當(dāng)前中國東南部經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)傳統(tǒng)能源資源逐步枯竭，能源資源與電力負(fù)荷在更大范圍內(nèi)逆向分布的問題日益突出，煤炭運(yùn)輸成本過高且運(yùn)力不足，經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的人口密集地區(qū)空氣污染問題日趨嚴(yán)重。迫切需要發(fā)展特高壓電網(wǎng)作為我國能源傳輸?shù)男峦緩?，從更大的地理范圍?shí)現(xiàn)能源資源優(yōu)化配置和利用。高壓直流輸電系統(tǒng)，是特高壓電網(wǎng)的重要組成部分，可以高效、廣域、低損耗的傳輸清潔能源，是遠(yuǎn)距離大容量輸送電力的重要技術(shù)形式。國家電網(wǎng)在運(yùn)的四回特高壓直流輸送容量在6400-8000MW之間，聯(lián)系了我國的能源基地與負(fù)荷中心，發(fā)揮著巨大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。本文以全球性的視野，重點(diǎn)介紹和展望了特高壓直流輸電技術(shù)的發(fā)展與前景。為滿足國內(nèi)直流輸電工程的建設(shè)需要，緊跟直流輸電設(shè)備制造水平的前沿技術(shù)，對(duì)直流輸電技術(shù)發(fā)展的最新成果進(jìn)行了總結(jié)。歸納了特高壓直流運(yùn)行方式的特點(diǎn)，指出將電流自然換相技術(shù)與柔性直流技術(shù)相結(jié)合構(gòu)成多端直流輸電技術(shù)是未來直流輸電技術(shù)的發(fā)展方向;介紹了多換流站共用接地極技術(shù)、換相直流輸電技術(shù)、大功率半導(dǎo)體器件及換流變壓器的應(yīng)用現(xiàn)狀;分析了3種光電式電流互感器的特點(diǎn);總結(jié)了直流輸電控制保護(hù)系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀;最后結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，闡述了跨區(qū)電網(wǎng)運(yùn)行中采用區(qū)域直流集控技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，對(duì)未來高壓直流輸電的設(shè)計(jì)、制造、建設(shè)有很強(qiáng)的指導(dǎo)意義。

目的

我國一次能源與負(fù)荷需求逆向分布的特點(diǎn)，客觀上要求在大范圍內(nèi)對(duì)能源進(jìn)行優(yōu)化配置。為實(shí)現(xiàn)能源的經(jīng)濟(jì)合理調(diào)配，國家電網(wǎng)公司正全力建設(shè)全國范圍內(nèi)的特高壓堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)。高壓直流輸電因其技術(shù)上的優(yōu)點(diǎn)成為遠(yuǎn)距離跨區(qū)域電能輸送的重要組成手段，自三峽地區(qū)電力送出、西電東送等工程后，復(fù)奉特高壓直流、德寶直流等工程相繼投運(yùn)，后續(xù)還有二十余條特高壓直流輸電工程已進(jìn)入規(guī)劃設(shè)計(jì)階段。

自1954年瑞典哥特蘭島直流輸電工程投運(yùn)以來，世界各國已有上百個(gè)現(xiàn)代工業(yè)化直流輸電工程建成投運(yùn)，直流電壓、電流和輸電容量遍布各個(gè)等級(jí)。隨著材料科學(xué)、微電子技術(shù)、制造工藝水平等的不斷發(fā)展，換流站一、二次設(shè)備有了長足進(jìn)步。在直流輸電技術(shù)大規(guī)模應(yīng)用于電力系統(tǒng)背景下，有必要掌握設(shè)備發(fā)展現(xiàn)狀、總結(jié)設(shè)備發(fā)展趨勢(shì)、歸納設(shè)備運(yùn)維經(jīng)驗(yàn)，反哺設(shè)備設(shè)計(jì)制造，以確保直流輸電技術(shù)的不斷更新進(jìn)步。

本文從電網(wǎng)建設(shè)生產(chǎn)實(shí)際角度總結(jié)了當(dāng)今直流輸電技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，分析了一次拓?fù)洹⒅髟O(shè)備、二次控制保護(hù)設(shè)備等方面的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，以期為后續(xù)工程的建設(shè)實(shí)施提供參考。

