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直流输电和交流输电的对比分析

时间:2023-06-26 理论教育 版权反馈
【摘要】:直流输电与交流输电在多个特性方面是截然不同的,表4-1给出了直流输电与交流输电在输电功率和稳定性方面的比较。值得指出,由于直流电压升降困难,高压直流输电的基础是两端高压交流电力系统。要实现直流输电,在送电端需要一套将交流电整流为直流电的换流器,而在受电端需要一套将直流电逆变为同步交流电的换流器,导致输电设备成本增加。参考文献[4]列表给出了包括投资和运行成本在内的交直流输电系统经济性比较。

直流输电和交流输电的对比分析

直流输电与交流输电在多个特性方面是截然不同的,表4-1给出了直流输电与交流输电在输电功率和稳定性方面的比较。

除输电特性上的不同外,从技术性能上讲,直流输电具有如下优势:

1)在有效电压相同的情况下,直流电压幅值小,有利于绝缘;

2)直流输电没有无功功率输送,也没有线路上的集肤效应,输电损耗小;

3)输电稳定性高,输电容量和距离理论上来说不受限制;

4)没有电容电流,不产生介质损耗和电压升,有利于地下(或海底)电缆送电。

值得指出,由于直流电压升降困难,高压直流输电的基础是两端高压交流电力系统。要实现直流输电,在送电端需要一套将交流电整流为直流电的换流器,而在受电端需要一套将直流电逆变为同步交流电的换流器,导致输电设备成本增加。一般而言,直流输电的终端设备成本较高,但单位长度的线路成本较低。若从包括终端设备成本、输电线路成本、杆塔成本、占地成本和资本损失等在内的整体经济性而言,存在一个直流输电与交流输电的等价距离,如图4-1所示[3]。在确定的输电容量下,当输电距离小于等价距离时,交流输电较为经济,而大于等价距离时,直流输电较为经济。一般认为,架空线路在600~800km以上、电缆在30~40km以上时,传统HVDC比较优越。当输电距离短、容量小、电压相对较低时,可以考虑采用VSC-HVDC技术。参考文献[4]列表给出了包括投资和运行成本在内的交直流输电系统经济性比较。

表4-1 直流输电与交流输电的特性比较

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图4-1 直流输电与交流输电的经济性比较

在直流输电与交流输电的选择中,不仅要比较经济优势,还要考虑技术和环境因素。从经济性上讲,要综合考虑建设经济性问题和运行经济性问题;从对环境与社会的影响上讲,要考虑土地资源占用问题和电磁干扰问题;从技术方面而言,则要考虑可行性等问题。高压直流输电主要用于:

1)连接两个不同频率的电网;

2)长距离跨海输电;

3)输电功率控制与提高电网稳定性;(www.xing528.com)

4)无功支撑、电能质量控制等附加功能。

采用晶闸管换流器的传统HVDC存在如下缺点:

1)换流器网侧谐波较大,对交流滤波器要求高;

2)换流器从网侧吸收大量无功功率,需要增设无功补偿电容器装置;

3)整流器直流侧输出电压脉动大,对直流滤波器要求高;

4)为了防止换相失败,要求交流电网具有较大的短路容量;

5)晶闸管逆变器只能实现有源逆变,无法向单纯负载点供电。

晶闸管换流器的上述缺点使得传统HVDC系统在中小容量和短距离输电中缺乏竞争力。但是,新发展起来的基于电压源换流器的VSC-HVDC系统正好弥补了传统HVDC的这一不足。电压源换流器采用全控器件和PWM控制技术,使得VSC-HVDC除具有直流输电的一般优点外,还具有如下特点:

1)换流器谐波次数高,谐波含量小,容易滤除;

2)不需要电网提供无功功率,必要时还可以向电网提供连续可调的感性无功或容性无功,即可以兼做交流系统的无功电源

3)整流器直流侧输出电压脉动小,对直流滤波器要求低;

4)可以向单纯负载点供电;

5)必要时,还可以附加交流电网电能质量控制功能。

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