特高壓交直流輸電的優(yōu)缺點對比

1、特高壓交直流輸電的優(yōu)缺點對比一、直流輸電技術的優(yōu)點1經(jīng)濟方面：(1)線路造價低。對于架空輸電線，交流用三根導線，而直流一般用兩根，采用大地或海水作回路時只要一根，能節(jié)省大量的線路建設費用。對于電纜，由于絕緣介質(zhì)的直流強度遠高于交流強度，如通常的油浸紙電纜，直流的允許工作電壓約為交流的3倍，直流電纜的投資少得多。(2)年電能損失小。直流架空輸電線只用兩根，導線電阻損耗比交流輸電??；沒有感抗和容抗的無功損耗；沒有集膚效應，導線的截面利用充分。另外，直流架空線路的“空間電荷效應”使其電暈損耗和無線電干擾都比交流線路小。所以，直流架空輸電線路在線路建設初投資和年運行費用上均較交流經(jīng)濟。2.技術方面：(

2、1)不存在系統(tǒng)穩(wěn)定問題，可實現(xiàn)電網(wǎng)的非同期互聯(lián)。由此可見，在一定輸電電壓下，交流輸電容許輸送功率和距離受到網(wǎng)絡結構和參數(shù)的限制，還須采取提高穩(wěn)定性的措施，增加了費用。而用直流輸電系統(tǒng)連接兩個交流系統(tǒng)，由于直流線路沒有電抗，不存在上述穩(wěn)定問題。因此，直流輸電的輸送容量和距離不受同步運行穩(wěn)定性的限制，還可連接兩個不同頻率的系統(tǒng)，實現(xiàn)非同期聯(lián)網(wǎng)，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。(2)限制短路電流。如用交流輸電線連接兩個交流系統(tǒng)，短路容量增大，甚至需要更換斷路器或增設限流裝置。然而用直流輸電線路連接兩個交流系統(tǒng)，直流系統(tǒng)的“定電流控制，將快速把短路電流限制在額定功率附近，短路容量不因互聯(lián)而增大。(3)調(diào)節(jié)快速，運行

3、可靠。直流輸電通過可控硅換流器能快速調(diào)整有功功率，實現(xiàn)“潮流翻轉(zhuǎn)”(功率流動方向的改變)，在正常時能保證穩(wěn)定輸出，在事故情況下，可實現(xiàn)健全系統(tǒng)對故障系統(tǒng)的緊急支援，也能實現(xiàn)振蕩阻尼和次同步振蕩的抑制。在交直流線路并列運行時，如果交流線路發(fā)生短路，可短暫增大直流輸送功率以減少發(fā)電機轉(zhuǎn)子加速，提高系統(tǒng)的可靠性。(4)沒有電容充電電流。直流線路穩(wěn)態(tài)時無電容電流，沿線電壓分布平穩(wěn)，無空、輕載時交流長線受端及中部發(fā)生電壓異常升高的現(xiàn)象，也不需要并聯(lián)電抗補償。(5)節(jié)省線路走廊。按同電壓500kV考慮，一條直流輸電線路的走廊40m,一條交流線路走廊50m,而前者輸送容量約為后者2倍，即直流傳輸效率約為交流

4、2倍。二、直流輸電技術的不足：(1)換流裝置較昂貴。這是限制直流輸電應用的最主要原因。在輸送相同容量時，直流線路單位長度的造價比交流低；而直流輸電兩端換流設備造價比交流變電站貴很多。這就引起了所謂的“等價距離”問題。(2)消耗無功功率多。一般每端換流站消耗無功功率約為輸送功率的40%60%,需要無功補償。(3)產(chǎn)生諧波影響。換流器在交流和直流側(cè)都產(chǎn)生諧波電壓和諧波電流，使電容器和發(fā)電機過熱、換流器的控制不穩(wěn)定，對通信系統(tǒng)產(chǎn)生干擾。(4)就技術和設備而言，直流波形無過零點，滅弧困難。目前缺乏直流開關而是通過閉鎖換流器的控制脈沖信號實現(xiàn)開關功能。若多條直流線路匯集一個地區(qū)，一次故障也可能造成多個逆

