将电能从大型火力、水力等发电厂输送到远方负荷中心地区时会遇到远距离输电问题，尤其是在幅员辽阔但资源分布并不均衡的我国，如何安全、节能地实施“西电东送”已成为当前迫切需求。目前来看，采用高压直流输电技术更适宜大区域电网互联，是解决远距离大功率传输电力的较好方法。

　　高压直流的原理与优点

　　高压直流输电（High Voltage Direction Current，HVDC）是电力电子技术应用中最为重要、发展最为活跃的技术。基本原理是将三相交流电通过换流站升压整流后变成直流电，然后通过直流输电线路送往另一个换流站降压逆变成三相交流电，再与交流系统相连。简单来讲，高压直流输电就是通过交流-直流-交流的转换，从而实现发电端到受电端的电力输送。其中，换流站是实现交直流转换的关键部件。

　　由于换流站的造价和运行费用均比交流变电所要高，但直流输电线路的造价和运行费用比交流输电低，因此对于同样输电容量，输送距离越远，直流相比交流输电的经济性就越好。实际应用中，对于架空线路此等价距离为600～700公里，电缆线路等价距离则可以降低至20～40公里。

　　从技术上而言，直流输电技术的优点明显：无电容充电电流，电压分布平稳，负载大小不发生电压异常不需并联电抗，运行可靠；输电功率大小、方向可以快速控制调节；直流输电系统的接入不会增加原有系统的短路容量；利用直流调制可以提高系统的稳定水平：不仅在正常情况下能保证稳定输出，在事故情况下还可实现紧急支援，因为直流输电可通过可控硅换流器快速调整功率、实现潮流翻转，直流的一个极发生故障，另一个极可以继续运行，且可以利用其过负荷能力减少单极故障下的树洞功率损失。

　　正是由于以上特点，高压直流输电在远距离大容量输电中的经济性也十分突出，主要体现在以下几点：

　　第一，损耗小，节能效果好。直流输电的最大特点是只需两根导线，如果采用大地或海水作回路的话，只需一根导线。由于导线根数少，因此电阻发热损耗小，加上没有感抗和容抗的无功损耗，且传输功率的增加使单位损耗降低，大大提高了电力传输中的节能效果。

　　第二，线路造价低，节省电缆费用。直流输电两根导线或一根导线的传输特点，能够节省大量线路投资，能够节省很多电缆费用。

　　第三，线路走廊窄，征地费省。征地费用在线路铺设中会占用很多费用，但直流输电导线少，所需线路走廊就窄。以同级500千伏电压为例，直流线路走廊宽仅40米，这对于超过千米的长距离输电，会节约下非常可观的征地量。

　　第四，由于高压直流输电特殊的结构，其工程可以按照电压等级或级数分阶段投资建设。

　　总体来看，高压直流输电具有占地少、损耗小、输电能力强、两侧交流系统不需同步运行、发生故障时对电网造成的损失小等优点，特别适合用于长距离点对点大功率输电。随着电力电子器件的不断改进，直流输电系统的可靠性会越来越高，经济性也会越来越好。

　　我国发展高压直流输电的迫切性

　　发展适用于长距离的高压直流输电对于我国具有更为现实的意义，能较好地解决我国能源分布与能源需求不匹配、不均衡问题，也是“十三五”期间坚持绿色发展理念的必然选择。

　　我国一次能源基地和用电负荷中心总体呈“逆向分布”：从能源结构来看，我国一次能源分布很不均衡，80%的水能资源分布在西南地区，76%的煤炭资源分布在北部和西北部的陕西、山西及内蒙古西部，90%的陆地风能主要集中在西北、东北和华北北部，太阳能年日照超过3000小时地区主要在西藏、青海、甘肃、宁夏、新疆等西部省区；与此相对的是，电力需求集中在经济发展较好较快的东部、中部和南部区域。能源产地和需求地区之间的距离为800公里到3000公里。这就迫切要求电力能够大规模经济高效地输送，实现西电东送、南北互供、全国联网。

　　根据我国能源分布与消耗的区域特点，未来能源的流向是北部煤电、西南水电向华北、华中、华东等地区输送。高压直流输电的快速发展有利于能源资源的优化配置，也有利于西部地区将资源优势转化为经济优势。建设高压直流输电电网正是为了满足大规模、远距离、高效率电力输送，保障能源供应。这是我国为建设生态文明社会所做的实践。

　　更迫切的需求是，协调、绿色、共享是“十三五”规划的重要发展理念，特别是随着经济转型和资源环境压力越来越大，如何走节能、环保、生态、共享之路已成当前以及今后很长一段时间的紧迫任务。通过高压直流输电可实现大容量、远距离输电，能够节省线路走廊，缓解由于电力发展带来的土地资源的紧张。

