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传输性能比较:4款方案对比分析

【摘要】:直流输电系统的发电端与电力输送端之间安装的换流站为整流装置,主要是将交流电转换成直流电,以实现直流电能传输。对输送端而言,作为整流的换流站相当于交流系统的一个负载;而电力接受端和负载用户端之间的换流站为逆变装置,主要用于将直流电逆变成交流电,以便向负载供电。而直流的过载能力往往受制于换流站。如果需要更大的过载能力,则必须在设备选型时预先考虑换流站的容量,但这将会增加建设所需设备的投资。

与交流输电系统不同的是,现在发展的高压直流输电系统的发电端和电力输送端之间与电力接受端和负载用户端之间均设有电力换流站,而非简单的电力变压器。直流输电系统的发电端与电力输送端之间安装的换流站为整流装置,主要是将交流电转换成直流电,以实现直流电能传输。对输送端而言,作为整流的换流站相当于交流系统的一个负载;而电力接受端和负载用户端之间的换流站为逆变装置,主要用于将直流电逆变成交流电,以便向负载供电。对接受端而言,逆变站又相当于交流系统的一个电源。由于换流站的引入,使得直流输电系统与发电、用电系统之间的相互干扰和影响比交流输电系统要小,运行管理简单、方便、高效,这对于我国当前发展跨大区联网、合同售电、合资办电等形式的联合电力系统,尤为适宜。

1.稳定可靠性

在高压直流输电系统中,发电和用电系统之间无直接联系,因而不需要考虑同步运行,可以实现电网的非同步互联(即实现不同频率交流电网的互联),起到频率变换器的作用。另外,直流输电系统发生故障后能够实现迅速响应;而交流输电系统则要求发电和用电系统必须同步运行,具体到我国的电力系统而言,各子系统必须按照电频率50Hz运行,否则就容易造成事故。另外,直流输电线路中的两极是相互独立的,两者之间不互相影响。因而,当一极发生故障时,另外一极仍然可以继续工作,只是输送的电能减少了一半。而在交流输电系统中,只要有一相线路发生故障,就需要全线停电检修。

2.传输功率效率

交流输电能力主要受同步发电机间功角稳定问题的限制,且随着输电距离的增大,同步机间的联系电抗增大,稳定性问题将变得突出,交流输电能力受到更大的限制。而直流输电没有相位和功角,因而不存在稳定问题,只要输电线路压降、电网损耗等技术指标符合要求,就可以实现相应等级的功率传输,乃至大容量输送电力。另外,直流输电线路由于电角频率为零,因而无线路感抗和容抗,自然也不存在无功损耗,电能传输效率要优于交流输电系统。特别是在海底等特殊条件下,如果采用直流输电系统将更具优势。再者,直流架空线路具有“空间电荷”效应,其电晕损耗和无线电干扰比交流架空线路要小,且直流输电可以实行潮流和功率的自动化;而交流输电经常受到相位和功角的限制,在传输相应功率时,需对网络参数、发电机和负载的运行方式进行人工调度。

3.过载能力

通常,交流输电线路具有较高的持续运行能力,线路所允许的最大连续电流传输主要受发热条件的限制,但一般也要比正常输送功率大得多,其最大输送容量一般是受稳定极限控制。而直流的过载能力往往受制于换流站。如果需要更大的过载能力,则必须在设备选型时预先考虑换流站的容量,但这将会增加建设所需设备的投资

4.短路容量

考虑两个系统以交流形式互联时,将增加两侧系统的短路容量,有时会造成部分原有断路器不能满足开断电流的要求而需要更换设备。此时,选择合适的断路器将变得十分困难。

因而有时可考虑通过采用以直流形式与交流系统进行互联,这样就不会造成短路容量的增加,同时也有利于防止交流系统故障的扩大。因此,对于已存在的庞大交流系统,可通过直流系统互联的形式将原有的交流系统分割成相对独立的子系统,对与之连接的两个交流电网都有很好的隔离作用,不论在哪里发生故障,都不必增加交流系统的断流容量。同时,还可有效减少短路容量,提高系统运行的可靠性。

5.功率调度与管理

即使通过与之互联的两端交流系统频率不同,直流输电线路所输送的功率也可保持恒定(恒功率、恒电流等)。因而,直流输电具有潮流快速可控的特点,可用于所连交流系统的稳定与频率控制。用于直流输电系统的换流器为基于电力电子器件构成的电能控制电路,其对电力潮流的控制迅速而精确。对双端直流输电而言,其还可以实现潮流的反转。潮流反转有正常运行中所需要的慢速潮流反转和交流系统发生故障需要紧急功率支援时的快速潮流反转。潮流反转的速度主要取决于两端交流系统对直流功率变化速度的要求,以及直流输电系统主回路的限制。正常运行中潮流反转过程的时间往往在几秒甚至几十秒以上,而紧急功率支援时所需的快速潮流反转的时间通常为200~500ms,其翻转时间主要受直流回路参数的

限制,特别是对于电缆线路,太快的电压极性反转会损害其绝缘性能。这种速度的潮流控制对于所连交流系统的稳定控制、交流系统正常运行过程中应对负载随机波动的频率控制以及故障状态下的频率变动控制都能发挥重要作用。