簡(jiǎn)要介紹了DC輸電技術(shù)的特點(diǎn)、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(shù)在我電網(wǎng)建設中，特別是在西電東送和西部大開(kāi)發(fā)的大戰略中可能發(fā)揮的重要作用，以及為實(shí)現這一目標應開(kāi)展的各項工作。

一.導言

改革開(kāi)放以來(lái)，中的強工業(yè)，像民經(jīng)濟的其他方面一樣，進(jìn)入了解放后歷史上第二個(gè)快速發(fā)展時(shí)期。全裝機容量已超過(guò)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(cháng)較快的力量在東南沿海地區。這些地區建設了大量傳統燃煤電廠(chǎng)，對當地環(huán)境造成了不可接受的壓力。有些地區已經(jīng)達到環(huán)境容量的極限，沒(méi)有發(fā)展潛力。

中水電的經(jīng)濟可開(kāi)發(fā)量約為3億千瓦，其中大部分，特別是大部分待開(kāi)發(fā)的水電，分布在西南地區。發(fā)展這部分水電可以帶來(lái)可靠的稅源，為當地經(jīng)濟提供一定的就業(yè)機會(huì )。發(fā)展過(guò)程本身也可以從各個(gè)方面促進(jìn)當地的社會(huì )經(jīng)濟發(fā)展?？v觀(guān)世界，經(jīng)濟和社會(huì )發(fā)展水平高的家，如加拿大、挪威、瑞典和美，都是水電開(kāi)發(fā)的先進(jìn)家。

中是一個(gè)煤炭大，煤炭的生產(chǎn)和消費占世界較好位，這種狀況不可能在短時(shí)間內完全改變。由于我華北和西北地區分布著(zhù)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)達地區轉移到西部欠發(fā)達地區，無(wú)論從技術(shù)上、經(jīng)濟上還是環(huán)境上都是非常有利的。

綜上所述，無(wú)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、穩定、經(jīng)濟的傳輸手段。高壓直流輸電技術(shù)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(shù)特點(diǎn)

與交流傳動(dòng)相比，DC傳動(dòng)具有以下技術(shù)優(yōu)勢：(1)優(yōu)越的穩定性；(2)無(wú)功補償問(wèn)題集中簡(jiǎn)單；(3)出色的調度和控制性能；(4)長(cháng)距離大容量傳輸的顯著(zhù)經(jīng)濟性；(5)大大節約走廊和占地，有利于可持續發(fā)展；(6)抗故障能力強。

由于上述技術(shù)特點(diǎn)，DC輸電特別適合長(cháng)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(shù)的發(fā)展現狀及趨勢

3.1傳動(dòng)技術(shù)發(fā)展回顧

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

20世紀30年代，德人開(kāi)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(shí)現了基于汞弧閥的DC輸電的商業(yè)化運營(yíng)。汞弧閥時(shí)代，DC傳動(dòng)系統的控制策略已經(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(cháng)期作用。汞弧閥較大參數：?jiǎn)伍y150千伏，2000安。1972年晶閘管閥開(kāi)始商業(yè)運行后，汞弧閥就不再使用了。從90年代開(kāi)始，逐漸開(kāi)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(luò )線(xiàn)工藝目前計劃改變。 #p#分頁(yè)標題#e#

與汞弧閥相比，可控硅閥

經(jīng)過(guò)20年的發(fā)展，可控硅閥門(mén)已經(jīng)從風(fēng)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(shí)代，DC變速器的控制系統已經(jīng)發(fā)展成為基于計算機的全數字結構。同時(shí)，無(wú)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，現代DC輸電已初具規模，但存在價(jià)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(shù)現狀

近十年來(lái)，DC傳動(dòng)技術(shù)不斷發(fā)展。先先，設備制造技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展如下：(1)可控硅元件的尺寸和參數在迅速增加。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(jìn)一步提高。開(kāi)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(shù)的發(fā)展：尺寸和參數的改進(jìn)。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(wú)油設計，降低火災概率，采用非常早期的火災探測系統，大大降低了發(fā)生災害的可能性；水冷方式的改進(jìn)，如并聯(lián)冷卻、串聯(lián)冷卻等各種防腐措施；隨著(zhù)內部安裝方式的進(jìn)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(shù)沒(méi)有突破性的變化，但通過(guò)吸收大量過(guò)渡絕緣、接頭連接與屏蔽、引線(xiàn)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(xiàn)監測大大提高了換流干式變壓器的可靠性。(4)外絕緣技術(shù)的發(fā)展：通過(guò)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(luò )的措施，更重要的是，通過(guò)減少大量外絕緣部件，降低閃絡(luò )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，提高系統可靠性。(6)控制保護設備的開(kāi)發(fā)：采用標準化的局域網(wǎng)和總線(xiàn)結構，大大增加了系統的開(kāi)放性；采用基于標準推送CPU和DSP的硬件設計，利用廠(chǎng)商向后兼容的特點(diǎn)，方便備件的購買(mǎi)。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量，方便了多系統的采用，提高了可靠性。

