直流輸電技術(shù)發(fā)展

電力技術(shù)的發(fā)展是從直流電開始的，早期的直流輸電是不需要經(jīng)過換流的直流輸電，即發(fā)電、輸電和用電均為直流電。如1882年在德國建成的57km向慕尼黑展覽會(huì)送電的直流輸電線路（2kV，1.5kW）；1889年在法國用直流發(fā)電機(jī)串聯(lián)而得到高電壓，從毛梯埃斯（Moutiers）到里昂（Lyon）的230km直流輸電線路（125kV，20MW）等，均為此種類型。隨著三相交流發(fā)電機(jī)，感應(yīng)電動(dòng)機(jī)和變壓器的迅速發(fā)展，發(fā)電和用電領(lǐng)域很快被交流電所取代。同時(shí)變壓器又可方便地改變交流電壓，從而使交流輸電和交流電網(wǎng)得到迅速的發(fā)展，并很快占據(jù)了統(tǒng)治地位。但在輸電領(lǐng)域直流具有交流輸電所不能取代之處，如遠(yuǎn)距離海底電纜或地下電纜輸電，不同頻率電網(wǎng)之間的聯(lián)網(wǎng)或送電等。
   直流輸電的發(fā)展與換流技術(shù)（特別是高電壓、大功率換流設(shè)備）的發(fā)展有密切的關(guān)系。
   汞弧閥換流時(shí)期  1901年發(fā)明的汞弧整流管只能用于整流。1928年具有柵極控制能力的汞弧閥研制成功，它不但可用于整流，同時(shí)也解決了逆變問題。因此可以說大功率汞弧閥使直流輸電成為現(xiàn)實(shí)。從1954年世界上*個(gè)工業(yè)性直流輸電工程（哥特蘭島直流工程）在瑞典投入運(yùn)行以后，到1977年zui后一個(gè)采用汞弧閥換流的直流輸電工程（納爾遜河1期工程）建成，世界上共有12項(xiàng)汞弧閥換流的直流工程投入運(yùn)行，其中zui大的輸送容量為1440MW（美國太平洋聯(lián)絡(luò)線1期工程），zui高輸電電壓為±450kV（納爾遜河1期工程），zui長輸電距離為1362km（太平洋聯(lián)絡(luò)線）。這一時(shí)期可以稱為汞弧閥換流時(shí)期。由于汞弧閥制造技術(shù)復(fù)雜、價(jià)格昴貴、逆弧故障率高、可靠性較差、運(yùn)行維護(hù)不便等因素，使直流輸電的應(yīng)用和發(fā)展受到限制。
    晶閘管閥換流時(shí)期  20世紀(jì)70年代以后，電力電子和微電子技術(shù)的迅速發(fā)展，高壓大功率晶閘管的出現(xiàn)，晶閘管換流閥和計(jì)算機(jī)控制在直流輸電工程中的應(yīng)用，有效地改善了直流輸電的運(yùn)行性能和可靠性，促進(jìn)了直流輸電技術(shù)的發(fā)展。晶閘管換流閥沒有逆弧故障，而且制造、試驗(yàn)、運(yùn)行、維護(hù)和檢修都比汞弧閥簡單而方便。1970年瑞典首先在哥特蘭島直流輸電工程原有的汞弧閥換流器上，擴(kuò)建了直流電壓為50kV，輸送功率為10MW的晶閘管換流閥試驗(yàn)工程。1972年世界上*項(xiàng)全部采用晶閘管換流的伊爾河直流背靠背工程在加拿大投入運(yùn)行。從此以后世界上新建的直流輸電工程均采用晶閘管換流閥。與此同時(shí)，原來采用汞弧閥換流的直流工程也逐步被晶閘管換流閥所替代。從70年代起開始了直流輸電技術(shù)的晶閘管換流時(shí)期。在此期間，微機(jī)控制和保護(hù)、光電控制、水冷技術(shù)、氧化鋅避雷器等新技術(shù)在直流輸電工程中也得到了廣泛的應(yīng)用。
    從1954年到1998年世界上已投入運(yùn)行的直流輸電工程有57項(xiàng)，其中架空線路15項(xiàng)，電纜線路10項(xiàng)，架空線和電纜混合線路9項(xiàng)，背靠背直流工程23項(xiàng)。考慮到正在建設(shè)的直流工程，目前已運(yùn)行和正在建設(shè)的直流工程共66項(xiàng)，其中架空線路20項(xiàng)（占30.3%），電纜線路10項(xiàng)（占15.2%），架空線和電纜混合線路11項(xiàng)（占16.6%），背靠背直流工程25項(xiàng)（占37.9%）。這些工程的總輸送容量為63674MW，其中架空線路單項(xiàng)工程的zui大容量為6000MW（已運(yùn)行的為3150MW），zui高電壓為±750kV（已運(yùn)行的為±600kV），zui長輸電距離為2414km（已運(yùn)行的為1700km）。單項(xiàng)直流電纜工程的zui大容量為2800MW（已運(yùn)行的為1000MW），zui高電壓為±500kV（已運(yùn)行的為450kV），zui長輸電距離為670 km（已運(yùn)行的為250 km）。單項(xiàng)背靠背工程zui大容量為1065MW。
    在這個(gè)時(shí)期直流輸電在遠(yuǎn)距離大容量送電，電網(wǎng)互聯(lián)和電纜送電（特別是海底電纜送電）等方面均發(fā)揮了重大的作用。直流工程輸送容量的年平均增長率，在1960-1975年為460MW/年，1976-1980年為1500MW/年，1981-1998年為2096MW/年。
    新型半導(dǎo)體換流設(shè)備的應(yīng)用  進(jìn)入90年代以后，新型金屬氧化物半導(dǎo)體器件-絕緣柵雙極晶體管（IGBT）首先在工業(yè)驅(qū)動(dòng)裝置上得到廣泛的應(yīng)用。1997年3月世界上*個(gè)采用IGBT構(gòu)成電壓源換流器的直流輸電工業(yè)性試驗(yàn)工程，在瑞典中部投入運(yùn)行，其輸送功率和電壓為3MW和10kV，輸送距離10km。由于這種換流器的功能強(qiáng)，體積小，可以減少換流站的濾波裝置，省去換流變壓器，簡化換流站結(jié)構(gòu)，而稱之為輕型直流輸電（HVDC Light）。采用IGBT的電壓源換流器，具有關(guān)斷電流的能力，可以應(yīng)用脈寬調(diào)制（PWM）技術(shù)進(jìn)行無源逆變，解決了用直流輸電向無交流電源的負(fù)荷點(diǎn)送電的問題。在瑞典、澳大利亞和愛沙尼亞已有四項(xiàng)輕型直流輸電工程與制造廠簽訂了合同，計(jì)劃1999年和2000年建成。但I(xiàn)GBT損耗大，不利于大型直流工程的采用。今后集成門極換相晶閘管（IGCT）和碳化硅等新型半導(dǎo)體器件的開發(fā)，給直流輸電技術(shù)的發(fā)展將創(chuàng)造更好的條件。