特高壓交直流引爭議 超越世界還是超越自我？
導(dǎo)語：受過去電力系統(tǒng)“重發(fā)輕送”的傳統(tǒng)思路影響，與快速發(fā)展的電源側(cè)相比，我國電網(wǎng)建設(shè)一度顯得滯后?，F(xiàn)在的智能電網(wǎng)建設(shè)更加注重輸電側(cè)，特高壓電網(wǎng)成為了骨干網(wǎng)架，在技術(shù)、設(shè)備方面，不斷的的實現(xiàn)了突破和創(chuàng)新，現(xiàn)如今特高壓、智能電網(wǎng)技術(shù)達到世界領(lǐng)先，自身的發(fā)展下一步該如何定位，確實是一個值得思考的問題。
科技創(chuàng)新體系成型 特高壓智能電網(wǎng)技術(shù)世界領(lǐng)先
7月28日，國家電網(wǎng)公司副總經(jīng)理舒印彪在溪洛渡左岸―浙江金華±800千伏特高壓直流輸電工程開工動員大會上說：“與已建成的特高壓直流工程相比，該工程在輸送容量、技術(shù)水平等方面再次刷新世界紀錄。”這是近年來我國電網(wǎng)技術(shù)日新月異發(fā)展的一個縮影。科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力。正是在這樣的信念指引下，我國電網(wǎng)技術(shù)飛速發(fā)展，在電網(wǎng)規(guī)?；ㄔO(shè)，特高壓、智能電網(wǎng)等新技術(shù)發(fā)展和促進新能源發(fā)展等方面都取得了長足進步，成就舉世矚目。電網(wǎng)技術(shù)進步的例子更是不勝枚舉，以特高壓、智能電網(wǎng)技術(shù)為代表，我國在電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域已經(jīng)形成了“百花齊放”的良好局面：國家電網(wǎng)±1100千伏特高壓直流輸電方案設(shè)計、絕緣配合、電磁環(huán)境等關(guān)鍵技術(shù)研究快速推進;亞洲首條柔性直流輸電示范工程在上海投運。南方電網(wǎng)公司在交直流并聯(lián)大電網(wǎng)運行、高壓直流輸電技術(shù)集成應(yīng)用、柔性交流輸電、超導(dǎo)應(yīng)用等領(lǐng)域掌握了一批核心技術(shù)，取得了一批國際先進、擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的科研成果。
特高壓技術(shù)交直流爭議 自身局限暫無法打破
直流輸電技術(shù)的優(yōu)點：
經(jīng)濟方面：
(1)線路造價低。對于架空輸電線，交流用三根導(dǎo)線，而直流一般用兩根，采用大地或海水作回路時只要一根，能節(jié)省大量的線路建設(shè)費用。對于電纜，由于絕緣介質(zhì)的直流強度遠高于交流強度，如通常的油浸紙電纜，直流的允許工作電壓約為交流的3倍，直流電纜的投資少得多。
(2)年電能損失小。直流架空輸電線只用兩根，導(dǎo)線電阻損耗比交流輸電小;沒有感抗和容抗的無功損耗;沒有集膚效應(yīng)，導(dǎo)線的截面利用充分。另外，直流架空線路的“空間電荷效應(yīng)”使其電暈損耗和無線電干擾都比交流線路小。
所以，直流架空輸電線路在線路建設(shè)初投資和年運行費用上均較交流經(jīng)濟。
技術(shù)方面：
(1)不存在系統(tǒng)穩(wěn)定問題，可實現(xiàn)電網(wǎng)的非同期互聯(lián)，而交流電力系統(tǒng)中所有的同步發(fā)電機都保持同步運行。由此可見，在一定輸電電壓下，交流輸電容許輸送功率和距離受到網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和參數(shù)的限制，還須采取提高穩(wěn)定性的措施，增加了費用。而用直流輸電系統(tǒng)連接兩個交流系統(tǒng)，由于直流線路沒有電抗，不存在上述穩(wěn)定問題。因此，直流輸電的輸送容量和距離不受同步運行穩(wěn)定性的限制.還可連接兩個不同頻率的系統(tǒng)，實現(xiàn)非同期聯(lián)網(wǎng)，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
(2)限制短路電流。如用交流輸電線連接兩個交流系統(tǒng)，短路容量增大，甚至需要更換斷路器或增設(shè)限流裝置。然而用直流輸電線路連接兩個交流系統(tǒng)，直流系統(tǒng)的“定電流控制’，將快速把短路電流限制在額定功率附近，短路容量不因互聯(lián)而增大。
(3)調(diào)節(jié)快速，運行可靠。直流輸電通過可控硅換流器能快速調(diào)整有功功率，實現(xiàn)“潮流翻轉(zhuǎn)”(功率流動方向的改變)，在正常時能保證穩(wěn)定輸出，在事故情況下，可實現(xiàn)健全系統(tǒng)對故障系統(tǒng)的緊急支援，也能實現(xiàn)振蕩阻尼和次同步振蕩的抑制。在交直流線路并列運行時，如果交流線路發(fā)生短路，可短暫增大直流輸送功率以減少發(fā)電機轉(zhuǎn)子加速，提高系統(tǒng)的可靠性。
