中国的高压直流电输运技术

徐长发，华中科技大学，2020.3.22

直流电是最早发明和使用的，后由于传输、切换等当时难以解决的技术问题，使得交流电的电网传输、使用变压器切换到用电器的办法一直延续至今。随着我国用电需求的不多增加，电网扩大，电网稳定性问题突出;加上我国的煤热电能集中在西北部，水电集中在西南部，用电集中在东南部，电能远距离输运问题凸显出来;于是，直流输电方式又重新受到人们的重视。在高压直流输电方面是国外先行的，但我国加紧研发后来居上，在高压、超高压的直流传输和应用方面，在柔性直流输运方面，我国现在已经走在世界的前列了。

一.直流电的特点以及高压直流输运的原理

1.输运方面

在输运相同功率电能时，输运直流电与交流电比较，无论是线材还是电损耗几乎少一半。

直流电在输运过程中只有阻抗损耗，没有容抗损耗，没有感抗损耗，交流电则都有。特别是将高压直流电缆埋在地下，损耗既又安全。

在远距离大功率输电、电缆输电方面，例如西部的“光电”、“风电”、“热

电”需要远距离输运;海底电缆输电;城市间的地下电缆输电等;高压直流电输运更优。

直流电输运自身稳定，交流电输运特别是交流电网，需要一个相位稳定系统，局部网出问题往往会连带全局。

直流电的输电容量大。

2.用电方面

直流电在使用时更稳定些;非常多的用电器使用直流电是最方便的，例如电

动汽车、高铁;有很多情形还需要把交流电转换为直流电，另加稳压装置。

直流电机技术成熟，调速稳定方便，交流电则麻烦一些

3. 高压电的调压切换方面

在这方面，交流电显得方便。

高压交流电，经变压器，切换为低压交流电，容易;

高压交流电，经变压器，切换为低压交流电，再经整流器，变为低压直流电，容易;

高压直流电，要变为低压直流电，技术含量高，较难;

高压直流电，要变为低压交流电，技术含量高，较难。

下面是高压直流电实现输运切换的示意图。从图中可以看出，“大功率换流变压站”、“大功率半导体整流器”和“大功率半导体逆变器”、“高压、特高压下的绝缘材料”、“高压、特高压下的灭电弧开关”，都是有较高技术含量的关键的问题。以前，我国只能靠引进，受到冷遇和卡管;现在，我国已经解决了这些技术瓶颈，不仅创造了自己的品牌，而且还做到了世界领先;我国正在加紧发展直流、交流电互接的技术和应用。

柔性直流输电是非常灵活的：可以实现两个不同等级的交流网之间的互补;可实现不同等级的直流网和交流网之间的互补;保证电网的稳定。要知道，大规模交流电网的稳定性，在全世界一直是一个令人头疼的问题，历史上曾经出现过多次大的交流网崩塌事故，现在的柔性直流输电技术非常有效地解决了这个问题。

柔性直流输电技术的关键，是可以控制电能的且具有电源性质的变流器，在直流高压输电的变流器技术突破以后，柔性直流输电技术就顺其自然地解决了。

柔性直流输电技术的应用非常广泛：

(1)可以连接多个分散的、清洁能源的小型发电厂，并保持电网稳定。例

如居民家庭都可以光伏发电，除了自家用电外，多余的电能可以出售并输入到电网中。

(2)实现不同频率或者相同频率的交流电网之间非同步运行，并保持电网的稳定性。

(3)增设城市间的直流输配电网，有利于电缆埋设于地下，方便于直流供配电;直流网、交流网同时运行且互相补充。

(4)方便于海上供电，如海岛、海上钻井平台无需再使用燃料自行发电装置了，海上发电(如天然气发电，海风发电，光伏发电)还可以接入柔性直流电网。

(5)灵活多变，成本低。

直流输电工程也是欧美先行的，我国2006年才起步，但是很快就投运了一些示范工程。现在，不同规格的直流输电工程比比皆是了。

总之，高压、特高压直流输电技术，柔性直流输电技术，使得我国的电网发展进入到一个崭新的阶段，它保证了东西部协调发展，保证电网稳定;无论是工程量方面，还是技术含量方面，中国都已经走在世界的前面了;今后，中国还要进一步发展超导技术在直流输运方面的应用。

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