簡要介紹了DC輸電技術的特點、發(fā)展歷程和趨勢，闡述了其在內外的應用，介紹了該輸電技術在我電網(wǎng)建設中，特別是在西電東送和西部大開發(fā)的大戰(zhàn)略中可能發(fā)揮的重要作用，以及為實現(xiàn)這一目標應開展的各項工作。

一.導言

改革開放以來，中的強工業(yè)，像民經(jīng)濟的其他方面一樣，進入了解放后歷史上第二個快速發(fā)展時期。全裝機容量已超過3億千瓦，裝機容量和發(fā)電量居世界第二位。

由于經(jīng)濟發(fā)展水平和速度的差距，工業(yè)增長較快的力量在東南沿海地區(qū)。這些地區(qū)建設了大量傳統(tǒng)燃煤電廠，對當?shù)丨h(huán)境造成了不可接受的壓力。有些地區(qū)已經(jīng)達到環(huán)境容量的極限，沒有發(fā)展?jié)摿Α?

中水電的經(jīng)濟可開發(fā)量約為3億千瓦，其中大部分，特別是大部分待開發(fā)的水電，分布在西南地區(qū)。發(fā)展這部分水電可以帶來可靠的稅源，為當?shù)亟?jīng)濟提供一定的就業(yè)機會。發(fā)展過程本身也可以從各個方面促進當?shù)氐纳鐣?jīng)濟發(fā)展。縱觀世界，經(jīng)濟和社會發(fā)展水平高的家，如加拿大、挪威、瑞典和美，都是水電開發(fā)的先進家。

中是一個煤炭大，煤炭的生產和消費占世界較好位，這種狀況不可能在短時間內完全改變。由于我華北和西北地區(qū)分布著重要的煤田，煤炭運輸一直是我鐵路運力的較大負擔。發(fā)展坑口電站，以電代煤，把煤電轉換從發(fā)達地區(qū)轉移到西部欠發(fā)達地區(qū)，無論從技術上、經(jīng)濟上還是環(huán)境上都是非常有利的。

綜上所述，無論是西部發(fā)展水電，還是坑口發(fā)展燃煤發(fā)電，都必須將電力輸送到東部負荷中心，必須采用安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟的傳輸手段。高壓直流輸電技術發(fā)展于20世紀50年代，是較具競爭力的手段之一。

二、DC變速器的技術特點

與交流傳動相比，DC傳動具有以下技術優(yōu)勢：(1)優(yōu)越的穩(wěn)定性；(2)無功補償問題集中簡單；(3)出色的調度和控制性能；(4)長距離大容量傳輸?shù)娘@著經(jīng)濟性；(5)大大節(jié)約走廊和占地，有利于可持續(xù)發(fā)展；(6)抗故障能力強。

由于上述技術特點，DC輸電特別適合長距離、大容量輸電，將成為西電東送的主力軍。

三.高壓直流輸電技術的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢

3.1傳動技術發(fā)展回顧

人類較早認識和應用直流，較早采用直流發(fā)動機、直流傳動、直流發(fā)動機。隨著本世紀初多相交流系統(tǒng)、干式變壓器和鼠籠式感應電動機的發(fā)明，交流輸電長期以來是唯一的公共電力形式。

20世紀30年代，德人開始研究高壓換流器和試驗輸電工程，20世紀50年代，瑞典人成功實現(xiàn)了基于汞弧閥的DC輸電的商業(yè)化運營。汞弧閥時代，DC傳動系統(tǒng)的控制策略已經(jīng)基本具備，如鎖相等距觸發(fā)、恒流、恒弧角控制等。許多項目已經(jīng)建成并發(fā)揮了長期作用。汞弧閥較大參數(shù)：單閥150千伏，2000安。1972年晶閘管閥開始商業(yè)運行后，汞弧閥就不再使用了。從90年代開始，逐漸開始被取代。比如哥特蘭島項目已經(jīng)更換，內爾森河項目雙極I的一極已經(jīng)換成晶閘管，太平洋聯(lián)絡線工藝目前計劃改變。 #p#分頁標題#e#

