HVDC技术简介

电能的传输和发电、变电、配电、用电一起，构成了电力系统的整体功能。通过输电，把相距甚远的（可达数千千米）发电厂和负荷中心联系起来，使电能的开发和利用超越地域的。输电按所送电流性质可分为直流输电和交流输电。19世纪80年代首先成功地实现了直流输电，后因受电压提不高的（输电容量大体与输电电压的平方成比例）19世纪末为交流输电所取代。交流输电的成功，迎来了20世纪电气化时代。20世纪60年代以来，由于电力电子技术的发展，直流输电又有新发展，与交流输电相配合，形成交直流混合的电力系统。

HVDC（High Voltage Direct Current）全称为高压直流输电。高压直流输电的主要设备是两个换流站和直流输电线。两个换流站分别与两端的交流系统相连接。HVDC的核心有两个：整流与逆变。换流站的主要设备包括换流器、换流变压器、平波电抗器、交流滤波器、直流避雷器及控制保护设备等。直流输电的发展与换流技术的发展有密切的联系，如下表所示：

表1

发展阶段特点描述

汞弧阀换流时期大功率汞弧阀的问世使直流输电成为现实，汞

弧阀制造技术复杂、价格昂贵、逆弧故障率高，

可靠性低、运行维护不方便，这些使得直流输

电的发展受到。

晶闸管（SCR）换流时期电力电子技术与微电子技术的发展，高压大功率晶闸管的问世，晶闸管换流阀和微机控制技术在直流输电工程中的应用，这些进步有效地促进了直流输电技术的发展

新型半导体（IGBT，IGCT）换流时期此类器件电压高、通流能力强、损耗低、体积小、可靠性高，并且具有自关断能力

换流器又称换流阀是换流站的关键设备，其功能是实现整流和逆变。伴随着电力电子技术以及半导体器件的发展，HVDC技术的发展经历了两个阶段：

1.传统直流输电(LCC-HVDC):基于电网换相，是电流源型的直流输电技术(Line Commutate Converter Based HVDC)。采用晶闸管，只能控制导通时刻，电流反向后关闭，不能单独控制有功功率和无功功率；直流线路故障后，通过晶闸管的控制可以清除。

2.新型电压源型的直流输电技术（VSC-HVDC）：基于全控型器件（IGBT）的换流器，由于器件的关断可由门极触发脉冲来控制，不需要所接系统为其提供换相电流，具有自换相功能(Voltage Sourced Converter Based HVDC)。

LCC-HVDC VSC-HVDC

两种技术对比如下：

表2

LCC-HVDC VSC-HVDC 1换流阀为晶闸管换流阀为IGBT

2需要交流电网提供换相电流，受

端交流系统必须具有足够的容

量，即必须有足够的短路比，当

受端电网比较弱时便容易发生换

相失败。

电流能自关断，工作在无源逆变方

式，对交流电网依赖较弱；可以为

远距离的孤立负荷送电。

3由于开通滞后角α和熄弧角γ的

存在及波形的非正弦，会吸收大

量的无功功率，其数值约为输送

直流功率的40~60%，这就需要大

量的无功补偿及滤波设备，而且

在甩负荷时会出现无功过剩，可

能导致过电压。

通常采用SPWM技术，开关频率相对

较高，经过低通滤波后就可得到所

需交流电压，可以不用变压器，所

需滤波装置的容量也大大减小；

可分别对有功功率、无功功率进行

精确控制，无需增加额外的补偿设

备。

4主要运行于较大的功率范围，约

在250MW以上

输送的功率可以从几MW到几百MW，

直流电压可达±150kV。

5与交流系统连接的器件为换流变

压器

与交流系统连接的器件为串联电感

骆乾2015.07.16