高壓直流輸電

高壓直流輸電技術被用於通過架空線和海底電纜遠距離輸送電能；同時在一些不適於用傳統交流聯接的場合，它也被用於獨立電力系統間的聯接。世界上第一條商業化的高壓直流輸電線路1954年誕生於瑞典，用於連接瑞典本土和哥特蘭島，由阿西亞公司(ASEA, 今ABB集團)完成。 ^[1] 

在一個高壓直流輸電系統中，電能從三相交流電網的一點導出，在換流站轉換成直流，通過架空線或電纜傳送到接受點；直流在另一側換流站轉化成交流後，再進入接收方的交流電網。直流輸電的額定功率通常大於100兆瓦，許多在1000-3000兆瓦之間。

高壓直流輸電用於遠距離或超遠距離輸電，因為它相對傳統的交流輸電更經濟。

應用高壓直流輸電系統，電能等級和方向均能得到快速精確的控制，這種性能可提高它所連接的交流電網性能和效率，直流輸電系統已經被普遍應用。

高壓直流輸電是將三相交流電通過換流站整流變成直流電，然後通過直流輸電線路送往另一個換流站逆變成三相交流電的輸電方式。它基本上由兩個換流站和直流輸電線組成， 兩個換流站與兩端的交流系統相連接。

直流輸電線造價低於交流輸電線路但換流站造價卻比交流變電站高得多。一般認為架空線路超過600-800km，電纜線路超過40-60km直流輸電較交流輸電經濟。隨着高電壓大容量可控硅及控制保護技術的發展，換流設備造價逐漸降低直流輸電近年來發展較快。我國葛洲壩一上海1100km、±500kV，輸送容量的直流輸電工程，已經建成並投入運行。此外，全長超過2000公里的向家壩-上海直流輸電工程也已經完成，於2010年7月8日投入運行。該線路是目前（截至2011年初）世界上距離最長的高壓直流輸電項目。 ^[1] 

優點是不增加系統的短路容量便於實現兩大電力系統的非同期聯網運行和不同頻率的電力系統的聯網;利用直流系統的功率調製能提高電力系統的阻尼，抑制低頻振盪，提高並列運行的交流輸電線的輸電能力。它的主要缺點是直流輸電線路難於引出分支線路絕大部分只用於端對端送電。加拿大原計劃開發和建設五端直流輸電系統現已建成三端直流輸電系統。實現多端直流輸電系統的主要技術困難是各種運行方式下的線路功率控制問題。目前， 一般認為三端以上的直流輸電系統技術上難實現經濟合理性待研究。 ^[2] 

包括換流器、換流變壓器、平波電抗器、交流濾波器、直流避雷器及控制保護設備等。

換流器又稱換流閥是換流站的關鍵設備，其功能是實現整流和逆變。目前換流器多數採用晶閘管可控硅整流管)組成三相橋式整流作為基本單元，稱為換流橋。一般由兩個或多個換流橋組成換流系統，實現交流變直流直流變交流的功能。

換流器在整流和逆變過程中將要產生5、7、11、13、17、19等多次諧波。為了減少各次諧波進入交流系統在換流站交流母線上要裝設濾波器。它由電抗線圈、電容器和小電阻3種設備串聯組成通過調諧的參數配合可濾掉多次諧波。 一般在換流站的交流側母線裝有5、7、11、13次諧波濾波器組。

單極又分為一線一地和單極兩線的方式。直流輸電一般採用雙極線路，當換流器有一極退出運行時，直流系統可按單極兩線運行，但輸送功率要減少一半。 ^[2] 

自上世紀80年代以來，電力傳輸技術的發展步伐明顯加快，提高傳輸能力的辦法不斷湧現，既有直流輸電技術、柔性交流輸電技術、分頻輸電技術等高新技術，同時也有對現有高壓交流輸電線路的增容改造技術，如升壓改造、復導增容改造、交流輸電線路改為直流輸電技術等。直流輸電，對於提高現有傳輸系統的傳輸能力，挖掘現有設備潛力，具有十分重要的現實意義，實施起來可收到事半功倍的效果。

從經濟方面看，直流輸電有以下三個主要優點：

首先，線路造價低，節省電纜費用。直流輸電只需兩根導線，採用大地或海水作迴路只用一根導線，能夠節省大量線路投資，因此電纜費用省得多。

其次，運行電能損耗小，傳輸節能效果顯著。直流輸電導線根數少，電阻發熱損耗小，沒有感抗和容抗的無功損耗，且傳輸功率的增加使單位損耗降低，大大提高了電力傳輸中的節能效果。

最後，線路走廊窄，徵地費省。以同級500千伏電壓為例，直流線路走廊寬僅40米，對於數百千米或數千千米的輸電線路來説，其節約的土地量是很可觀的。

除了經濟性，直流輸電的技術性也可圈可點。直流輸電調節速度快，運行可靠。在正常情況下能保證穩定輸出，在事故情況下可實現緊急支援，因為直流輸電可通過可控硅換流器快速調整功率、實現潮流翻轉。此外，直流輸電線路無電容充電電流，電壓分佈平穩，負載大小不發生電壓異常不需並聯電抗。