隨著(zhù)DC輸電項目的增多，DC輸電技術(shù)長(cháng)期以來(lái)一直是相關(guān)學(xué)術(shù)團體的研究熱點(diǎn)，并逐漸形成了系統的理論和標準

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

直流控制技術(shù)得到進(jìn)一步發(fā)展，主要表現為：（1）直流換流器本體的控制策略，即依靠控制保護系統改善外特性曲線(xiàn)，提高換流器動(dòng)態(tài)性能；（2）通過(guò)采用附加控制改善直流對交流系統的支持；（3）通過(guò)改善運行人員控制系統，采用自檢、遠方診斷、運行維護數據庫等技術(shù)和措施，使直流控制保護系統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(guò)改善控制保護系統的編程工具，采用與離線(xiàn)模擬設備兼容的圖形編程界面，提高了控制保護軟件的開(kāi)發(fā)效率。

通過(guò)30年的不斷努力，目前常規直流輸電技術(shù)已趨于成熟。主要表現為：（1）應用范圍更加廣泛，對于長(cháng)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(jiǎn)化，費用降低；較大容量、較長(cháng)距離的海底電線(xiàn)工程成為可能；對系統條件的適應性增強，可在弱交流系統條件下接入系統：對環(huán)境的適應性提高，抗系統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(jià)格相對降低。（3）可靠性和可用率提高：即設備制造技術(shù)發(fā)展后具有較高的可靠性，設計簡(jiǎn)化、元件數減少后可靠性提高，控制設備簡(jiǎn)化、功能提高、維護減少、診斷能力提高，外絕緣經(jīng)驗和技術(shù)提高，閃絡(luò )率降低。

3．3直流輸電技術(shù)發(fā)展趨勢

80年代以來(lái)，新型電力半導體元件技術(shù)取得飛速發(fā)展，如可關(guān)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(guān)斷性，由它們構成的換流器有電流型和電壓型兩種，與常規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(gè)穩定水平，對應的交流電壓幅值和相位由閥的開(kāi)斷時(shí)刻先立決定，與外電壓無(wú)關(guān)。對于交流系統而言，這種換流器有類(lèi)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中的靜止無(wú)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(yáng)能發(fā)電等高科技領(lǐng)域都有廣泛的應用前景，這種與電力系統高科技結合的趨勢在21世紀將更進(jìn)一步推動(dòng)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(chǎng)化生產(chǎn)，簡(jiǎn)化單個(gè)工程研究和現場(chǎng)安裝調試的工作量，提高可靠性水平。

隨著(zhù)聚丙乙烯擠壓電纜技術(shù)的提高，人類(lèi)夢(mèng)寐以求的高壓發(fā)電機已經(jīng)成為現實(shí)。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(xiàn)可以免去常規接線(xiàn)中的升壓變、換流變、交流濾波器和常規電氣設備，換流站的造價(jià)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(yè)標題#e#

四、直流輸電技術(shù)在世界的應用現狀

從1954年哥特蘭島直流工程投入商業(yè)運行以來(lái)，直流輸電技術(shù)得到了長(cháng)足的發(fā)展和廣泛的應用。主要表現為（1）工程數量眾多，現在全世界已投運和正在建設的直流工程接近八十個(gè)；（2）應用技術(shù)范圍廣泛，有長(cháng)距離送電工程、長(cháng)距離送電兼聯(lián)網(wǎng)工程、長(cháng)距離海底送電工程、長(cháng)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(shù)進(jìn)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(gè)雙極工程、印度的兩個(gè)500MW的背靠背工程、蘇格蘭到愛(ài)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(shù)在內的應用現狀

我從60年代開(kāi)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(jìn)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(kāi)展前期研究。

通過(guò)30多年的積累，內現在已具備高速發(fā)展和應用直流輸電技術(shù)的條件，具體表現為：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(lǐng)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(xún)規范的能力、基本先立完成工程系統設計和設備規范的能力、先立完成換流站、直流線(xiàn)路、接地極工程設計的能力、先立完成換流站、線(xiàn)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理隊伍；④比較完備的制造能力，三峽直流工程弓I進(jìn)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(shù)，合作生產(chǎn)了設備并將投入該工程實(shí)際運行。內廠(chǎng)家近年來(lái)引進(jìn)了電力電容器、干式電抗器、斷路器、氧化鋅避雷器、隔離開(kāi)關(guān)等設備的制造技術(shù)。內具備較強的基于微處理器和計算機開(kāi)發(fā)和應用控制保護、運行人員控制和SCADA系統的能力。

