直流輸電

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更新時間: 2013-12-12

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直流輸電是指以直流電流傳輸電能,直流輸電系統主要由換流站(整流站和逆變站)、直流線路、交流側和直流側的電力濾波器、無功補償裝置、換流變壓器、直流電抗器以及保護、控制裝置等構成。

直流輸電 -直流輸電

 

直流輸電 -正文
  以直流電流傳輸電能。人們對電能的應用和認識是首先從直流開始的。法國物理學家和電氣技師M.德普勒於1882年將裝設在米斯巴赫煤礦中的 3馬力直流發電機所發的電能,以1500~2000伏直流電壓,送到了57公里以外的慕尼黑國際博覽會上,完成了第一次輸電試驗。此後在20世紀初,試驗性的直流輸電的電壓、功率和距離分別達到過125千伏、20兆瓦和225公里。但由於採用直流發電機串聯獲得高壓直流電源,受端電動機也是用串聯方式運行,不但高壓大容量直流電機的換向困難而受到限制,串聯運行的方式也比較複雜,可靠性差,因此直流輸電在近半個世紀的時期里沒有得到進一步發展。20世紀50年代,高壓大容量的可控汞弧整流器研製成功,為高壓直流輸電的發展創造了條件;同時電力系統規模的擴大,使交流輸電的穩定性問題等局限性也表現得更明顯,直流輸電技術又重新為人們所重視。1954年瑞典本土和哥德蘭島之間建成一條96公里長的海底電纜直流輸電線,直流電壓為±100千伏,傳輸功率為20兆瓦,是世界上第一條工業性的高壓直流輸電線。50年代後期可控硅整流元件的出現,為換流設備的製造開闢了新的途徑。30年來,隨著電力電子技術的進步,直流輸電有了新的發展。到80年代世界上已投入運行的直流輸電工程共有近30項,總輸送容量約2萬兆瓦,最長的輸送距離超過1千公里。並且還有不少規模更大的工程正在規劃設計和建設中。
  直流輸電系統  主要由換流站(整流站和逆變站)、直流線路、交流側和直流側的電力濾波器、無功補償裝置、換流變壓器、直流電抗器以及保護、控制裝置等構成(見圖)。其中換流站是直流輸電系統的核心,它完成交流和直流之間的變換。
直流輸電直流輸電
  特點  直流輸電與交流輸電相比有以下優點:①當輸送相同功率時,直流線路造價低,架空線路桿塔結構較簡單,線路走廊窄,同絕緣水平的電纜可以運行於較高的電壓;②直流輸電的功率和能量損耗小;③對通信干擾小;④線路穩態運行時沒有電容電流,沒有電抗壓降,沿線電壓分佈較平穩,線路本身無需無功補償;⑤直流輸電線聯繫的兩端交流系統不需要同步運行,因此可用以實現不同頻率或相同頻率交流系統之間的非同步聯繫;⑥直流輸電線本身不存在交流輸電固有的穩定問題,輸送距離和功率也不受電力系統同步運行穩定性的限制;⑦由直流輸電線互相聯繫的交流系統各自的短路容量不會因互聯而顯著增大;⑧直流輸電線的功率和電流的調節控制比較容易並且迅速,可以實現各種調節、控制。如果交、直流並列運行,有助於提高交流系統的穩定性和改善整個系統的運行特性。
  直流輸電的發展也受到一些因素的限制。首先,直流輸電的換流站比交流系統的變電所複雜、造價高、運行管理要求高;其次,換流裝置(整流和逆變)運行中需要大量的無功補償,正常運行時可達直流輸送功率的40~60%;換流裝置在運行中在交流側和直流側均會產生諧波,要裝設濾波器;直流輸電以大地或海水作迴路時,會引起沿途金屬構件的腐蝕,需要防護措施。要發展多端直流輸電,需研製高壓直流斷路器。
  應用  直流輸電目前主要用於:①遠距離大功率輸電;②聯繫不同頻率或相同頻率而非同步運行的交流系統;③作網路互聯和區域系統之間的聯絡線(便於控制、又不增大短路容量);④以海底電纜作跨越海峽送電或用地下電纜向用電密度高的大城市供電;⑤在電力系統中採用交、直流輸電線的並列運行,利用直流輸電線的快速調節,控制、改善電力系統的運行性能。
  隨著電力電子技術的發展,大功率可控硅製造技術的進步、價格下降、可靠性提高,換流站可用率的提高,直流輸電技術的日益成熟,直流輸電在電力系統中必然得到更多的應用。當前,研製高壓直流斷路器、研究多端直流系統的運行特性和控制、發展多端直流系統、研究交直流並列系統的運行機理和控制,受到廣泛的關注。
  許多科學技術學科的新發展為直流輸電技術的應用開拓著廣闊的前景,多種新的發電方式──磁流體發電、電氣體發電、燃料電池和太陽能電池等產生的都是直流電,所產生的電能要以直流方式輸送,並用逆變器變換送入交流電力系統;極低溫電纜和超導電纜也更適宜於直流輸電,等等。今後的電力系統必將是交、直流混合的系統。
直流輸電 -配圖

 

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