直流輸電技術的優點:
經濟方面:
(1)線路造價低。對于架空輸電線,交流用三根導線,而直流一般用兩根,采用大地或海 水作回路時只要一根,能節省大量的線路建設費用。對于電纜,由于絕緣介質的直流強度遠 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, 導線的截面利用充分。 另外, 直流架空線路的“空間電荷效應” 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初投資和年運行費用上均較交流經濟。
技術方面:
(1)不存在系統穩定問題,可實現電網的非同期互聯,而交流電力系統中所有的同步發電 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絡 結構和參數的限制,還須采取提高穩定性的措施,增加了費用。而用直流輸電系統連接兩個 交流系統,由于直流線路沒有電抗,不存在上述穩定問題。因此,直流輸電的輸送容量和距 離不受同步運行穩定性的限制.還可連接兩個不同頻率的系統,實現非同期聯網,提高系統 的穩定性。
(2)限制短路電流。如用交流輸電線連接兩個交流系統,短路容量增大,甚至需要更換斷 路器或增設限流裝置。然而用直流輸電線路連接兩個交流系統,直流系統的“定電流控制’, 將快速把短路電流限制在額定功率附近,短路容量不因互聯而增大。
(3)調節快速,運行可靠。直流輸電通過可控硅換流器能快速調整有功功率,實現“潮流翻 轉”(功率流動方向的改變) ,在正常時能保證穩定輸出,在事故情況下,可實現健全系統對 故障系統的緊急支援,也能實現振蕩阻尼和次同步振蕩的抑制。在交直流線路并列運行時, 如果交流線路發生短路, 可短暫增大直流輸送功率以減少發電機轉子加速, 提高系統的可靠 性。
(4)沒有電容充電電流。直流線路穩態時無電容電流,沿線電壓分布平穩,無空、輕載時 交流長線受端及中部發生電壓異常升高的現象,也不需要并聯電抗補償。
(5)節省線路走廊。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。
直流輸電技術的不足:
(1)換流裝置較昂貴。這是限制直流輸電應用的主要原因。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)產生諧波影響。換流器在交流和直流側都產生諧波電壓和諧波電流,使電容器和發電 機過熱、換流器的控制不穩定,對通信系統產生干擾。
(4)就技術和設備而言,直流波形無過零點,滅弧困難。目前缺乏直流開關而是通過閉鎖 換流器的控制脈沖信號實現開關功能。 若多條直流線路匯集一個地區, 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。 與西方發達******相比, 目前我國大氣環境相對較差, 這使直流線路的清掃及防污閃更為困難。 設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、交流系統之間 異步互聯和海底電纜送電等。與直流輸電比較,現有的交流500kV 輸電(經濟輸送容量為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,才能獲得較高的經濟效益。
特高壓交流輸電的主要優點:
(1)提高傳輸容量和傳輸距離。隨著電網區域的擴大,電能的傳輸容量和傳輸距離也不斷 增大。所需電網電壓等級越高,緊湊型輸電的效果越好。
(2)提高電能傳輸的經濟性.輸電電壓越高輸送單位容量的價格越低。
(3)節省線路走廊和變電站占地面積。一般來說,一回1150kV 輸電線路可代替6回500kV 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,簡化網絡結構,減少故障率。
特高壓輸電的主要缺點:
特高壓輸電的主要缺點是系統的穩定性和可靠性問題不易解決。 自1965-1984年世界上 共發生了6次交流大電網瓦解事故,其中4次發生在美國,2次在歐洲。這些嚴重的大電網瓦 解事故說明采用交流互聯的大電網存在著安全穩定、 事故連鎖反應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初期,不能形成主網架,線路負載能力較低,電源的集中 送出帶來了較大的穩定性問題。 下級電網不能解環運行, 導致不能有效降低受端電網短路電 流,這些都威脅著電網的安全運行。另外,特高壓交流輸電對環境影響較大。
總結:
由于交流特高壓和高壓直流各有優缺點,都能用于長距離大容量輸電線路和大區電網間的互聯線路,兩者各有優缺點。輸電線路的建設主要考慮的是經濟性,而互聯線路則要將系統 的穩定性放*********位。隨著技術的發展,雙方的優缺點還可能互相轉化。兩種輸電技術將在 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(運行電壓800kV) ,有可能因兩級電壓相距太近,會造成電磁環網多、潮流控制困難、電網損耗大等問題,而且,即使今后采用靈活交流輸電技術或緊湊型輸電技術,輸電容量的有限增加仍難以滿足電力系 統長遠發展的需要。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 建設全國的堅強電網方面具有一定的優勢,在技術和設備上并無不可逾越的技術難題, 在建設投資和運行上也較為經濟。