方法

文章從系統(tǒng)查閱科技文獻(xiàn)、工程資料入手，吸納最新工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，將理論分析與工程應(yīng)用相結(jié)合，既分析了已有技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)，又指出了相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)進(jìn)步在直流輸電技術(shù)創(chuàng)新中的應(yīng)用。梳理了直流輸電的可行拓?fù)?，主要推薦了國家電網(wǎng)公司主導(dǎo)建設(shè)的采用雙12脈動(dòng)閥組串聯(lián)技術(shù)的特高壓直流輸電工程。圍繞直流輸電核心設(shè)備：換流閥、換流變壓器、光電流互感器、直流控制保護(hù)、集中控制系統(tǒng)展開研究，總結(jié)了上述設(shè)備的發(fā)展現(xiàn)狀，指出了未來設(shè)備發(fā)展趨勢(shì)。

結(jié)果

文章指出特高壓直流拓?fù)渥铒@著的特點(diǎn)是解決了為提高系統(tǒng)可用率而產(chǎn)生的換流器在線投退問題。一個(gè)極可以采用單組或兩組12 脈動(dòng)換流閥串聯(lián)運(yùn)行，允許一個(gè)閥組退出運(yùn)行后另一個(gè)閥組繼續(xù)運(yùn)行，每極高低12脈動(dòng)換流器兩端設(shè)計(jì)電壓相同，其正送和反送功率傳輸方向下運(yùn)行方式有40余種。為適應(yīng)風(fēng)光電打捆輸送和城市多落點(diǎn)直流電網(wǎng)需求，混合型多端直流、極聯(lián)式多端直流拓?fù)涞膽?yīng)用前景十分廣闊。特別指出極聯(lián)式多端直流將同一極的換流器組合理分布于不同的物理點(diǎn)，送端或受端都可能由地理位置上不同的若干換流端組成，整個(gè)系統(tǒng)控制方式與一條含多換流器組的特高壓直流線路的控制沒有區(qū)別，也可以靈活的安排不同地點(diǎn)的閥組靈活的投退運(yùn)行。優(yōu)點(diǎn)包括：減少了從交流電源到送端換流站的聯(lián)系輸變電工程投資;減少了單一換流端無功功率的壓力，便于無功合理就地平衡;通過分區(qū)消納電力，各換流站出線大大減少，短路電流水平降低;有效解決了交流系統(tǒng)潮流回轉(zhuǎn)問題，減輕了受端交流系統(tǒng)的壓力。

文章還指出電壓源換相直流輸電技術(shù)、電觸發(fā)大容量晶閘管技術(shù)、全光控晶閘管技術(shù)、碳化硅器件技術(shù)是換流器件的突破方向;指出了大容量換流變壓器制造的重難點(diǎn)問題，提出了現(xiàn)場(chǎng)組裝換流變壓器的建設(shè)思路;強(qiáng)調(diào)光電流互感器對(duì)于直流輸電控制保護(hù)系統(tǒng)發(fā)展的重要性，特別提示了全光型電流互感器的實(shí)用優(yōu)勢(shì)。此外文章還對(duì)直流輸電控制保護(hù)系統(tǒng)集成和模塊化設(shè)計(jì)進(jìn)行了討論，為適應(yīng)多區(qū)域多饋入直流輸電系統(tǒng)的集中控制系統(tǒng)構(gòu)架設(shè)計(jì)指明了發(fā)展方向。

結(jié)論

直流輸電發(fā)展到今天，在一次和二次設(shè)備層面均有了長足進(jìn)步，其發(fā)展方向是在保證系統(tǒng)運(yùn)行可靠的情況下不斷提高運(yùn)行電壓、增大輸送功率、降低系統(tǒng)損耗、發(fā)揮其快速可控性以提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。一次設(shè)備發(fā)展的關(guān)鍵是在制造和運(yùn)輸限制條件下提高設(shè)備的絕緣耐壓水平，提高通流能力,研究合理的主電路拓?fù)?，提高直流輸電系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能。二次設(shè)備發(fā)展的技術(shù)趨勢(shì)是不斷提高設(shè)備可靠性，提高控制性能指標(biāo)，提高協(xié)調(diào)控制能力。通過功能的合理集成、有序分布，方便人機(jī)交互，不斷提高直流輸電運(yùn)行的集約化水平。