刘　珅

（西安电力高等专科学校，陕西 西安 710032）

高压直流输电入地电流在交流电网分布的应用探讨

刘珅

（西安电力高等专科学校，陕西 西安 710032）

调查研究显示，现如今，我国在探知高压直流输电入地电流在交流电网中的分布类型及方式，大都是通过利用计算机仿真模拟来完成的。仿真模拟的过程就是，先借助事先得到的一些数据，整理电网的信息，然后再建立相应的数学模型，最后利用计算机软件进行直流分布的仿真模拟。本文对交流电网和高压直流输电进行了简要地介绍，分析了高压直流输电对交流电网的影响，并且以广东电网为例，详细阐述了如何利用计算机仿真技术，了解高压直流输电入地电流在交流电网中的分布。

高压直流输电；计算机仿真；交流电网

自第一座大型的交流电站成立后，交流电就逐步取代了直流电在人们生活中的应用。但是到了20世纪50年代，新型的直流输电技术即高压直流输电开始出现并迅速发展起来，它具有很多高压交流输电技术没有的优点，比如说，可以长距离输电；不同的电网之间能够互相连接等等。不过，在单极大地回线运行时，入地电流在电压变化较大的电站之间运转就会产生很大的感应电压，在这种情况下，直流电压就很有可能通过某种方式流入变压器，最后进入电网并以一种特定的方式分布其中。这不仅会影响到变压器的正常运行，还极有可能破坏附近的交流系统，无法保证电网的安全运行。所以，我们就高压直流输电中的入地电流在交流电网中的分布规律进行研究，具有非常大的必要性。

1.交流电网的现状

在费郎蒂设计出了交流电站之后，交流电在人们的日常生活中得到了广泛地应用，它之所以能够在短时间内走进人们的生活，原因大致可以分为3点。其一是，交流发电机利用电磁感应的原理，将大自然赐予我们的水流能、风能等等可持续性发展的能源，转化为生活所需的电能；其二，与直流变电站相比，交流变电站所需的费用会少很多，在造价上更为低廉；其三，交流电可以直接通过变压器进行升压和降压，这给电力的配送带来了极大的方便。

虽然交流电的获取与配送有着很多的优点，但是，凡事都有利与弊，交流电也存在着很多的缺点，这个同样也可以概括为3个主要方面。一方面，交流电在运输过程中，会受到距离的限制。在进行交流输电时，除了会有因为导线的电阻消耗一部分能源之外，还会有交流感抗的消耗，这就在很大程度上限制了交流电的传输距离；另一方面，交流电的年耗能非常巨大。交流电在使用过程中，除了阻抗会消耗一部分的功率，电抗的能耗问题也很严重，这就造成了很多能源的浪费；最后一点，交流电的两端系统需要同时运行。交流电在传输的过程中，还会在两端的传输系统产生电流的相位差，这时，如果不同时运行两个系统，就可能造成设备的损耗，甚至造成大面积的停电现象。

2.高压直流输电

在交流电的使用进行到一个阶段之后，人们逐渐发现了很多无法解决的问题，因此，又想到了用高压直流输电来代替交流电的使用。尤其是我国的土地面积非常大，含有丰富的能源，但是资源的分布极不均匀。比如说，有2/3的水资源分布在西南西北地区；60%的煤炭资源分布在人口稀疏的西部地区。那些耗电量巨大的东部、中部以及南部地区占有的资源非常短缺，所以说，我国对于直流输电的研究工作极度重视。功夫不负有心人，在1980年左右，我国终于顺利建成了第一座高压直流输电路线，这个线路跨度100km，最大输电容量高达500MW，这是我国直流输电史上最重要的工程之一。而到了1990年，第一条双极直流输电工程开始施工并很快投入使用，相比于之前的500MW，这条双极直流输电的输电容量达到了1200MW，解决了长距离输电的难题，使直流电与交流电搭配共同输电成为可能。2005年，我国的第一个换流站开始投入使用，它的输电量、输电电流以及交流电压都达到了从未有过的高度，从此实现了高压直流输电在交流电网中的应用。

3.高压直流输电在交流电网中的应用

高压直流输电可以不用考虑两端的交流系统中的相位差问题，而且它只传送有功功率，不会因为阻抗和电抗消耗传送的资源。交流电网则可以很方便地运用由其他能源转换过来的电能，在升压与降压上有高压直流输电没有的优势。所以将两者结合起来，就可以在很大的程度上节约不可再生的能源。下面我们就针对高压直流输电在交流电网中的应用进行分析介绍。

