论我国输配电线路现状与发展

摘要：通过直流输电与交流输电的介绍分析，得出了直流输电以及交流输电各自的优缺点。总体阐述了我国近年来特高压直流输电的发展情况，并通过分析得出了特高压直流输电的发展前景。综合概述了我国当前电网的发展，并就此提出建议。

关键词：直流输电，交流输电，特高压，电网，发展

Abstract: through the introduction of HVDC and FACTS,we knowo advantages and disadvantages of HVDC and FACTS. General elaborated on China in recent years, particularly the development of HVDC and FACTS obtained by analyzing the development prospects of DC transmission. A comprehensive overview of the development of the current grid, and make recommendations.

Keywords: HVDC, FACTS, high voltage, power grids, development 

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1引言

众所周知，我国的电力以煤电和水电为主，而与此同时，资源分配又极端不合理，用电量负荷主要集中在东南沿海的经济发达地区，资源储存量却较少；而相对经济发展较落后的西部地区却存有大量的煤矿资源和水力资源。一次能源的分布和需求存在着明显的不一致。因此如何解决能源需求以及高效输送能源成为了主要要解决的问题。

2直流输电与交流输电的比较

在我国主要是输电方式仍然以交流输电为主，不仅因为它由来以久，更因为它无可替代的优点：

1）在发电方面，在电磁感应原理的基础上交流发电机可以很经济的把机械能、化学能很快的转化成所需的电能。

2）在距离适当的条件下，交流输电具有明显的优势，在500kv输电电压水平下，常规的直流输电系统和交流输电系统相比，具有较好的经济社会效益。

3）交流电源以及交流变电站与同功率的直流电源以及直流换流站相比，造价更为低廉，技术上更为可靠。

4）通过变压器的升压以及降压可以方便的实现电力的转换输送，直接接入负荷。

然而，由于交流输电也存在种种弊端, 交流输电线路中,除了有导线的电阻损耗外还有交流感抗的损耗。为了解决交流输电电阻的损耗，采用高压和超高压输电来减小电流来减小损耗。但是交流电感损耗不能减小，因此交流输电不能做太远距离输电。如果线路过长输送的电能就会全部消耗在输电线路上，交流输电并网还要考虑相位的一致，如果相位不一致两组发电机并网会互相抵消。而在特高压交流输电系统上其稳定性和可靠性问题也不易解决。自1965～1984年世界上共发生了6次交流大电网瓦解事故，其中4次发生在美国，2次在欧洲。这些严重的大电网瓦解事故说明采用交流互联的大电网存在着安全稳定、事故连锁反应及大面积停电等难以解决的问题。特别是在特高压线路出现初期，不能形成主网架，线路负载能力较低，电源的集中送出带来了较大的稳定性问题。下级电网不能解环运行，导致不能有效降低受端电网短路电流，这些都威胁着电网的安全运行。另外，特高压交流输电对环境影响较大。

在直流输电系统中，只有输电环节是直流电，发电系统和用电系统仍然是交流电．在输电线路的始端，发电系统的交流电经换流变压器升压后，送到整流器中去．整流器的主要部件是可控硅变流器和进行交直流变换的整流阀，它的功能是将高压交流电变为高压直流电后，送入输电线路．直流电通过输电线路送到逆变器中．逆变器的结构与整流器相同而作用刚好相反，它把高压直流电变为高压交流电．再经过换流变压器降压，交流系统的电能就输送到了交流系统中．在直流输电系统中，通过改变换流器的控制状态，也可以把交流系统中的电能送到直流系统中去，即整流器和逆变器是可以互相转换的．

因此，直流输电有了发展的可能以及必要。

在经济方面：

1)线路造价较低，对于架空输电线，交流输电采用三根导线，而直流一般用两根，采用大地或海水作回路时只要一根，能节省大量的线路建设费用。对于电缆，由于绝缘介质的直流强度远高于交流强度，如通常的油浸纸电缆，直流的允许工作电压约为交流的3倍，直流电缆的投资少得多。

2）年电能损失小。直流架空输电线只用两根，导线电阻损耗比交流输电小；没有感抗和容抗的无功损耗；没有集肤效应，导线的截面利用充分。另外，直流架空线路的“空间电荷效应”使其电晕损耗和无线电干扰都比交流线路小。这点很好解决了交流输电不适于长距离输电，损耗较大的特性。

在技术方面：

1）不存在系统稳定问题，可实现电网的非同期互联，而交流电力系统中所有的同步发电机都保持同步运行。直流输电的输送容量和距离不受同步运行稳定性的，还可连接两个不同频率的系统，实现非同期联网，提高系统的稳定性。

2）短路电流。如用交流输电线连接两个交流系统，短路容量增大，甚至需要更换断路器或增设限流装置。然而用直流输电线路连接两个交流系统，直流系统的“定电流控制”将快速把短路电流在额定功率附近，短路容量不因互联而增大。