與汞弧閥相比，可控硅閥

經(jīng)過20年的發(fā)展，可控硅閥門已經(jīng)從風冷到水冷，從自支撐到懸掛，從較初的零件組裝到模塊化結構。在晶閘管閥時代，DC變速器的控制系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展成為基于計算機的全數(shù)字結構。同時，無間隙高能氧化鋅避雷器的發(fā)明和廣泛應用，大大降低了設備絕緣水平和設備成本。到20世紀80年代末，現(xiàn)代DC輸電已初具規(guī)模，但存在價格高、占地面積大、適用范圍有限、可靠性和可用性低、應用受限等缺陷。

3.2傳輸技術現(xiàn)狀

近十年來，DC傳動技術不斷發(fā)展。先先，設備制造技術的進一步發(fā)展如下：(1)可控硅元件的尺寸和參數(shù)在迅速增加。目前工程上廣泛采用100mm的單元，在建工程采用125mm的單元。元件的較大處理能力可達36WVA，元件的可靠性進一步提高。開發(fā)了具有一定保護功能的光直接觸發(fā)元件。(2)晶閘管閥技術的發(fā)展：尺寸和參數(shù)的改進。在建的較大變流器是三峽DC工程中使用的500千伏、3000安和1500兆瓦變流器。采用無油設計，降低火災概率，采用非常早期的火災探測系統(tǒng)，大大降低了發(fā)生災害的可能性；水冷方式的改進，如并聯(lián)冷卻、串聯(lián)冷卻等各種防腐措施；隨著內部安裝方式的進一步完善，模塊化發(fā)展為混合型，更有利于維護。(3)雖然換流干式變壓器技術沒有突破性的變化，但通過吸收大量過渡絕緣、接頭連接與屏蔽、引線屏蔽、匝間絕緣、股間絕緣等方面的工程經(jīng)驗，在設計和材料上逐步完善，在線監(jiān)測大大提高了換流干式變壓器的可靠性。(4)外絕緣技術的發(fā)展：通過使用干式套管、合成裙、帶均壓電阻的DC電容器，防止水平套管不均勻濕閃絡的措施，更重要的是，通過減少大量外絕緣部件，降低閃絡概率。(5)測量設備的發(fā)展：采用光纖電流測量裝置，可以避免大套管，提高系統(tǒng)可靠性。(6)控制保護設備的開發(fā)：采用標準化的局域網(wǎng)和總線結構，大大增加了系統(tǒng)的開放性；采用基于標準推送CPU和DSP的硬件設計，利用廠商向后兼容的特點，方便備件的購買。采用了高集成度和超高計算能力的芯片，徹底改變了控制柜的數(shù)量，方便了多系統(tǒng)的采用，提高了可靠性。

隨著DC輸電項目的增多，DC輸電技術長期以來一直是相關學術團體的研究熱點，并逐漸形成了系統(tǒng)的理論和標準

準和導則，系統(tǒng)研究技術和手段得到進一步發(fā)展，主要表現(xiàn)為：（1）在各種軟件中普遍增加直流模型，如輸電規(guī)劃程序、潮流穩(wěn)定程序、電壓穩(wěn)定程序、電磁暫態(tài)模擬等。（2）開發(fā)并采用電容補償換流器技術，大大改善了常規(guī)外電壓換流器的靜態(tài)和動態(tài)特性。（3）采用直流有源濾波器技術，改善了直流線路的濾波效果，（4）開發(fā)并使用交流連續(xù)調諧濾波器，極大地提高了濾波器的濾波性能。#p#分頁標題#e#

直流控制技術得到進一步發(fā)展，主要表現(xiàn)為：（1）直流換流器本體的控制策略，即依靠控制保護系統(tǒng)改善外特性曲線，提高換流器動態(tài)性能；（2）通過采用附加控制改善直流對交流系統(tǒng)的支持；（3）通過改善運行人員控制系統(tǒng)，采用自檢、遠方診斷、運行維護數(shù)據(jù)庫等技術和措施，使直流控制保護系統(tǒng)對運行維護人員更為友好，有利于提高運行維護水平；（4）通過改善控制保護系統(tǒng)的編程工具，采用與離線模擬設備兼容的圖形編程界面，提高了控制保護軟件的開發(fā)效率。

