(fā)展機遇和挑戰(zhàn)。據(jù)預(yù)測,至2010年全國發(fā)電裝機總?cè)萘繉⑦_到6.0億kW左右,2020年將達到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距離輸送、送電容量大、易于控制和調(diào)節(jié)的特點將發(fā)揮極重要的作用;又因為目前世界上特高壓(百萬伏電壓等級)輸電的研究和開發(fā)尚沒有達到實用化階段,因此直流輸電更顯重要。對距離超過1000km,特別是2000km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。但正因為聯(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)生故障時將會波及多個互聯(lián)電網(wǎng),將故障后果擴大,降低電能質(zhì)量;而且極易造成聯(lián)絡(luò)線功率大幅波動,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。

  我國已投產(chǎn)的遠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)常運行在額定負荷之下。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1000km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。

  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向華東電網(wǎng)和華南電網(wǎng)使用高壓直流進行輸電,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)直流輸電項目。

  南北互供的典型直流輸電項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,有多回直流項目,特別是用背靠背方式進行區(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,送電規(guī)模多在300萬kW以上。2004年,已啟動建設(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1000km左右,電壓±500kV,將于2007年投運。

  “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±500kV或±600kV,輸送容量為300萬kW,輸送距離為1500~1600km;四川德陽至陜西寶雞直流輸電工程,電壓等級為±500kV,輸送容量為180萬kW,輸送距離為600km左右;寧夏銀南至天津直流輸電工程,電壓等級為±500kV,輸電距離為1200km;陜北至山東直流輸電工程,電壓等級為±500kV,輸送容量為300萬kW,輸電距離為1000km左右。

  2010~2020年期間,將會建設(shè)十多項直流輸電工程,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),送電距離將達到1000km和2000km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1500km。當(dāng)送電距離超過1500km時,需要考慮使用±600kV電壓等級;當(dāng)輸電距離達到2000km左右時,就需要考慮比±600kV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,它們將適時實現(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,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±500kV,對于送電1000km左右,送電容量不超過300萬kW的直流工程來說這個電壓等級基本合適。但當(dāng)送電容量超過300萬kW,送電距離接近或超過1500km時,則有必要將電壓等級提高到±600kV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。

 ?。?)提高直流輸電的可靠性和可用率。直流輸電工程在投運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)計故障率指標(biāo)計算,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。

 ?。?)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。

 ?。?)要認真研究交直流并聯(lián)運行系統(tǒng)的問題?,F(xiàn)在,南方電網(wǎng)是我國*個交直流并聯(lián)運行的電網(wǎng),已經(jīng)積累一些運行經(jīng)驗。隨著直流輸電項目的增多,在我國將會形成新的交直流并聯(lián)運行系統(tǒng),而且交直流并聯(lián)運行系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)將會更加復(fù)雜。因此,我們必須認真研究這種電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定運行方案,以提高交直流并統(tǒng)的運行水平。

 ?。?)要認真研究同起點多回直流送出和同落點多回直流饋入的問題。同落點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,研究符合中國特點的運行技術(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,要研究開發(fā)具有自己獨立知識產(chǎn)權(quán)的新技術(shù)。直流輸電技術(shù)的研究必定會帶動靈活交流輸電技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用,帶動現(xiàn)代電力系統(tǒng)(包括配電系統(tǒng))應(yīng)用新的技術(shù)進行改造和再裝備。同時,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。
 

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