5、變站閉鎖，而且在多端供電方式中無法單獨地切斷事故線路而需切斷全部線路，從而會對系統(tǒng)造成重大沖擊。(5)從運行維護來說，直流線路積污速度快、污閃電壓低，污穢問題較交流線路更為嚴重。與西方發(fā)達國家相比，目前我國大氣環(huán)境相對較差，這使直流線路的清掃及防污閃更為困難。設備故障及污穢嚴重等原因使直流線路的污閃率明顯高于交流線路。(6)不能用變壓器來改變電壓等級。直流輸電主要用于長距離大容量輸電、交流系統(tǒng)之間異步互聯(lián)和海底電纜送電等。與直流輸電比較，現(xiàn)有的交流500kV輸電(經(jīng)濟輸送容量為1000MW,輸送距離為300500km)已不能滿足需要，只有提高電壓等級，采用特高壓輸電方式，才能獲得較高的經(jīng)濟效益

6、。三、特高壓交流輸電的主要優(yōu)點：(1)提高傳輸容量和傳輸距離。隨著電網(wǎng)區(qū)域的擴大，電能的傳輸容量和傳輸距離也不斷增大。所需電網(wǎng)電壓等級越高，緊湊型輸電的效果越好。(2)提高電能傳輸?shù)慕?jīng)濟性.輸電電壓越高輸送單位容量的價格越低。(3)節(jié)省線路走廊和變電站占地面積。一般來說，一回1150kV輸電線路可代替6回500kV線路。采用特高壓輸電提高了走廊利用率。（4）減少線路的功率損耗，就我國而言，電壓每提高1%，每年就相當于新增加500萬kW的電力,500kV輸電比1200kV的線損大5倍以上。（5）有利于連網(wǎng)，簡化網(wǎng)絡結構，減少故障率。四、特高壓輸電的主要缺點：特高壓輸電的主要缺點是系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可

7、靠性問題不易解決。自1965-1984年世界上共發(fā)生了6次交流大電網(wǎng)瓦解事故，其中4次發(fā)生在美國，2次在歐洲。這些嚴重的大電網(wǎng)瓦解事故說明采用交流互聯(lián)的大電網(wǎng)存在著安全穩(wěn)定、事故連鎖反應及大面積停電等難以解決的問題。特別是在特高壓線路出現(xiàn)初期，不能形成主網(wǎng)架，線路負載能力較低，電源的集中送出帶來了較大的穩(wěn)定性問題。下級電網(wǎng)不能解環(huán)運行，導致不能有效降低受端電網(wǎng)短路電流，這些都威脅著電網(wǎng)的安全運行。另外，特高壓交流輸電對環(huán)境影響較大?？偨Y：輸電線路的建設主要考慮的是經(jīng)濟性，而互聯(lián)線路則要將系統(tǒng)的穩(wěn)定性放在第一位。在超高壓交流輸電方面，若在500kV電壓等級上采用750kV（最高運行電壓800kV

8、）,有可能因兩級電壓相距太近，會造成電磁環(huán)網(wǎng)多、潮流控制困難、電網(wǎng)損耗大等問題，而且，即使今后采用靈活交流輸電技術或緊湊型輸電技術，輸電容量的有限增加仍難以滿足電力系統(tǒng)長遠發(fā)展的需要。綜上所述，與750kV交流輸電相比較，特高壓在大容量遠距離輸電和建設全國的堅強電網(wǎng)方面具有一定的優(yōu)勢，在技術和設備上并無不可逾越的技術難題，在建設投資和運行上也較為經(jīng)濟。高壓直流輸電雖然輸送容量大且可以非同步并網(wǎng)，但由于其換流站成本高昂，控制復雜并不適合構成電力系統(tǒng)的骨架。高壓直流輸電更適用于不同區(qū)域網(wǎng)架之間的連接，以及遠距離大容量的電力輸送。而（特）高壓交流系統(tǒng)則適合作為大區(qū)域中樞，擔當網(wǎng)架的主干。兩者優(yōu)勢互補