通過30年的不斷努力，目前常規(guī)直流輸電技術已趨于成熟。主要表現(xiàn)為：（1）應用范圍更加廣泛，對于長距離、大容量、高電壓輸電，相對于交流有更強的競爭力；背靠背工程的設計簡化，費用降低；較大容量、較長距離的海底電線工程成為可能；對系統(tǒng)條件的適應性增強，可在弱交流系統(tǒng)條件下接入系統(tǒng)：對環(huán)境的適應性提高，抗系統(tǒng)電磁干擾和空氣污穢能力增強。（2）由于采用較為標準化的設計，加之閥的費用下降，價格相對降低。（3）可靠性和可用率提高：即設備制造技術發(fā)展后具有較高的可靠性，設計簡化、元件數(shù)減少后可靠性提高，控制設備簡化、功能提高、維護減少、診斷能力提高，外絕緣經(jīng)驗和技術提高，閃絡率降低。

3．3直流輸電技術發(fā)展趨勢

80年代以來，新型電力半導體元件技術取得飛速發(fā)展，如可關斷可控硅GTO，絕緣柵極雙向晶體管IGBT等。由于這些元件具有可關斷性，由它們構成的換流器有電流型和電壓型兩種，與常規(guī)外電壓換流器的換流原理不同，具有優(yōu)越得多的特性。直流輸電一般采用電壓源換流器，直流側電壓由大電容值的直流電容器保持在一個穩(wěn)定水平，對應的交流電壓幅值和相位由閥的開斷時刻先立決定，與外電壓無關。對于交流系統(tǒng)而言，這種換流器有類似于發(fā)電機的優(yōu)良特性。目前，基于這種換流器和聚丙乙烯擠壓電纜的輕型直流已投入商業(yè)應用。

除在直流輸電系統(tǒng)中的應用外，新型電壓源換流器還廣泛應用于靈活交流輸電系統(tǒng)中的靜止無功發(fā)生器SVG、聯(lián)合潮流控制器UPFC，在今后的超導儲能、磁流體發(fā)電、燃料電池發(fā)電、太陽能發(fā)電等高科技領域都有廣泛的應用前景，這種與電力系統(tǒng)高科技結合的趨勢在21世紀將更進一步推動直流輸電的發(fā)展。除元件發(fā)展外，設計思想也正在發(fā)生革命性的變化。在新型直流輸電的設計中，廣泛采用模塊化、系列化設計和工廠化生產，簡化單個工程研究和現(xiàn)場安裝調試的工作量，提高可靠性水平。

隨著聚丙乙烯擠壓電纜技術的提高，人類夢寐以求的高壓發(fā)電機已經(jīng)成為現(xiàn)實。采用高壓發(fā)電機不經(jīng)任何干式變壓器與直流換流器組成單元接線可以免去常規(guī)接線中的升壓變、換流變、交流濾波器和常規(guī)電氣設備，換流站的造價將大大降低，可靠性提高，在水電送出中的性能突出，應用前景光明。#p#分頁標題#e#

四、直流輸電技術在世界的應用現(xiàn)狀

從1954年哥特蘭島直流工程投入商業(yè)運行以來，直流輸電技術得到了長足的發(fā)展和廣泛的應用。主要表現(xiàn)為（1）工程數(shù)量眾多，現(xiàn)在全世界已投運和正在建設的直流工程接近八十個；（2）應用技術范圍廣泛，有長距離送電工程、長距離送電兼聯(lián)網(wǎng)工程、長距離海底送電工程、長距離海底聯(lián)網(wǎng)工程、背靠背工程、變頻工程等；（3）應用地域范圍廣泛，除南極洲以外的六大洲都有直流輸電的廣泛應用；（4）技術進步快，目前世界上較大的換流器己達1500MW，較高直流電壓達600kV，電容換相換流器和輕型直流等都己成功投入商業(yè)運行：（5）目前應用更加熱烈，在建和正在規(guī)劃的主要工程有：印度西部電網(wǎng)的2000MW送電工程、瑞典到波蘭的聯(lián)網(wǎng)工程、印度的東部到北部2000MW聯(lián)網(wǎng)工程、加拿大納爾遜河第三個雙極工程、印度的兩個500MW的背靠背工程、蘇格蘭到愛爾蘭聯(lián)網(wǎng)工程、挪威到荷蘭的聯(lián)網(wǎng)工程、阿根廷到巴西的聯(lián)網(wǎng)工程、澳大利亞、瑞典、丹麥等的輕型直流輸電工程等。