　　此外，电网互联是电力工业发展的必然趋势，我国各大区和独立省网的互联已进入实施阶段，利用高压直流输电作异步联网在技术上、经济上和安全性等方面的优势已在世界范围内得到证明。因此高压直流输电技术必将以其技术上和经济上的独特优势，在远距离大容量输电和全国联网两个方面对我国电力工业的发展起到十分重要的作用。我国已成为世界范围内直流输电应用前景最为广阔的国家。

　　目前，我国正在逐步成为世界上发电装机容量和发电量最大的国家，而我国广阔的领土和复杂的输电环境也使高压直流输电工程在未来发挥巨大的作用。未来，随着科学技术的发展，高压直流输电将获得更多有力的技术支撑，高压直流电网建设也将得到更好应用与发展。

　　高压直流输电的应用与前景

　　从世界范围来看，高压直流输电应用于长距离大容量架空输电、电网互联、长距离海底电缆输电等以下领域优势明显。

　　一是长距离架空线输电。根据相关研究结果，直流架空线路输送在100亿瓦、300公里以上开始占有优势，这意味着，全球总输电容量的26%以上适用直流架空线路。

　　二是海底电缆输电。研究表明，目前全球约三分之一的直流输电工程为海底电缆输电。

　　三是限制短路电流。随着各国、各地区电力负荷增加，电源及电网建设不断扩容，交流电网的规模越来越大，短路故障发生的故障电流也随之越来越大，而直流输电在限制短路电流方面优势明显，正应用于越来越多的领域。

　　在都市负荷供电方面，作为应对大都市负荷集中地区的短路电流对策，采用器件换相的轻型直流输电设备占用空间小，反应迅速，受到了广泛青睐。

　　在电网互联方面，采用BTB等直流方法，将若干相对较小的独立运行的小系统互联起来，可有效减少故障短路电流。日本学者对日本的关西、中国、九州、四国的串行系统进行的研究表明，若通过在关西与中国、中国与九州、九州与四国、四国与关西间采用直流方式连接，将可大大抑制短路电流，并实现小系统向大系统的输电。

　　此外，可关断器件组成的换流器，还可用于向海上石油平台、海岛等孤立小系统供电，未来还可用于城市配电系统，接入燃料电池、光伏发电等分布式电源。轻型直流输电系统更有助于解决清洁能源上网稳定性问题。

　　目前，在世界五大洲都分布有高压直流输电工程，且密集于北美和西欧等经济发达地区。随着经济发展地域移向亚洲，我国及周边地区的直流输电工程越来越多。

　　我国从事高压直流输电研究始于上世纪50年代，并于60年代在中国电力科学研究院建成国内第一个晶闸管阀模拟装置。为了更好地研究高压直流输电，于1977年在上海将一条交流电缆线路改为31千伏的直流输电试验线路。

　　之前的研究为我国的高压直流输电发展奠定了一定基础，到上世纪80年代末，我国的高压直流输电研究及发展取得突破性进展，开始快速发展，目前已投运超过10个直流输电工程。尤其是2009年12月28日，云南至广东特高压直流输电工程成功实现单极投产，这是世界首个±800千伏特高压直流输电工程，标志着我国电力技术、装备制造达到国际先进水平，在世界输变电领域占领了新的制高点。

　　为实现我国的“西电东送”战略规划，我国正在积极推进包括±660千伏、±800千伏、±1000千伏特高压直流输电工程的建设。

　　随着新能源的快速发展和环境保护要求的提高，我国对直流输电技术呈现出更为强劲的市场需求。

　　未来20年，国家电网公司规划建设的直流输电工程多达40条以上，其中特高压直流输电工程超过15条。

　　根据相关机构测算，按照目前设备价格，我国每条特高压直流输电工程的建设总投资在150亿元以上。其中特高直流换流阀和换流变的价格均在15亿元到20亿元，平波电抗器的价格在10亿元左右，控制保护系统价格在4亿元以上，交流场和直流场成套设备总造价也接近20亿元。每条特高压直流输电换流站的设备投资（不包括线路和杆塔）大约在80亿元左右。预计直流输电设备未来20年内将达到2000亿元左右的市场规模。

　　科技进步推动更多新材料、新技术诞生，高压直流输电技术的用途也随之扩展。一些新的发电方式需要应用直流输电技术，例如，磁流体、电气体、燃料电池和太阳电池等产生的电能要以直流方式送出，远海中的海洋能发电厂需用海底直流电缆将电能送到大陆。此外，新型电池和超导等新的储能系统和交流电力系统连接时都需要有关直流输电技术。

　　可以预见，随着电力电子器件的进一步发展、计算机技术的更新换代、输变电新材料的出现、新能源和可再生能源的开发利用，高压直流输电将拥有更加广阔的应用前景。

　　作者单位：

　　高峰  杨选怀  魏文辉  王国平

　　北京科东电力控制系统有限责任公司

　　谢宁  李阮昭

　　中国南方电网有限责任公司超高压输电公司