直流輸電

【釋義】：將發電廠發出的交流電，經整流器變換成直流電輸送至受電端，再用逆變器將直流電變換成交流電送到受端交流電網的一種輸電方式。主要應用於遠距離大功率輸電和非同步交流系統的聯網，具有線路投資少、不存在系統穩定問題、調節快速、運行可靠等優點。

直流輸電與交流輸電相比有以下優點：

①當輸送相同功率時，直流線路造價低，架空線路桿塔結構較簡單，線路走廊窄，同絕緣水平的電纜可以運行於較高的電壓；

②直流輸電的功率和能量損耗小；

③對通信干擾小；

④線路穩態運行時沒有電容電流，沒有電抗壓降，沿線電壓分佈較平穩，線路本身無需無功補償；

⑤直流輸電線聯繫的兩端交流系統不需要同步運行，因此可用以實現不同頻率或相同頻率交流系統之間的非同步聯繫；

⑥直流輸電線本身不存在交流輸電固有的穩定問題，輸送距離和功率也不受電力系統同步運行穩定性的限制；

⑦由直流輸電線互相聯繫的交流系統各自的短路容量不會因互聯而顯著增大；

⑧直流輸電線的功率和電流的調節控制比較容易並且迅速，可以實現各種調節、控制。如果交、直流並列運行，有助於提高交流系統的穩定性和改善整個系統的運行特性。

直流輸電的發展也受到一些因素的限制。首先，直流輸電的換流站比交流系統的變電所複雜、造價高、運行管理要求高；其次，換流裝置（整流和逆變）運行中需要大量的無功補償，正常運行時可達直流輸送功率的40～60%；換流裝置在運行中在交流側和直流側均會產生諧波，要裝設濾波器；直流輸電以大地或海水作迴路時，會引起沿途金屬構件的腐蝕，需要防護措施。要發展多端直流輸電，需研製高壓直流斷路器。

以直流電流傳輸電能。人們對電能的應用和認識是首先從直流開始的。法國物理學家和電氣技師M.德普勒於1882年將裝設在米斯巴赫煤礦中的3馬力直流發電機所發的電能，以1500～2000伏直流電壓，送到了57公里以外的慕尼黑國際博覽會上，完成了第一次輸電試驗。此後在20世紀初，試驗性的直流輸電的電壓、功率和距離分別達到過125千伏、20兆瓦和225公里。但由於採用直流發電機串聯獲得高壓直流電源，受端電動機也是用串聯方式運行，不但高壓大容量直流電機的換向困難而受到限制，串聯運行的方式也比較複雜，可靠性差，因此直流輸電在近半個世紀的時期里沒有得到進一步發展。20世紀50年代，高壓大容量的可控汞弧整流器研製成功，為高壓直流輸電的發展創造了條件；同時電力系統規模的擴大，使交流輸電的穩定性問題等局限性也表現得更明顯，直流輸電技術又重新為人們所重視。1954年瑞典本土和哥得蘭島之間建成一條96公里長的海底電纜直流輸電線，直流電壓為±100千伏，傳輸功率為20兆瓦，是世界上第一條工業性的高壓直流輸電線。50年代後期可控硅整流元件的出現，為換流設備的製造開闢了新的途徑。30年來，隨著電力電子技術的進步，直流輸電有了新的發展。到80年代世界上已投入運行的直流輸電工程共有近30項，總輸送容量約2萬兆瓦，最長的輸送距離超過1千公里。並且還有不少規模更大的工程正在規劃設計和建設中。

在20世紀30～50年代，人們探索用各種器件構成換流器作為直流高電壓電源，以替代直流發電機，從而研製了可控汞弧閥換流器，為發展高壓大功率直流輸電開闢了道路，自1954年世界上第一個商業性的直流輸電工程—哥得蘭島直流輸電工程建成以來，直流輸電又重新被人們所重視並迅速崛起，20世紀70年代，隨著可控硅技術的突飛猛進的發展，高壓直流輸電的技術優勢也日趨明顯，因此說哥得蘭島直流輸電工程的成功商業應用標誌著直流輸電的崛起。

直流輸電目前主要用於5個方面：

①遠距離大功率輸電；

②聯繫不同頻率或相同頻率而非同步運行的交流系統；

③作網路互聯和區域系統之間的聯絡線（便於控制、又不增大短路容量）；

④以海底電纜作跨越海峽送電或用地下電纜向用電密度高的大城市供電；

⑤在電力系統中採用交、直流輸電線的並列運行，利用直流輸電線的快速調節，控制、改善電力系統的運行性能。

隨著電力電子技術的發展，大功率可控硅製造技術的進步、價格下降、可靠性提高，換流站可用率的提高，直流輸電技術的日益成熟，直流輸電在電力系統中必然得到更多的應用。當前，研製高壓直流斷路器、研究多端直流系統的運行特性和控制、發展多端直流系統、研究交直流並列系統的運行機理和控制，受到廣泛的關注。

