高壓直流與交流電纜優(yōu)勢(shì)對(duì)比直流輸電技術(shù)的優(yōu)點(diǎn):
經(jīng)濟(jì)方面:
(1)線路造價(jià)低。對(duì)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(shí)只要一根,能節(jié)省大量的線路建設(shè)費(fèi)用。對(duì)于電纜,由于絕緣介質(zhì)的直流強(qiáng)度遠(yuǎn)高于交流強(qiáng)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(wú)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(wú)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(yùn)行費(fèi)用上均較交流經(jīng)濟(jì)。
技術(shù)方面:
(1)不存在系統(tǒng)穩(wěn)定問(wèn)題,可實(shí)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(jī)都保持同步運(yùn)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(fèi)用。而用直流輸電系統(tǒng)連接兩個(gè)交流系統(tǒng),由于直流線路沒有電抗,不存在上述穩(wěn)定問(wèn)題。因此,直流輸電的輸送容量和距離不受同步運(yùn)行穩(wěn)定性的限制.還可連接兩個(gè)不同頻率的系統(tǒng),實(shí)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(gè)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(gè)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(yùn)行可靠。直流輸電通過(guò)可控硅換流器能快速調(diào)整有功功率,實(shí)現(xiàn)“潮流翻轉(zhuǎn)”(功率流動(dòng)方向的改變),在正常時(shí)能保證穩(wěn)定輸出,在事故情況下,可實(shí)現(xiàn)健全系統(tǒng)對(duì)故障系統(tǒng)的緊急支援,也能實(shí)現(xiàn)振蕩阻尼和次同步振蕩的抑制。在交直流線路并列運(yùn)行時(shí),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(jī)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(shí)無(wú)電容電流,沿線電壓分布平穩(wěn),無(wú)空、輕載時(shí)交流長(zhǎng)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(bǔ)償。
(5)節(jié)省線路走廊。按同電壓500kV考慮,一條直流輸電線路的走廊~40m,一條交流線路走廊~50m,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)用的主要原因。在輸送相同容量時(shí),直流線路單位長(zhǎng)度的造價(jià)比交流低;而直流輸電兩端換流設(shè)備造價(jià)比交流變電站貴很多。這就引起了所謂的“等價(jià)距離”問(wèn)題。
(2)消耗無(wú)功功率多。一般每端換流站消耗無(wú)功功率約為輸送功率的40%~60%,需要無(wú)功補(bǔ)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(jī)過(guò)熱、換流器的控制不穩(wěn)定,對(duì)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(wú)過(guò)零點(diǎn),滅弧困難。目前缺乏直流開關(guān)而是通過(guò)閉鎖換流器的控制脈沖信號(hào)實(shí)現(xiàn)開關(guān)功能。若多條直流線路匯集一個(gè)地區(qū),一次故障也可能造成多個(gè)逆變站閉鎖,而且在多端供電方式中無(wú)法單獨(dú)地切斷事故線路而需切斷全部線路,從而會(huì)對(duì)系統(tǒng)造成重大沖擊。
(5)從運(yùn)行維護(hù)來(lái)說(shuō),直流線路積污速度快、污閃電壓低,污穢問(wèn)題較交流線路更為嚴(yán)重。與西方發(fā)達(dá)國(guó)家相比,目前我國(guó)大氣環(huán)境相對(duì)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(yán)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(lái)改變電壓等級(jí)。直流輸電主要用于長(zhǎng)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(jì)輸送容量為1000kW,輸送距離為300~500km)已不能滿足需要,只有提高電壓等級(jí),采用特高壓輸電方式,才能獲得較高的經(jīng)濟(jì)效益。
特高壓交流輸電的主要優(yōu)點(diǎn):
(1)提高傳輸容量和傳輸距離。隨著電網(wǎng)區(qū)域的擴(kuò)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(jí)越高,緊湊型輸電的效果越好。
(2)提高電能傳輸?shù)慕?jīng)濟(jì)性.輸電電壓越高輸送單位容量的價(jià)格越低。
(3)節(jié)省線路走廊和變電站占地面積。一般來(lái)說(shuō),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(guó)而言,電壓每提高1%,每年就相當(dāng)于新增加500萬(wàn)kW的電力,500kV輸電比1200kV的線損大5倍以上。
(5)有利于連網(wǎng),簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),減少故障率。
特高壓輸電的主要缺點(diǎn):
特高壓輸電的主要缺點(diǎn)是系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性問(wèn)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(guó),2次在歐洲。這些嚴(yán)重的大電網(wǎng)瓦解事故說(shuō)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(wèn)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(fù)載能力較低,電源的集中送出帶來(lái)了較大的穩(wěn)定性問(wèn)題。下級(jí)電網(wǎng)不能解環(huán)運(yùn)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(yùn)行。另外,特高壓交流輸電對(duì)環(huán)境影響較大。