(4)沒有電容充電電流。直流線路穩(wěn)態(tài)時無電容電流，沿線電壓分布平穩(wěn)，無空、輕載時交流長線受端及中部發(fā)生電壓異常升高的現(xiàn)象，也不需要并聯(lián)電抗補償。
(5)節(jié)省線路走廊。按同電壓500 kV考慮，一條直流輸電線路的走廊～40 m，一條交流線路走廊～50 m，而前者輸送容量約為后者2倍，即直流傳輸效率約為交流2倍。
直流輸電技術(shù)的不足：
(1)換流裝置較昂貴。這是限制直流輸電應(yīng)用的最主要原因。在輸送相同容量時，直流線路單位長度的造價比交流低;而直流輸電兩端換流設(shè)備造價比交流變電站貴很多。這就引起了所謂的“等價距離”問題。
(2)消耗無功功率多。一般每端換流站消耗無功功率約為輸送功率的40%～60%,需要無功補償。
(3)產(chǎn)生諧波影響。換流器在交流和直流側(cè)都產(chǎn)生諧波電壓和諧波電流，使電容器和發(fā)電機過熱、換流器的控制不穩(wěn)定，對通信系統(tǒng)產(chǎn)生干擾。
(4)就技術(shù)和設(shè)備而言，直流波形無過零點，滅弧困難。目前缺乏直流開關(guān)而是通過閉鎖換流器的控制脈沖信號實現(xiàn)開關(guān)功能。若多條直流線路匯集一個地區(qū)，一次故障也可能造成多個逆變站閉鎖，而且在多端供電方式中無法單獨地切斷事故線路而需切斷全部線路，從而會對系統(tǒng)造成重大沖擊。
(5)從運行維護來說，直流線路積污速度快、污閃電壓低，污穢問題較交流線路更為嚴重。與西方發(fā)達國家相比，目前我國大氣環(huán)境相對較差，這使直流線路的清掃及防污閃更為困難。設(shè)備故障及污穢嚴重等原因使直流線路的污閃率明顯高于交流線路。
(6)不能用變壓器來改變電壓等級。直流輸電主要用于長距離大容量輸電、交流系統(tǒng)之間異步互聯(lián)和海底電纜送電等。與直流輸電比較，現(xiàn)有的交流500kV輸電(經(jīng)濟輸送容量為1 000 kW,輸送距離為300~500 km)已不能滿足需要，只有提高電壓等級，采用特高壓輸電方式，才能獲得較高的經(jīng)濟效益。
特高壓交流輸電的主要優(yōu)點：
(1)提高傳輸容量和傳輸距離。隨著電網(wǎng)區(qū)域的擴大，電能的傳輸容量和傳輸距離也不斷增大。所需電網(wǎng)電壓等級越高，緊湊型輸電的效果越好。
(2)提高電能傳輸?shù)慕?jīng)濟性.輸電電壓越高輸送單位容量的價格越低。
(3)節(jié)省線路走廊和變電站占地面積。一般來說，一回1150 kV輸電線路可代替6回500 kV線路。采用特高壓輸電提高了走廊利用率。
(4)減少線路的功率損耗, 就我國而言, 電壓每提高1 % , 每年就相當于新增加500萬kW 的電力, 500 kV輸電比1200 kV的線損大5倍以上。
(5)有利于連網(wǎng)，簡化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，減少故障率。
特高壓交流輸電的主要缺點：
特高壓輸電的主要缺點是系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性問題不易解決。自1965-1984年世界上共發(fā)生了6次交流大電網(wǎng)瓦解事故，其中4次發(fā)生在美國，2次在歐洲。這些嚴重的大電網(wǎng)瓦解事故說明采用交流互聯(lián)的大電網(wǎng)存在著安全穩(wěn)定、事故連鎖反應(yīng)及大面積停電等難以解決的問題。特別是在特高壓線路出現(xiàn)初期，不能形成主網(wǎng)架，線路負載能力較低，電源的集中送出帶來了較大的穩(wěn)定性問題。下級電網(wǎng)不能解環(huán)運行，導(dǎo)致不能有效降低受端電網(wǎng)短路電流，這些都威脅著電網(wǎng)的安全運行。另外，特高壓交流輸電對環(huán)境影響較大。
總結(jié)：由于交流特高壓和高壓直流各有優(yōu)缺點，都能用于長距離大容量輸電線路和大區(qū)電網(wǎng)間的互聯(lián)線路，兩者各有優(yōu)缺點。輸電線路的建設(shè)主要考慮的是經(jīng)濟性，而互聯(lián)線路則要將系統(tǒng)的穩(wěn)定性放在第一位。隨著技術(shù)的發(fā)展，雙方的優(yōu)缺點還可能互相轉(zhuǎn)化。兩種輸電技術(shù)將在很長一段時間里并存且有激烈的競爭。
在超高壓交流輸電方面，若在500kV電壓等級上采用750kV(最高運行電壓800kV)，有可能因兩級電壓相距太近，會造成電磁環(huán)網(wǎng)多、潮流控制困難、電網(wǎng)損耗大等問題，而且，即使今后采用靈活交流輸電技術(shù)或緊湊型輸電技術(shù)，輸電容量的有限增加仍難以滿足電力系統(tǒng)長遠發(fā)展的需要。綜上所述，與750kV交流輸電相比較，特高壓在大容量遠距離輸電和建設(shè)全國的堅強電網(wǎng)方面具有一定的優(yōu)勢，在技術(shù)和設(shè)備上并無不可逾越的技術(shù)難題，在建設(shè)投資和運行上也較為經(jīng)濟。
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