9、，各有分工。事實上，在我國特高壓電網(wǎng)建設中，將以1000kV交流特高壓輸電為主形成特高壓電網(wǎng)骨干網(wǎng)架，實現(xiàn)各大區(qū)電網(wǎng)的同步互聯(lián)；±800kV特高壓直流輸電則主要用于遠距離、中間無落點（難以引出分支線路，換流站昂貴）、無電壓支撐的大功率輸電工程。中國科學院院士、中國電科院研究員周孝信指出，直流輸電和交流輸電只能互補，不能互相取代。他介紹，直流輸電只具有輸電功能、不能形成網(wǎng)絡，類似于“直達航班”，中間不能落點，定位于超遠距離、超大容量“點對點”輸電。直流輸電可以減少或避免大量過網(wǎng)潮流，潮流方向和大小均能方便地進行控制。但高壓直流輸電必須依附于堅強的交流電網(wǎng)才能發(fā)揮作用。交流輸電則具有輸電

10、和構建網(wǎng)絡雙重功能，類似于“公路交通網(wǎng)”，可以根據(jù)電源分布、負荷布點、輸送電力、電力交換等實際需要構成電網(wǎng)。中間可以落點，電力的接入、傳輸和消納十分靈活，定位于構建堅強的各級輸電網(wǎng)絡和經(jīng)濟距離下的大容量、遠距離輸電，廣泛應用于電源的送出，為直流輸電提供重要支撐。、首先我們來看高壓直流輸電的特點：1 .換流器控制復雜，造價高；2 .直流輸電線路造價低，輸電距離越遠越經(jīng)濟；3 .沒有交流輸電系統(tǒng)的功角穩(wěn)定問題，適合遠距離輸電；4 .適合海底電纜（海島供電、海上風電）和城市地下電纜輸電；5 .能夠非同步（同頻不同相位，或不同頻，或不同電壓等級）連接兩個交流電網(wǎng)，且不增加短路容量；6 .傳輸功率的可控

11、性強，控制速度快，可有效支援交流系統(tǒng)；7 .換流器大量消耗無功（注意這是對LCC-HVDCW言，VSC-HCDO流側(cè)和逆變側(cè)均可獨立靈活控制無功，兩種系統(tǒng)差別下文將單獨說明。），且產(chǎn)生諧波；8 .雙極不對稱大地回線運行時存在直流偏磁問題和電化學腐蝕問題（地電流危害）；9 .不能向無源系統(tǒng)供電（依然是對LCC-HVDC（統(tǒng)而言），構成多端直流系統(tǒng)困難（由于直流沒有過零點，難以熄弧，所以現(xiàn)在缺少大容量直流斷路器，無法切除輸電線路的短路故障，從而限制了多端直流輸電的發(fā)展。最近ABB貌似把這個東西搞出來了，不明覺厲。）。二、經(jīng)濟問題：高壓直流輸電主要是兩頭換流站貴，線路便宜。所以相較于交流輸電，距離越

12、遠越經(jīng)濟交流中.瑣線跣直流電纜線路變流架空線路算弱型空線第I換流站建設投資1變電站建波投資電饃線,路等ffi拒離器長度?架空線路等價距離約在640960km?地下電纜線路的等價距離為5690km?海底電纜線路的等價距離為2448km*交流輸電時電纜線路會與周邊介質(zhì)（海水、土壤）形成一個較大的電容，影響電網(wǎng)的經(jīng)濟穩(wěn)定，直流輸電不存在這個問題。三、電能質(zhì)量：直流輸電系統(tǒng)的主要缺點是存在諧波，特別是低次諧波（主要是LCC-HVDOVSC-HVD最低次諧波頻率較高，濾波器可以有效消除這種高次諧波）。另一個不太突出的缺點是地電流。?諧波的危害：1 .對鐵磁設備的影響。諧波造成額外的鐵耗導致發(fā)熱、振動和噪