直流輸電最核心的技術集中於換流站設備，換流站實現了直流輸電工程中直流和交流相互能量轉換，除在交流場具有交流變電站相同的設備外，還有以下特有設備：換流閥、控制保護系統、換流變壓器、交流濾波器和無功補償設備、直流濾波器、平波電抗器以及直流場設備，而換流閥是換流站中的核心設備，其主要功能是進行交直流轉換，從最初的汞弧閥發展到現在的電控和光控晶閘管閥。

晶閘管用於高壓直流輸電已有很長的歷史。近10多年來，可關斷的晶閘管、絕緣門極雙極性三極管等大功率電子器件的開斷能力不斷提高，新的大功率電力電子器件的研究開發和應用，將進一步改善新一代的直流輸電性能、大幅度簡化設備、減少換流站的佔地、降低造價。

發電廠發出的交流電通過換流閥變成直流電，然後通過直流輸電線路送至受電端再變成交流電，注入受端交流電網。業內專家一致認為。高壓直流輸電具有線路輸電能力強、損耗小、兩側交流系統不需同步運行、發生故障時對電網造成的損失小等優點，特別適合用於長距離點對點大功率輸電。

其中，輕型直流輸電系統採用可關斷的晶閘管、絕緣門極雙極性三極管等可關斷的器件組成換流器，使中型的直流輸電工程在較短輸送距離也具有競爭力。

此外，可關斷器件組成的換流器，還可用於向海上石油平台、海島等孤立小系統供電，未來還可用於城市配電系統，接入燃料電池、光伏發電等分佈式電源。輕型直流輸電系統更有助於解決清潔能源上網穩定性問題。 ^[2] 

1、高壓直流供電技術的應用情況

我國對高壓直流供電技術的應用主要體現在，中國電信公司在使用並且推廣高壓直流供電技術，並且電信公司與電源系統的開發商在不斷的研究高壓直流電源，如今，這種供電方式已經被相關部門廣泛的應用。雖然高壓直流電源可以選擇多種電壓，但是依然沒有後端設備廠商的大力支持。在選擇供電電壓的時候一定要確保整個供電系統可以正常的運作，高壓直流供電技術中存在的問題不斷的解決，高壓直流供電技術就會得到飛快的發展。

2、影響高壓直流供電技術發展的因素

隨着通信行業不斷髮展的同時，對供電電源的要求也越來越多。高壓直流電源的應用比較廣泛，但是高壓直流電源的發展依然有很多制約的因素：

1）後端設備對高壓直流供電技術的影響

雖然在很多行業中高壓直流電源可以滿足後端設備電源的基本需求，但是高壓直流電源的標準不是後端設備要求的標準電源，這樣整個系統在運行過程中就會出現一定的風險，其主要表現在以下方面。

（1）技術風險

雖然使用高壓直流供電的後端設備比較多，但是根據高壓直流電源的試點運行狀況分析，會存在部分設備不支持高壓直流電源的現象，而設備是否支持高壓直流電源的檢測，只有通過運行才可以檢測出來，但是檢測需要一定的時間，因此，在檢測結果出來以前會存在很多風險。

（2）法律風險

在使用高壓直流電源的時候後端設備發生故障，對於運營商是不利的，在面臨極大的風險考驗的同時，高壓直流電源的使用很可能會造成合同雙方陷入法律糾紛之中。

2）電源系統的定型以及數量對高壓直流供電技術的制約

因為高壓直流供電技術沒有相關的技術標準體系，雖然在很多部門已經得到了廣泛的應用，但是依然缺乏對高壓直流電源的技術引導、使用經驗，所以就出現了高壓直流供電產品沒有最終定型的狀況，而高壓直流供電的產品的數量也不能確定。

3）相關的配套器件對高壓直流供電技術發展的制約

在高壓直流供電系統中，雖然有很多配套器件都是很常見的，但是還會存在一些比較罕見的器件，例如，熔斷器、斷路器等配電元件。高壓直流供電對電壓的要求很大，因此對這些器件的要求也很高，這些器件在市場上是不經常看見的，對高壓直流供電技術的發展帶來了障礙。

4）監控系統對高壓直流供電技術發展的制約

高壓直流供電技術如果想在動力環境監控系統大規模的應用，那麼對技術的要求就會很高，開關電源沒有困難，但是配套的電池組是很難實現。因為到目前為止，還沒有可以提供專用電池監控系統的供應商。

3、高壓直流供電技術的發展前景

很多中國電信公司在逐漸的發展服務器與交流電源相兼容的240V直流電壓。電信公司根據供電安全第一的理念，在逐漸的實現節能、用電產品可以兼容的發展目標，在這個過程中，中國電信選擇了高壓直流電源作為設備的供電電源。相關報告顯示，電信公司的數據電源市場中，高壓直流電源的數量已經完全超過傳統不間斷供電的電源，並且決定在未來的發展中還要繼續擴大高壓直流電源的應用範圍。與此同時，不同的通信企業，也在努力的促進高壓直流電源的發展速度，這些企業把高壓直流電源中直接引入到定製的服務器中，這樣高壓直流電源將會推動高壓直流電源的發展，因此，可以説高壓直流電源有着很強的發展前景，並且高壓直流供電在逐步的代替傳統的不間斷供電電源。 ^[3]