六、直流輸電技術(shù)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(yè)標題#e#

三峽右岸計劃修建地下廠(chǎng)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(chǎng)已開(kāi)工，將裝機4200MW，其中3000MW將通過(guò)直流工程送至廣東。同位于瀾滄江的糯扎渡電廠(chǎng)裝機容量5000MW，由于當地負荷潛力有限，必須通過(guò)直流輸電系統送至廣東，容量約為3000-4000MW。

金沙江下游的溪絡(luò )渡和向家壩電廠(chǎng)裝機總容量為18000W，與三峽電廠(chǎng)容量相當，前期可行性工作正在進(jìn)行，預計2002年籌建，2005年左右開(kāi)工，作為三峽電站的接續工程。為配合電站的可行性研究，電力部門(mén)進(jìn)行了大量的電力外送研究，傾向性意見(jiàn)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(cháng)距離直流輸電外，隨著(zhù)云南、貴州和四川的其它大、中、小型水電站的開(kāi)發(fā)，必須為多余電力電量尋找區外市場(chǎng)，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(cháng)距離的區域間電力輸送也需要采用直流輸電。

隨著(zhù)經(jīng)濟的發(fā)展，到2l世紀中葉，水電開(kāi)發(fā)將進(jìn)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(cháng)，容量大，將無(wú)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(shù)的切實(shí)可能性。

關(guān)于全聯(lián)網(wǎng)，目前正在開(kāi)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(gè)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，在條件成熟并統一意見(jiàn)后，直流聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將在中發(fā)揮重要作用。

七、現存的主要技術(shù)問(wèn)題和努力方向

雖然處于不斷發(fā)展和進(jìn)步之中，直流輸電技術(shù)已是成熟的技術(shù)，系統、設備和控制系統都有相當規范的設計和制造技術(shù)，但仍存在一些需要繼續研究的技術(shù)問(wèn)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(wèn)題更為突出，外絕緣問(wèn)題始終是直流工程建設中較關(guān)心的問(wèn)題。

接地極問(wèn)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(huì )發(fā)達的長(cháng)江三角洲和珠江三角洲地區尋找適當的大電流接地極址極為困難，研究其它的解決方案勢在必行。

由于直流輸電技術(shù)特點(diǎn)，中間落點(diǎn)和T接一直是一個(gè)限制其應用的技術(shù)問(wèn)題，隨著(zhù)新型電力電子元器件和換流器的發(fā)展以及多端技術(shù)的提高，這個(gè)問(wèn)題有望得到解決。#p#分頁(yè)標題#e#

八、結論

直流輸電對于特定的條件和輸電要求，有著(zhù)比交流輸電更為優(yōu)越的特性。通過(guò)近50年的開(kāi)發(fā)和應用，目前直流輸電技術(shù)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(shù)的發(fā)展一直處于電力技術(shù)的發(fā)展前沿并將推動(dòng)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(huì )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(gè)輸電大，在所有的輸電大中，直流輸電技術(shù)都必能得到廣泛的應用。

對于我的西部大開(kāi)發(fā)，電力開(kāi)發(fā)應為先行，其中又應以環(huán)境相容的水電開(kāi)發(fā)優(yōu)先。目前西部水電開(kāi)發(fā)應優(yōu)先發(fā)展庫容大，對流域防洪和水文調節有顯著(zhù)作用的龍頭電站，由于裝機容量大，常以單一電站送出考慮，由于區域電力市場(chǎng)有限，需遠送東部經(jīng)濟發(fā)達、能源短缺的地區，直流輸電將是先選方案。隨著(zhù)西南諸省中小電站的逐步開(kāi)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，節省成本，提高競爭力，在坑口建設一批以劣質(zhì)煤為燃料，節水除塵的大型電廠(chǎng)群勢在必行，直流輸電在這些電廠(chǎng)群的電力東送中也將發(fā)揮重要作用。

總之，西部開(kāi)發(fā)戰略為我直流輸電的發(fā)展帶來(lái)了無(wú)限的機會(huì )和希望，直流輸電技術(shù)一定會(huì )對開(kāi)發(fā)西部，將中建設得更加繁榮富強作出應有的貢獻。