13、聲，降低了設備出力、效率及壽命；2 .對旋轉(zhuǎn)電機的影響：諧波造成轉(zhuǎn)矩脈動，轉(zhuǎn)速不穩(wěn)；3 .對電力電容器的影響：諧波可能引起諧振過電壓；4 .對電力系統(tǒng)測控的影響：諧波使測量誤差增加，可能導致控制失靈，保護誤動；5 .三次諧波電流過大可能使中性線過流；6 .諧波疊加在基波上，使電氣應力增加，對各種電氣設備尤其是電容器的絕緣造成威脅；7 .諧波對通信線路造成干擾。?HVDC引起的變壓器直流偏磁（地電流）：現(xiàn)象：直流輸電系統(tǒng)接地極流過較大電流時（如單極大地運行）會導致中性點接地變壓器產(chǎn)生直流偏磁現(xiàn)象。后果：導致鐵芯飽和，產(chǎn)生諧波，引起振動和噪聲，引起發(fā)熱，嚴重時損壞變壓器，引起保護誤動等。四、電網(wǎng)安

14、全：?直流輸電對電網(wǎng)穩(wěn)定的貢獻：1.緊急功率支援：如交流電網(wǎng)出現(xiàn)大幅度功率缺額（聯(lián)絡線跳開、某些大電廠跳開等）HVDC可以快速增加輸送功率或者快速潮流反轉(zhuǎn)。HVDC快速有效的潮流控制能力對于所連交流系統(tǒng)的穩(wěn)定控制，交流系統(tǒng)正常運行過程中應對負荷隨機波動的頻率控制及故障狀態(tài)下的頻率變動控制都能發(fā)揮重要作用。?直流輸電對電網(wǎng)的不利影響:1 .LCC-HVD0相失?。焊拍睿寒斈孀兤鲀蓚€閥進行換相時,因換相過程未能進行完畢,或者預計關斷的閥關斷后，在反向電壓期間未能恢復阻斷能力，當加在該閥上的電壓為正時，立即重新導通，則發(fā)生了倒換相，使預計開通的閥重新關斷，這種現(xiàn)象稱之為換相失敗。危害：a）換相失敗引

15、起輸送功率中斷威脅系統(tǒng)安全穩(wěn)定；b）交流系統(tǒng)短路時，電壓跌落可能引起多個換流站同時發(fā)生換相失敗，導致多回直流線路功率中斷，引起系統(tǒng)潮流大范圍轉(zhuǎn)移和重新分布；c）影響故障切除后受端系統(tǒng)電壓恢復，進而影響故障切除后直流功率快速恢復，可能會威脅交流系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性。2 .諧波不穩(wěn)定性：概念：HVDC引起的諧波不穩(wěn)定是指在換流站附近有擾動時，諧波振蕩不易衰減甚至放大的現(xiàn)象，表現(xiàn)為交流母線電壓嚴重畸變。危害：電流諧波放大幾倍甚至幾十倍；電壓嚴重畸變會導致?lián)Q相失敗并使系統(tǒng)運行困難。3 .不對稱運行：在單極大地回線運行方式或者雙極兩端接地不對稱運行方式下,會有較大電（甚至為額定運行電流）經(jīng)接地極流經(jīng)大地。持續(xù)

16、、長時間的大電流流過接地極會表現(xiàn)出三類效應：電磁效應、熱力效應、電化效應。（1）電磁效應:a)現(xiàn)象：直流電流注入大地，在極址土壤中形成恒定直流電流場，導致出現(xiàn)大地電位升高、跨步電壓、接觸電勢等。b)影響：影響依靠大地磁場工作的設施；對金屬管道、鎧裝電纜、具有接地系統(tǒng)電氣設備產(chǎn)生負面影響；跨步電壓和接觸電勢影響人畜安全；電磁干擾。(2)熱力效應：a)直流電流作用下電極溫度升高，可能蒸發(fā)土壤水分，導電性能變差，電極將出現(xiàn)熱不穩(wěn)定，嚴重時會使土壤燒結成幾乎不導電的玻璃狀，電極將喪失運行能力。b)影響電極溫升土壤參數(shù)：電阻率、熱導率、熱容率、濕度。3 3)電化效應：a)大地中水與鹽類物質(zhì)相當于電解液，