五、直流輸電技術在內的應用現(xiàn)狀

我從60年代開始直流輸電研究，70年代在上海建成試驗工程，80年代建成舟山工業(yè)性試驗工程，90年建成從ABB(原BBC)和SIEMENS公司引進的葛州壩至上海1200Mw、i500kv直流輸電工程。目前正在建設的直流工程有：三峽至常州3000Mw、土500kV直流輸電工程(三峽一回直流)、天生橋至廣州的1800Mw、土500kV直流輸電工程、上海至蛹泅海底電纜工程。三峽至上海3000Mw、i500kV直流輸電工程(三峽二回直流)已立項，正在開展前期研究。

通過30多年的積累，內現(xiàn)在已具備高速發(fā)展和應用直流輸電技術的條件，具體表現(xiàn)為：①雄厚的科研力量，包括大量的研究人才、世界一流的研究軟件和世界一流、亞洲領先的物理模擬設備；②完備的工程建設力量，內目前已具備先立完成咨詢規(guī)范的能力、基本先立完成工程系統(tǒng)設計和設備規(guī)范的能力、先立完成換流站、直流線路、接地極工程設計的能力、先立完成換流站、線路和接地極土建和安裝的施工隊伍s②經(jīng)驗豐富的建設組織隊伍，包括作為業(yè)主單位的建設組織隊伍和監(jiān)理隊伍；④比較完備的制造能力，三峽直流工程弓I進了換流干式變壓器、油浸式平波電抗器、換流閥和可控硅元件的設計制造技術，合作生產了設備并將投入該工程實際運行。內廠家近年來引進了電力電容器、干式電抗器、斷路器、氧化鋅避雷器、隔離開關等設備的制造技術。內具備較強的基于微處理器和計算機開發(fā)和應用控制保護、運行人員控制和SCADA系統(tǒng)的能力。

六、直流輸電技術在西電東送和全聯(lián)網(wǎng)中的應用前景

目前葛州壩至上海直流工程已在運行，天廣、三峽兩回直流工程正在建設，到2007年，將具備9000MW的西電東送能力。#p#分頁標題#e#

三峽右岸計劃修建地下廠房，裝設6臺700MW機組，其電力電量外送還有采用直流方案的可能性。

云南小灣電廠已開工，將裝機4200MW，其中3000MW將通過直流工程送至廣東。同位于瀾滄江的糯扎渡電廠裝機容量5000MW，由于當?shù)刎摵蓾摿τ邢蓿仨毻ㄟ^直流輸電系統(tǒng)送至廣東，容量約為3000-4000MW。

金沙江下游的溪絡渡和向家壩電廠裝機總容量為18000W，與三峽電廠容量相當，前期可行性工作正在進行，預計2002年籌建，2005年左右開工，作為三峽電站的接續(xù)工程。為配合電站的可行性研究，電力部門進行了大量的電力外送研究，傾向性意見為采用四回直流，其中兩回至華東，容量為6000一10000MW，兩回至華中容量為4000—5000MW。

除上述特大型電站的送出需采用特高壓、長距離直流輸電外，隨著云南、貴州和四川的其它大、中、小型水電站的開發(fā)，必須為多余電力電量尋找區(qū)外市場，如較近廣東省政府與云南、貴州兩省政府簽訂了購電意向，這種長距離的區(qū)域間電力輸送也需要采用直流輸電。

