特高压交直流输电系统技术经济分析

特高压交直流输电系统技术经济分析

朱毓龙于博党喜亮

（国网新疆电力有限公司伊犁供电公司新疆伊犁伊宁市835100）

摘要：随着我国电力事业的快速发展，我国特高压输电工程建设正处于稳步上升阶段。特高压输电技术的广泛应用，很好地解决了当前输电技术存在的经济性较低以及无法实现或者实现难度较大的更远距离输电问题，进一步提高了输电系统供电的稳定性、安全性以及经济性。对于当前特高压输电网而言，1000kV以及±800kV输电系统的技术经济性是重中之重。基于此，研究特高压交直流输电系统技术经济性具有重要的现实意义。

关键词：特高压交直流水电系统；技术经济性

引言：

1000kV与±800kV输电系统的技术经济性是发展特高压输电网的重要基础。从我国特高压交直流输电示范工程成功运行经验讨论1000kV与±800kV输电的技术经济性对推进特高压输电网的规划建设具有重要现实意义。

11000kV和±800kV输电系统建设成本阐述

1.11000kV输电系统的建设成本

一般来说，都是使用单位输电建设成本来表示1000kV与±800kV输电系统的建设成本。同时，参照示范工程投资决算实对其施估算。以2009年投入运行的1000kV特高压交流试验示范工程为例来看，其最初建设成本为56.9亿元。根据试验示范工程相关元器件成本以及建设成本的实际情况，使用工程成本计算方法对其建设成本进行估算，拟使用1000kV、4410MW、1500km特高压输电系统，其单位输电建设成本预期估算成本为1900元/km•MW。若将500kV输电系统建设成本按照2500元/km•MW的价格来看，那么此1000kV特高压输电系统的单位建设成本则近似为500kV输电系统的8成左右。

1.2±800kV输电系统的建设成本

对于±800kV直流输电系统而言，首先需要把各发电单元机组通过电站500kV母线汇集在一起，接着借助500kV输电线路连通到直流输电的整流站中，从而把三相交流电更换成直流电，再使用两条正负极输电线路将其配送到逆变站中，再把直流电转变为三相交流电，最后输送到有电压作为保障的500kV枢纽变电站中。和其余输电系统相同，±800kV直流输电系统在进行长距离、大规模输电的过程中，也需要两个电厂作为支撑，拟将其发电机组定位6×600MW以及5×600MW，线路总长度为1500km，通过±800kV特高压直流输电示范工程数据对其输电建设成本实施估算。某±800kV特高压直流输电示范工程的直流输电线路总长度为1891km，额定直流电流为4kA，额定换流功率为6400MW，分裂导线的规格为6×720mm2，开工建设的时间为2007年，不断对系统进行调试，最终于2010年正式投入使用。根据系统调试以及投入运行的实际结果来看，自助研发的±800kV特高压直流输电系统及其相关设备具有较高的运行性能。该±800kV直流输电示范工程建设成本为190亿元，其中换流站与相关线路的成本均占总成本的一半。根据示范工程建设成本进行估算，±800kV、6400MW、1500km直流输电系统的单位输电建设成本应为1780元/km•MW。

1.31000kV和±800kV输电系统建设成本对比分析

一般来说，通过逆变站的输出功率对交流输电进行估算，而直流输电的估算亦是如此；1000kV交流输电系统的单位建设成本与±800kV直流输电系统的单位建设成本基本一致，都为1900元/km•MW，处于相同等级。1000kV交流输电系统的对地电压为578kV和±800kV直流输电系统极线的对地电压相匹配。±800kV直流输电系统的对地电压为±800kV，极线之间的电压为1600kV，两者与1000kV交流输电系统相比，前者对地电压与极线间电压分别是后者的1.35倍以及1.6倍。对于特高压交直流输电系统的建设成本来说，其成本主要以绝缘成本为主，而绝缘成本简单来说就是系统对地电压函数。架空线路的建设成本受到方方面面的因素影响，其不会随着分裂导线截面的增加而同比增大。从理论方面以及实际试验示范工程成本的估算结果来看：当输电线路处于1500km以内的时候，1000kV和±800kV输电系统两者进行比较，前者的建设成本不仅低于±800kV直流输电，而且低于超高压输电。

21000kV与±800kV输电系统电阻功率损耗

2.11000kV输电系统电阻功率损耗

1000kV输电系统的玏率和电能损耗包括变电.站、开关站和输电线路2部分。变电站和开关站的功率损耗主要是变压器、静止无功补偿和高压并联电抗的功率损耗，其值与参数优化和运行状态有关。当参数优化后，主要是变压器的功率损耗。我国1000kV变压器的功率损耗率在0.15%及以下。根据国产设备参数估算，1000kV两变电站、两开关站的功率损耗率估算值为0.40%。交流和直流输电线路的电阻功率损耗率等于流过线路的电流与线路对地电压之比（I/U）乘以线路电阻。1000kV输电系统输送功率4410MW时，电流2.546kA，电流与电压之比4.4048×10-3。当导线温度25℃时，8×630mm2分裂导线单位长度电阻5.8396×10-3Ω/km（交流）。按照前述线路电阻功率损耗率算法，1000kV线路电阻功率损耗率3.858%（按分布参数计算3.747%）。将两部分功率损耗相加可得到输电系统总的功率损耗。1000kV，2.546kA（4410MW），1500km交流输电系统输电功率损耗率估算值4.147%。

2.2±800kV输电系统电阻功率损耗

±800kV输电系统的功率损耗和电能损耗包括整流站、逆变站和输电线路两部分。整流站和逆变站的功率损耗包括换流变压器、晶闸管换流阀、无功补偿设备、平波电抗器和交直流滤波器等的功率损耗，晶闸管换流阀和换流变压器的功率损耗是主要的。由于谐波电流的存在，换流变压器的功率损耗比普通变压器要大得多。晶闸管换流阀，除晶闸管以外，还配有阀电抗器、均压电阻和阻尼电容及电阻等的功率损耗，其值随电压升高而加大。我国某高压直流背靠背换流站，包括整流站和逆变站的现场实测统计，年电量损失率为1.55%（不含换流站用电量消耗）。根据高压直流的统计数据，±800kV整流站和逆变站的功率损耗率估算值1.70%。它为1000kV两变电站、两开关站的功率损耗率的4倍及以上。±800kV换流阀额定功率运行时，直流电流4kA，电流与电压之比5.0×10-3。当导线温度25℃时，6×720mm2分裂导线单位长度电阻6.8614×10-3Ω/km（直流）。±800kV，1500km线路电阻功率损耗率5.146%。将两部分功率损耗相加，±800kV，4kA（6400MW），1500km直流输电系统电阻功率损耗率估算值6.846%。理论分析表明：电流与电压之比高（电流大）和分裂导线电阻大（导线截面小）是±800kV线路电阻功率损耗率高于1000kV交流输电的两个因素。要减少线路功率损耗率，必须减少输电电流或增加分裂导线截面。例如，±800kV输电线路电阻功率损耗率要降低到1000kV交流的水平，分裂导线截面须增加33.4%。如选用8×720mm2分裂导线，则±800kV，1500km输电系统的单位输电建设成本为2109元/km•MW，系统建设成本增加10.4%，为1000kV交流的1.11倍。

结束语：

综上所述，随着社会经济的发展，人们对于电力的需求与依赖程度不断增加，如何提高特高压交直流输电系统的技术经济性是当前相关部门亟待解决的难题。基于此，有关工作人员需要深入研究特高压交直流输电系统的技术经济性。

参考文献：

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