3.1提高稳定性

如上所述，由于交流电网两端的系统需要同步进行，所以稳定性能特别差，而高压直流输电因为不用考虑相位差的问题，具有很强的稳定性。根据优劣互补的原理，用直流输电把两个交流系统连接到一起，这样不仅可以把有功功率和无功功率分隔开，保障功率的利用率，还能在其中的某一个电网短路的情况下，利用直流线路将其隔离开，做到不影响其他电网的正常工作，最终避免因此而导致大面积停电的现象发生。

3.2减少输电功率的损耗

众所周知，交流电网因为有电抗和阻抗的缘故，会消耗掉大量的输送功率，而高压直流输电不考虑那些无功功率的影响。所以两者结合之后，就可以减少甚至避免短路容量的增加，削弱对断路器的影响，有利于长距离输电的进行。

3.3提高可控性

交流电网中的传送功率大小和方向都是不可控制的因素，与之相反，高压直流输电的传送功率是特别容易控制的。这样结合之后，就可以严格按照之前设定好的参数对电网进行控制，减少两端交流系统对于功率传送的限制作用，方便了两个电网之间的电能输送。

3.4减少费用开支

通常，电量输送都是在比较大的工程中，而大型的工程肯定会有错综复杂的线路。在单纯的交流电网的线路中，一般是用三相电来进行电量的输送，会有很大的费用支出，相比于交流电网中的线路，高压直流输电就简单经济很多。因为单、双直流输电只需要几根导线就可以完成，再加上线路的数量少、宽度低，所以在整个工程中都不会由于线路问题有很大的花销。这样在进行远距离输电时，线路越长，节约的费用就越多。

3.5故障发生的可能性减小

如果两个交流系统用交流的线路进行连接，那么在其中的一个系统出现短路故障时，另一个系统就要发送短路的电路给它，这样容易造成两个系统的开关出现破坏。与之不同的是，高压直流输电可以通过可控硅的装置，快速便捷的调整电路中的输出功率，不会向已经出现短路现象的线路输送短路电流，更不会影响电路开关的正常使用。

4.应用实例

上面已经针对高压直流输电与交流电网结合的优点进行了分析，不过很多工作人员都不清楚直流电在其中的分布情况，为了能够对其有一个更好地了解，下面就以广东电网为例，介绍一下高压直流输电入地电流在交流电网中的应用。广东电网已经建成了5个高压直流输电系统，采用单极大地回线的方式传送电能，而在广东的475个变电站中，有40多个变电站采用抑制直流分布的措施减少高性能设备的使用。目前，位于广东的各个电网站点都是利用计算机仿真软件，来核实录制的电网信息是否属实。利用计算机仿真软件还可以预测不同的直流工程的分布情况，结果发现，交流电网的规模越大，变电站的分布就会相对密集一些，而直流在所有的线路中所占的比例也就越大。不过利用仿真系统勘测的结果也会有一定的误差，比如说，接地运行的110kW系统会影响220kW网络的直流分布，不过500kW系统的直流分布情况不会发生大的改变。现如今，并没有一套完全准确的方法可以对高压直流输电入地电流在交流电网中的分布情况进行评价，所以只能对变压器的参数、110kW系统的运行方式以及中性点串联设备进行严格地控制，避免由此而引起大的误差。

结语

随着人们生活水平的大幅度提升，人们对于电量的需求也越来越大，而如何将可再生的资源转换成日常生活所需的电能，成了我国亟需解决的问题之一。调查研究发现，交流电网可以将风能、水流能转化为电能，但是在电能的传输过程中会造成极大的浪费，而高压直流输电能够把有用功和无用功分离开，增大电量传送的利用率，所以将两者结合起来，就可以解决交流电网中的很多缺点，实现国家对于远距离输电的要求，进而使得人口密集但资源不充沛的地区，用电难的问题得到缓解。

［1］耿星.变电站直流系统接地故障查找与处理方法思考［J］.广东科技，2013（14）：79-80.

［2］郑宪伟.变电站直流系统接地故障查找与处理［J］.黑龙江科学，2014（12）：291.

［3］江霞.探究变电站直流系统接地故障的查找原则及处理策略［J］.低碳世界，2014（5）：93.

［4］李洪立.浅谈变电站直流系统接地故障和处理［J］.科技展望，2015（8）：104.

［5］周小兵，刘威潘，舒婷.浅谈变电站直流系统接地故障的预防及处理原则［J］.大科技，2015（35）：89.

［6］张朝湘.电力系统中变电站直流系统接地故障的分析［J］.低碳世界，2014（17）：51-52.

TM744

A