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交流特高压和高压直流优缺点分析
点击次数:1954 发布时间:2018-08-15

直流输电技术的优点:

经济方面:

(1)线路造价低。对于架空输电线,交流用三根导线,而直流一般用两根,采用大地或海水作回路时只要一根,能节省大量的线路建设费用。对于电缆,由于绝缘介质的直流强度远高于交流强度,如通常的油浸纸电缆,直流的允许工作电压约为交流的3倍,直流电缆的投资少得多。

(2)年电能损失小。直流架空输电线只用两根,导线电阻损耗比交流输电小;没有感抗和容抗的无功损耗;没有集肤效应,导线的截面利用充分。另外,直流架空线路的“空间电荷效应”使其电晕损耗和无线电干扰都比交流线路小。所以,直流架空输电线路在线路建设初投资和年运行费用上均较交流经济。

技术方面:

(1)不存在系统稳定问题,可实现电网的非同期互联,而交流电力系统中所有的同步发电机都保持同步运行。由此可见,在一定输电电压下,交流输电容许输送功率和距离受到网络结构和参数的限制,还须采取提高稳定性的措施,增加了费用。而用直流输电系统连接两个交流系统,由于直流线路没有电抗,不存在上述稳定问题。因此,直流输电的输送容量和距离不受同步运行稳定性的限制.还可连接两个不同频率的系统,实现非同期联网,提高系统的稳定性。

(2)限制短路电流。如用交流输电线连接两个交流系统,短路容量增大,甚至需要更换断路器或增设限流装置。然而用直流输电线路连接两个交流系统,直流系统的“定电流控制’,将快速把短路电流限制在额定功率附近,短路容量不因互联而增大。

(3)调节快速,运行可靠。直流输电通过可控硅换流器能快速调整有功功率,实现“潮流翻转”(功率流动方向的改变),在正常时能保证稳定输出,在事故情况下,可实现健全系统对故障系统的紧急支援,也能实现振荡阻尼和次同步振荡的抑制。在交直流线路并列运行时,如果交流线路发生短路,可短暂增大直流输送功率以减少发电机转子加速,提高系统的可靠性。

(4)没有电容充电电流。直流线路稳态时无电容电流,沿线电压分布平稳,无空、轻载时交流长线受端及中部发生电压异常升高的现象,也不需要并联电抗补偿。

(5)节省线路走廊。按同电压500kV考虑,一条直流输电线路的走廊~40m,一条交流线路走廊~50m,而前者输送容量约为后者2倍,即直流传输效率约为交流2倍。

直流输电技术的不足:

(1)换流装置较昂贵。这是限制直流输电应用的主要原因。在输送相同容量时,直流线路单位长度的造价比交流低;而直流输电两端换流设备造价比交流变电站贵很多。这就引起了所谓的“等价距离”问题。

(2)消耗无功功率多。一般每端换流站消耗无功功率约为输送功率的40%~60%,需要无功补偿。

(3)产生谐波影响。换流器在交流和直流侧都产生谐波电压和谐波电流,使电容器和发电机过热、换流器的控制不稳定,对通信系统产生干扰。

(4)就技术和设备而言,直流波形无过零点,灭弧困难。目前缺乏直流开关而是通过闭锁换流器的控制脉冲信号实现开关功能。若多条直流线路汇集一个地区,一次故障也可能造成多个逆变站闭锁,而且在多端供电方式中无法单独地切断事故线路而需切断全部线路,从而会对系统造成重大冲击。

(5)从运行维护来说,直流线路积污速度快、污闪电压低,污秽问题较交流线路更为严重。与西方发达国家相比,目前我国大气环境相对较差,这使直流线路的清扫及防污闪更为困难。设备故障及污秽严重等原因使直流线路的污闪率明显高于交流线路。

(6)不能用变压器来改变电压等级。直流输电主要用于长距离大容量输电、交流系统之间异步互联和海底电缆送电等。与直流输电比较,现有的交流500kV输电(经济输送容量为1000kW,输送距离为300~500km)已不能满足需要,只有提高电压等级,采用特高压输电方式,才能获得较高的经济效益。

特高压交流输电的主要优点:

(1)提高传输容量和传输距离。随着电网区域的扩大,电能的传输容量和传输距离也不断增大。所需电网电压等级越高,紧凑型输电的效果越好。

(2)提高电能传输的经济性.输电电压越高输送单位容量的价格越低。

(3)节省线路走廊和变电站占地面积。一般来说,一回1150kV输电线路可代替6回500kV线路。采用特高压输电提高了走廊利用率。

(4)减少线路的功率损耗,就我国而言,电压每提高1%,每年就相当于新增加500万kW的电力,500kV输电比1200kV的线损大5倍以上。

(5)有利于连网,简化网络结构,减少故障率。

特高压输电的主要缺点:

特高压输电的主要缺点是系统的稳定性和可靠性问题不易解决。自1965-1984年世界上共发生了6次交流大电网瓦解事故,其中4次发生在美国,2次在欧洲。这些严重的大电网瓦解事故说明采用交流互联的大电网存在着安全稳定、事故连锁反应及大面积停电等难以解决的问题。特别是在特高压线路出现初期,不能形成主网架,线路负载能力较低,电源的集中送出带来了较大的稳定性问题。下级电网不能解环运行,导致不能有效降低受端电网短路电流,这些都威胁着电网的安全运行。另外,特高压交流输电对环境影响较大。

总结:

由于交流特高压和高压直流各有优缺点,都能用于长距离大容量输电线路和大区电网间的互联线路,两者各有优缺点。输电线路的建设主要考虑的是经济性,而互联线路则要将系统的稳定性放在位。随着技术的发展,双方的优缺点还可能互相转化。两种输电技术将在很长一段时间里并存且有激烈的竞争。在超高压交流输电方面,若在500kV电压等级上采用750kV(运行电压800kV),有可能因两级电压相距太近,会造成电磁环网多、潮流控制困难、电网损耗大等问题,而且,即使今后采用灵活交流输电技术或紧凑型输电技术,输电容量的有限增加仍难以满足电力系统长远发展的需要。综上所述,与750kV交流输电相比较,特高压在大容量远距离输电和建设全国的坚强电网方面具有一定的优势,在技术和设备上并无不可逾越的技术难题,在建设投资和运行上也较为经济。

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