17、當直流電流經(jīng)大地返回時，在陽極上會產(chǎn)生氧化反應，使得電極及附近金屬發(fā)生電腐蝕；也會導致附近土壤中鹽類物質(zhì)被電解。4 .短時過電壓：(1)現(xiàn)象：超過正常電壓范圍，持續(xù)相對較長時間的不衰減或衰減慢的過電壓。(TemporaryOvervoltage,TOV)(2)原因：造成換流站短時過電壓的根本原因是換流站安裝的大量無功補償電容器和濾波器；額定工況下，無功容量為額定輸送功率的40%-60%甩負荷時引起無功消耗大幅下降甚至為零，剩余的無功補償容量就會導致過電壓。5 .HVDC弓I起的次同步振蕩(SubsynchronousOscillation(SSO):(1)概念：汽輪發(fā)電機軸系會與電力系統(tǒng)功率控

18、制設備，如高壓直流輸電系統(tǒng)，靜止無功補償系統(tǒng)等，發(fā)生相互作用，產(chǎn)生的低于同步頻率的振蕩。(2)現(xiàn)象：在直流輸電整流站附近的汽輪發(fā)電機組，如果大部分功率通過直流輸電來輸送，且與交流大系統(tǒng)之間的聯(lián)系又比較薄弱，容易引起次同步振蕩(SSO。(3)后果：導致機組大軸疲勞甚至斷裂，導致系統(tǒng)振蕩失穩(wěn)。?寫了這么多不利影響，有點聳人聽聞的感覺。其實這些危害大都有解決方案，就是要多花點錢?？偟膩碚f就是讓系統(tǒng)變得更加復雜昂貴了。特高壓交流輸電的主要優(yōu)點為:(1)提高傳輸容量和傳輸距離。隨著電網(wǎng)區(qū)域的擴大，電能的傳輸容量和傳輸距離也不斷增大。所需電網(wǎng)電壓等級越高，緊湊型輸電的效果越好。？(2)提高電能傳輸?shù)慕?jīng)濟性

19、。輸電電壓越高輸送單位容量的價格越低。？(3)節(jié)省線路走廊。一般來說，一回1150kv輸電線路可代替6回500kv線路。采用特高壓輸電提高了走廊利用率。特高壓輸電的主要缺點是系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性問題不易解決。自19651984年世界上共發(fā)生了6次交流大電網(wǎng)瓦解事故，其中4次發(fā)生在美國，2次在歐洲。這些嚴重的大電網(wǎng)瓦解事故說明采用交流互聯(lián)的大電網(wǎng)存在著安全穩(wěn)定、事故連鎖反應及大面積停電等難以解決的問題。特別是在特高壓線路出現(xiàn)初期，不能形成主網(wǎng)架，線路負載能力較低，電源的集中送出帶來了較大的穩(wěn)定性問題。下級電網(wǎng)不能解環(huán)運行，導致不能有效降低受端電網(wǎng)短路電流，這些都威脅著電網(wǎng)的安全運行。另外，特高壓

20、交流輸電對環(huán)境影響較大。？由于交流特高壓和高壓直流各有優(yōu)缺點，都能用于長距離大容量輸電線路和大區(qū)電網(wǎng)間的互聯(lián)線路，兩者各有優(yōu)缺點。輸電線路的建設主要考慮的是經(jīng)濟性，而互聯(lián)線路則要將系統(tǒng)的穩(wěn)定性放在第一位。隨著技術的發(fā)展，雙方的優(yōu)缺點還可能互相轉(zhuǎn)化。兩種輸電技術將在很長一段時間里并存且有激烈的競爭。交流電的優(yōu)點主要表現(xiàn)在發(fā)電和配電方面：利用建立在電磁感應原理基礎上的交流發(fā)電機可以很經(jīng)濟方便地把機械能（水流能、風能.）、化學能（石油、天然氣）等其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能；交流電源和交流變電站與同功率的直流電源和直流換流器相比，造價更低廉；交流電可以方便地通過變壓器升壓和降壓,這給配送電能帶來了極大的方便；這是交流電與直流電相比所具有的獨特優(yōu)勢。直流輸電的優(yōu)勢在于：1、輸送功率相同時，直流輸電所用的線材僅為交流輸電2/31/2。直流輸電采用兩線制，可以以大地和海水作回線，與采用三線制三相交流輸電相比，在輸電線載面積相同和