直流输电存在的缺陷及优化策略

2023-06-29 理论教育版权反馈

【摘要】：换流装置在运行中产生大量谐波，会在交流侧和直流侧产生谐波电压和谐波电流，使电容器和发电机过热，使换流器本身的控制不稳定，对通信系统产生干扰，影响系统的运行，为此须增加大量滤波器装置。由于直流输电电流不像交流电流有过零点，故较难熄弧。一般是通过闭锁换流器的控制脉冲，使电流降到零，起到部分开关功能的作用。引起发电机的次同步振荡。

直流输电与交流输电相比，也存在如下缺点[4]：

（1）换流站设备昂贵。换流装置都由许多高电压、大电流晶闸管元件串联组成一个桥阀，并附带有均压电阻器、电容器、电抗器、冷却装置以及电子触发板等，约占总投资的1/3。

（2）换流装置需要消耗大量的无功功率。一般情况下，整流器和逆变器所需无功功率分别为有功功率的30%～50%和40%～60%。

（3）换流装置在运行中产生大量谐波，会在交流侧和直流侧产生谐波电压和谐波电流，使电容器和发电机过热，使换流器本身的控制不稳定，对通信系统产生干扰，影响系统的运行，为此须增加大量滤波器装置。

（4）换流装置过载能力较小。例如，三峡—常州、三峡—广东±500 kV高压直流输电标称额定值均为30 W，它们的设计允许3 480 MW的持续过负载能力和4 500 MW的5 s短时过负载能力。直流输电如果需要具有更大的过负荷能力，则必须在设备选型时预先考虑，此时需要增加投资。

（5）由于目前高压直流断路器技术不够成熟，限制了多端直流系统的发展。由于直流输电电流不像交流电流有过零点，故较难熄弧。一般是通过闭锁换流器的控制脉冲，使电流降到零，起到部分开关功能的作用。因此在多端供电时，不如交流方便。

（6）以大地或者海水作为回路时会对沿途的金属构件、管道等产生腐蚀作用，对航海导仪表产生影响。以单极大地回路的方式运行时，电流将沿大地返回，在返回的途中电流总是趋向于沿阻抗低的导体流动，如金属管道、电（光）缆金属护套等。而电流在地中金属导体中的流动会使金属发生电化学腐蚀，同时还存在着自身电流场的腐蚀。因为负荷电流经过大地返回时在两个接地电极之间的区域内形成了一个直流干扰电流场，这种电流场的存在也会造成地下金属的腐蚀。从材料化学的角度，自身电流场的腐蚀本质上是一种电解反应中的阳极金属溶解损耗，这种腐蚀的本质与高压直流系统接地电极的阳极材料腐蚀又是完全相同的，接地极由于其尖端电流密度大，在这种强场的作用下金属材料损耗的速度更快。

（7）控制装置复杂。虽然直流输电系统能方便而迅速地调节与控制功率、电流、电压频率及无功功率，但控制装置复杂，通常需采取双重化措施，以保证可靠运行。

（8）引起变压器噪声水平增大。直流输电单极运行时沿线附近的变压器将受到影响，主要表现为变压器的噪声水平会增大，中性点直流电流会增加。以天广直流输电系统为例，其单极容量为90 MW，直流电压为500 kV，直流电流约1 800 A。当直流单极运行时，其附近的大亚湾核电站的变压器噪声明显增大，振动值也较高（接近1.5倍）[14]。主要原因是：单极运行时会有较大的直流电流经过变压器中性点注入变压器，导致铁芯饱和，于是变压器在一个方向进入深度饱和运行状态，结果引起偶次谐波急剧增加，导致变压器振动。如果在这种状态下长期运行，会导致油温升高、夹件松动，甚至影响主变绝缘。

（9）引起发电机的次同步振荡。次同步振荡（SSO）最早出现于带串联电容补偿的输电系统，随后在高压直流输电系统中发现不恰当的控制参数也会引起发电机组轴系扭振。有研究表明，交、直流输电系统的参数、运行工况、控制方式、控制参数等都会影响发电机组的电气阻尼特性。

直流输电存在的缺陷及优化策略

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