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直流输电技术发展
 
简介: 电力技术的发展是从直流电开始的,早期的直流输电是不需要经过换流的直流输电,即发电、输电和用电均为直流电。如1882年在德国建成的57km向慕尼黑国际展览会送电的直流输电线路(2kV,1.5kW);1889年在法国用直流发电机串联而得到高电压,从毛梯埃斯(Moutiers)到里昂(Lyon)的230km直流输电线路(125kV,20MW)等,均为此种类型。
关键字:电力技术 直流输电 发展情况 
  电力技术的发展是从直流电开始的,早期的直流输电是不需要经过换流的直流输电,即发电、输电和用电均为直流电。如1882年在德国建成的57km向慕尼黑国际展览会送电的直流输电线路(2kV,1.5kW);1889年在法国用直流发电机串联而得到高电压,从毛梯埃斯(Moutiers)到里昂(Lyon)的230km直流输电线路(125kV,20MW)等,均为此种类型。随着三相交流发电机,感应电动机和变压器的迅速发展,发电和用电领域很快被交流电所取代。同时变压器又可方便地改变交流电压,从而使交流输电和交流电网得到迅速的发展,并很快占据了统治地位。但在输电领域直流具有交流输电所不能取代之处,如远距离海底电缆或地下电缆输电,不同频率电网之间的联网或送电等。
      直流输电的发展与换流技术(特别是高电压、大功率换流设备)的发展有密切的关系。
      汞弧阀换流时期  1901年发明的汞弧整流管只能用于整流。1928年具有栅极控制能力的汞弧阀研制成功,它不但可用于整流,同时也解决了逆变问题。因此可以说大功率汞弧阀使直流输电成为现实。从1954年世界上第一个工业性直流输电工程(哥特兰岛直流工程)在瑞典投入运行以后,到1977年最后一个采用汞弧阀换流的直流输电工程(纳尔逊河1期工程)建成,世界上共有12项汞弧阀换流的直流工程投入运行,其中最大的输送容量为1440MW(美国太平洋联络线1期工程),最高输电电压为±450kV(纳尔逊河1期工程),最长输电距离为1362km(太平洋联络线)。这一时期可以称为汞弧阀换流时期。由于汞弧阀制造技术复杂、价格昴贵、逆弧故障率高、可靠性较差、运行维护不便等因素,使直流输电的应用和发展受到限制。
      晶闸管阀换流时期  20世纪70年代以后,电力电子和微电子技术的迅速发展,高压大功率晶闸管的出现,晶闸管换流阀和计算机控制在直流输电工程中的应用,有效地改善了直流输电的运行性能和可靠性,促进了直流输电技术的发展。晶闸管换流阀没有逆弧故障,而且制造、试验、运行、维护和检修都比汞弧阀简单而方便。1970年瑞典首先在哥特兰岛直流输电工程原有的汞弧阀换流器上,扩建了直流电压为50kV,输送功率为10MW的晶闸管换流阀试验工程。1972年世界上第一项全部采用晶闸管换流的伊尔河直流背靠背工程在加拿大投入运行。从此以后世界上新建的直流输电工程均采用晶闸管换流阀。与此同时,原来采用汞弧阀换流的直流工程也逐步被晶闸管换流阀所替代。从70年代起开始了直流输电技术的晶闸管换流时期。在此期间,微机控制和保护、光电控制、水冷技术、氧化锌避雷器等新技术在直流输电工程中也得到了广泛的应用。
      从1954年到1998年世界上已投入运行的直流输电工程有57项,其中架空线路15项,电缆线路10项,架空线和电缆混合线路9项,背靠背直流工程23项。考虑到正在建设的直流工程,目前已运行和正在建设的直流工程共66项,其中架空线路20项(占30.3%),电缆线路10项(占15.2%),架空线和电缆混合线路11项(占16.6%),背靠背直流工程25项(占37.9%)。这些工程的总输送容量为63674MW,其中架空线路单项工程的最大容量为6000MW(已运行的为3150MW),最高电压为±750kV(已运行的为±600kV),最长输电距离为2414km(已运行的为1700km)。单项直流电缆工程的最大容量为2800MW(已运行的为1000MW),最高电压为±500kV(已运行的为450kV),最长输电距离为670 km(已运行的为250 km)。单项背靠背工程最大容量为1065MW。
      在这个时期直流输电在远距离大容量送电,电网互联和电缆送电(特别是海底电缆送电)等方面均发挥了重大的作用。直流工程输送容量的年平均增长率,在1960-1975年为460MW/年,1976-1980年为1500MW/年,1981-1998年为2096MW/年。
      新型半导体换流设备的应用  进入90年代以后,新型金属氧化物半导体器件-绝缘栅双极晶体管(IGBT)首先在工业驱动装置上得到广泛的应用。1997年3月世界上第一个采用IGBT构成电压源换流器的直流输电工业性试验工程,在瑞典中部投入运行,其输送功率和电压为3MW和10kV,输送距离10km。由于这种换流器的功能强,体积小,可以减少换流站的滤波装置,省去换流变压器,简化换流站结构,而称之为轻型直流输电(HVDC Light)。采用IGBT的电压源换流器,具有关断电流的能力,可以应用脉宽调制(PWM)技术进行无源逆变,解决了用直流输电向无交流电源的负荷点送电的问题。在瑞典、澳大利亚和爱沙尼亚已有四项轻型直流输电工程与制造厂签订了合同,计划1999年和2000年建成。但IGBT损耗大,不利于大型直流工程的采用。今后集成门极换相晶闸管(IGCT)和碳化硅等新型半导体器件的开发,给直流输电技术的发展将创造更好的条件。
 

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