許多科學技術學科的新發展為直流輸電技術的應用開拓著廣闊的前景，多種新的發電方式──磁流體發電、電氣體發電、燃料電池和太陽能電池等產生的都是直流電，所產生的電能要以直流方式輸送，並用逆變器變換送入交流電力系統；極低溫電纜和超導電纜也更適宜於直流輸電，等等。今後的電力系統必將是交、直流混合的系統。

直流屏通用名為智能免維護直流電源屏，簡稱直流屏，通用型號為GZDW。簡單地說，直流屏就是提供穩定直流電源的設備。（在輸入有380V電源時直接轉化為220V，在輸入（市電和備用電）都無輸入時，直接轉化為蓄電池供電——直流220V：實際上也可以說是一種工業專用應急電源）。發電廠和變電站中的電力操作電源現今採用的都是直流電源，它為控制負荷和動力負荷以及直流事故照明負荷等提供電源，是當代電力系統控制、保護的基礎。直流屏由交配電單元、充電模塊單元、降壓硅鏈單元、直流饋電單元、配電監控單元、監控模塊單元及絕緣監測單元組成。主要應用於電力系統中小型發電廠、水電站、各類變電站，和其他使用直流設備的用戶（如石化、礦山、鐵路等），適用於開關分合閘及二次迴路中的儀器、儀錶、繼電保護和故障照明等場合。直流屏是一種全新的數字化控制、保護、管理、測量的新型直流系統。監控主機部分高度集成化，採用單板結構（Allinone），內含絕緣監察、電池巡檢、接地選線、電池活化、硅鏈穩壓、微機中央信號等功能。主機配置大液晶觸摸屏，各種運行狀態和參數均以漢字顯示，整體設計方便簡潔，人機界面友好，符合用戶使用習慣。直流屏系統為遠程檢測和控制提供了強大的功能，並具有遙控、遙調、遙測、遙信功能和遠程通訊介面。通過遠程通訊介面可在遠方獲得直流電源系統的運行參數，還可通過該介面設定和修改運行狀態及定值，滿足電力自動化和電力系統無人值守變電站的要求；配有標準RS232/485串列介面和乙太網介面，可方便納入電站自動化系統。

直流電源（DCpower）有正、負兩個電極，正極的電位高，負極的電位低，當兩個電極與電路連通后，能夠使電路兩端之間維持恆定的電位差，從而在外電路中形成由正極到負極的電流。單靠水位高低之差不能維持穩恆的水流，而藉助於水泵持續地把水由低處送往高處就能維持一定的水位差而形成穩恆的水流。與此類似，單靠電荷所產生的靜電場不能維持穩恆的電流，而藉助於直流電源，就可以利用非靜電作用（簡稱為“非靜電力”）使正電荷由電位較低的負極處經電源內部返回到電位較高的正極處，以維持兩個電極之間的電位差，從而形成穩恆的電流。因此，直流電源是一種能量轉換裝置，它把其他形式的能量轉換為電能供給電路，以維持電流的穩恆流動。直流電源中的非靜電力是由負極指向正極的。當直流電源與外電路接通后，在電源外部（外電路），由於電場力的推動，形成由正極到負極的電流。而在電源內部（內電路），非靜電力的作用則使電流由負極流到正極，從而使電荷的流動形成閉合的循環。

2014年2月21日，國產單根電壓等級最高、長度最長的直流海纜在舟山敷設入海，這標誌著世界首個五端柔性直流輸電示範工程進入後期攻堅階段。落戶舟山的世界首個五端柔性直流輸電示範工程，採用±200千伏直流電壓，分別在定海、岱山、衢山、洋山、泗礁建設一座換流站，建設交流220千伏輸電線路21.8公里，交流110千伏輸電線路9.99公里；建設直流電纜輸電線路141公里。項目建成后，將極大改善海島電網的穩定性，為群島新區跨越發展提供堅強的能源保障，也將為全國乃至世界範圍內的新能源接入與海島開發提供範本。據悉，整個柔性直流工程計劃於2014年4月完成海纜施工；5月進行系統帶電調試及試驗；6月實現五站全面建成投產。2014年7月4日，在圓滿完成168小時試運行后，世界首個五端柔性直流輸電工程——浙江舟山±200千伏五端柔性直流工程正式投入運營，標誌著我國站上了世界柔性直流輸電領域的制高點。日前，世界首個五端柔性直流輸電工程——浙江舟山五端柔性直流輸電示範工程開始進行為期90天的全面檢修工作，這是該工程投運一年來首次全面“體檢”。 2015年11月11日，福建廈門柔性直流輸變電工程圓滿完成單極線路空載升壓試驗，標誌著世界首條±320千伏柔性直流電纜首次耐受額定電壓試驗取得成功。 2015年12月17日，世界上電壓等級最高、輸送容量最大的柔性直流工程——廈門±320千伏柔性直流輸電科技示範工程正式投運。