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，到2l世紀中葉，水電開發(fā)將進一步西移，如云南的怒江、四川的金沙江上游以及西藏，由于輸電距離長，容量大，將無例外地采用直流。

除輸送水電外，西北煤電基地的電力外送也存在采用直流輸電技術的切實可能性。

關于全聯(lián)網(wǎng)，目前正在開展前期可行性研究的直流工程有華北一華中直流背靠背工程、山東一華東直流背靠背工程、西北一華中直流背靠背工程、湖南一廣東直流背靠背工程、西北一華北直流聯(lián)網(wǎng)工程、西北一四川l直流輸電工程等。由于安全性好，運行控制和管理特性極優(yōu)，目前全聯(lián)網(wǎng)已傾向采用北部、中部和南部三個帶狀網(wǎng)，采用直流背靠背或其它直流工程隔離聯(lián)網(wǎng)的方案，在條件成熟并統(tǒng)一意見后，直流聯(lián)網(wǎng)技術將在中發(fā)揮重要作用。

七、現(xiàn)存的主要技術問題和努力方向

雖然處于不斷發(fā)展和進步之中，直流輸電技術已是成熟的技術，系統(tǒng)、設備和控制系統(tǒng)都有相當規(guī)范的設計和制造技術，但仍存在一些需要繼續(xù)研究的技術問題。

由于直流電壓的單向性，決定其吸污特性與交流相比更為嚴重，尤其像中這樣的發(fā)展中家，污穢問題更為突出，外絕緣問題始終是直流工程建設中較關心的問題。

接地極問題，由于中近期發(fā)展的多是大容量雙極直流工程，電網(wǎng)又相對薄弱，因此必須配備具有完全入地電流額定值的接地極。在經(jīng)濟社會發(fā)達的長江三角洲和珠江三角洲地區(qū)尋找適當?shù)拇箅娏鹘拥貥O址極為困難，研究其它的解決方案勢在必行。

由于直流輸電技術特點，中間落點和T接一直是一個限制其應用的技術問題，隨著新型電力電子元器件和換流器的發(fā)展以及多端技術的提高，這個問題有望得到解決。#p#分頁標題#e#

八、結論

直流輸電對于特定的條件和輸電要求，有著比交流輸電更為優(yōu)越的特性。通過近50年的開發(fā)和應用，目前直流輸電技術已經(jīng)完全成熟，在內外得到廣泛的應用。由于不間斷的研發(fā)，使這項技術的發(fā)展一直處于電力技術的發(fā)展前沿并將推動下世紀高科技在能源工業(yè)中的應用。

中地域寬廣，各地社會經(jīng)濟發(fā)展極不平衡，一次能源分布密度又與負荷分布密度完全不一致，這決定了中必須是一個輸電大，在所有的輸電大中，直流輸電技術都必能得到廣泛的應用。

對于我的西部大開發(fā)，電力開發(fā)應為先行，其中又應以環(huán)境相容的水電開發(fā)優(yōu)先。目前西部水電開發(fā)應優(yōu)先發(fā)展庫容大，對流域防洪和水文調節(jié)有顯著作用的龍頭電站，由于裝機容量大，常以單一電站送出考慮，由于區(qū)域電力市場有限，需遠送東部經(jīng)濟發(fā)達、能源短缺的地區(qū)，直流輸電將是先選方案。隨著西南諸省中小電站的逐步開發(fā)，還需建設一批送電聯(lián)網(wǎng)兼顧型的直流輸電工程。

西北煤炭豐富，為緩解東部環(huán)境壓力和電煤運輸壓力，節(jié)省成本，提高競爭力，在坑口建設一批以劣質煤為燃料，節(jié)水除塵的大型電廠群勢在必行，直流輸電在這些電廠群的電力東送中也將發(fā)揮重要作用。

總之，西部開發(fā)戰(zhàn)略為我直流輸電的發(fā)展帶來了無限的機會和希望，直流輸電技術一定會對開發(fā)西部，將中建設得更加繁榮富強作出應有的貢獻。