3）调节快速，运行可靠。直流输电通过可控硅换流器能快速调整有功功率，实现“潮流翻转”(功率流动方向的改变)，在正常时能保证稳定输出，在事故情况下，可实现健全系统对故障系统的紧急支援，也能实现振荡阻尼和次同步振荡的抑制。在交直流线路并列运行时，如果交流线路发生短路，可短暂增大直流输送功率以减少发电机转子加速，提高系统的可靠性。

4）没有电容充电电流。直流线路稳态时无电容电流，沿线电压分布平稳，无空、轻载时交流长线受端及中部发生电压异常升高的现象，也不需要并联电抗补偿。

5）节省线路走廊。按同电压500 kV考虑，一条直流输电线路的走廊～40 m，一条交流线路走廊～50 m，而前者输送容量约为后者2倍，即直流传输效率约为交流2倍。

然而，直流输电的在技术上仍然有需要改善、提高的地方，这也制约了直流输电的应用范围：

1）初期投入较大，换流站的投入远大于变电站的投入，这也是直流输电的主要原因。

2）消耗无功功率多。一般每端换流站消耗无功功率约为输送功率的40%～60%，需要无功补偿。

3）产生谐波影响。换流器在交流和直流侧都产生谐波电压和谐波电流，使电容器和发电机过热、换流器的控制不稳定，对通信系统产生干扰。

4）缺乏直流开关。直流无波形过零点，灭弧比较困难。目前把换流器的控制脉冲信号闭锁，能起到部分开关功能的作用，但在多端供电式，就不能单独切断事故线路，而要切断整个线路。

3．特高压直流输电的发展

现在的输配电线路中，仍然以交流输电为主，然而特高压直流输电线路的发展也不容小觑，中国目前已建成并正式投入运行的直流输电工程包括：葛（洲坝）沪（上海）、三（峡）常（州）、三（峡）广（东）、三（峡）沪（上海）、天（生桥）广（东）、贵（州）广（东）Ⅰ回、贵（州）广（东）等７个超高压直流输电工程和灵宝直流背靠背工程。 到２０２０年，中国将建成１５个特高压直流输电工程，并成为世界上拥有直流输电工程数量最多、输送线路最长、容量最大的国家。

直流输电在我国有广阔的发展前景，主要体现在如下方面：

1）我国能源与负荷分布不均，需要大容量远距离输电．目前，我国是的主要能源（水力资源和煤炭资源）主要集中在西南、中南、西北及华北地区，而负荷则主要集中在京津地区、东北及华东、华南地区。所以不可避免要进行大容量远距离输电．青海龙羊峡——北京输电线路就属于这一类。

2）用直流线路联络两个交流系统，以取得较大的经济效益。葛洲坝——上海直流输电工程属于这一类。

3）用海底电缆跨海送电．我国沿海岛屿众多，许多岛屿（如舟山群岛、海南岛、崇明岛、等）需要由送电或互联并网．舟山直流输电工程就属于这一类．

4）用直流通过电缆向大城市中心供电，以解决大城市电能日益增长的迫切需要．在英国，已由金思用直流输电向伦敦供电．我国上海、北京等大城市不久也将会实现．

4．结语

随着人类经济的发展以及社会的进步，人类对电力的需求将越来越大，电网的发展仍需面对众多挑战。通过分析我国及输配电线路电网发展的现状，剖析输电线路建设中存在的问提，我国电网的发展与国际水平仍存在一定的差距。由此提出以下建议:

1）输配电线路的选择，必须因地制宜，通过合理论证，选取适当的方式方法，分析研究各地输电线路网络、资源状况和自然环境条件的特点，总结经验，制定合理的技术，指导输电线路的工程建设、运行管理和科研开发工作。

2）加快推进产学研的结合，运用科技的手段不断完善电网运行发展中的不足，推动电网的发展。

3）推动智能电网的发展，实现线路的运营、管理的自动化操作。智能电网是指通过超导、智能化管理、分布式管理、可再生能源接入、电动汽车即插即用电源、一网多道等技术集成，能极大提高使用价值和效率的新一代电网。智能电网与传统电网相比，具有更高的安全性、可靠性、适应性、经济性、开放性，不仅能有效保证电力安全可靠运行，不断提高需求侧管理水平，还能促进分布式可再生能源的发展。开展智能电网建设，有利于保障江苏电力安全运行和可靠供电，有利于推动江苏新能源和可再生能源的发展，有利于电力用户提供更为便捷、优质的服务，有利于江苏实现节能减排目标、提升科学发展水平，有利于拉动江苏经济平稳较快发展。

4）推动新能源的发展，通过对风能，太阳能，海洋能等新能源的开发与研究加速电网的发展与壮大，而这必须依靠科技的力量，充分发挥科技的力量实现可再生资源的合理利用。

参考文献：

1. 黄志明.输电线路建设与展望[J].中国电力,1999(32).

2. 袁清云.我国特高压发展规划及研究成果.电力设备.2007.8(3)

3. 直流输电的优势与前景.http://nvrenjk.blogbus.com/logs/37653950.html