高压直流输电

高压直流输电，是一种利用高压直流电进行电能传输的方法。

在发电厂中，电能几乎总是由同步发电机以频率为 50 Hz 或 60 Hz 的三相交流电产生。 使用经济且技术上易于管理的电缆直径在更长距离（超过 100 公里）上传输大功率（约 1 GW）需要超过 400 kV 的高压。 高压由电力变压器以非常高的效率产生，作为高压三相输电 的一部分传输，并在变电站的架空线路末端转换为较低电压（例如 110 kV 至 20 kV） .

然而，这种交流电传输的基本要求之一是线路之间和接地电位之间的电容保持足够小，以保持低无功功率。 在架空线路的情况下，这是通过适当的间距实现的，但在地下或海底电缆的情况下，它们的电容覆盖不允许在超过几十公里的长度上使用交流电压进行经济运行。 在这种情况下，直流传输具有优势，因为线路损耗受限于有功电流的欧姆电阻。

直流输电的问题是产生高直流电压和交流和直流之间的转换。 从直流电到交流电的转换，反之亦然，可以使用特殊电机（转换器）以机电方式完成，也可以使用转换器以电子方式完成。 与交流电压传输相比，这些换流站是 HVDC 生产成本高的原因，只有更长的系统长度才能得到回报。 高压三相输电和高压直流输电之间的成本平价是在电缆系统中，其中还包括海缆，线路长度为 40 公里至 70 公里。 对于架空线路，高压直流输电更经济的距离超过 600 公里至 800 公里。

高压直流输电用于各种应用领域的电能传输。 HVDC 系统列表包括各种已实现和计划中的系统的表格列表。

如果直流电的传输长度只有几米，并且两个转换器都安装在同一建筑物或紧邻的建筑物中，则称为 HVDC 背对背转换器。 这种形式在技术上是一种中间电路，用于在不以同步网络频率运行且分配给不同控制区域的三相交流电网之间直接交换电能。 由于 HVDC 背靠背链路无法无损耗地工作，并且通常还决定了xxx可能的传输容量，因此这种类型的系统通常不会在同步网络中使用。 因此，如果之前未同步运行的两个网络彼此同步，则现有系统通常会关闭，从而实现能量的直接交换。

HVDC 技术用于通过直流电远距离传输能量 - 这些距离约为 750 公里及以上 - 因为 HVDC 在某些距离上的总传输损耗低于三相交流电传输，尽管有额外的转换器损耗。

长距离无转换器损耗的干线损耗在发电厂，传输容量为 600 MW（标称容量的 85%），线路长度为 580 公里，损耗约为 3.7%，相当于每 1000 公里线路的相对损耗约为 6.4%长度。

如果传输电缆由于其结构而具有非常高的电容涂层，则高压直流输电还可以在几十到几百公里的相对较短的距离内传输能量。 使用三相电流运行是不经济的，因为必须施加高无功功率以不断地重新加载电缆容量。

此外，距离海岸较远的海上风电场的连接通常使用高压直流输电连接到电网。 对于这些系统，假设电缆长度约为 55 至 70 公里或更长的 HVDC 系统比使用高压三相技术的传统连接更经济。

单极单线 HVDC 海底电缆有一个特点：当电流方向改变时发生极性转换，其中接地电极系统的设计是为固定电流方向设计的。 当以高直流电压运行时，一段时间后，空间电荷会积聚在内导体和外导体之间的电介质中。 这是不同程度的导电性的结果，而这又是由从内部导体到较冷的外部区域的径向温度梯度引起的。 如果极性突然改变以反转功率流的方向，电介质中的空间电荷只会缓慢消散，这会导致强场增加，从而触发绝缘材料中的材料破坏性局部放电。 出于这个原因，在单极 HVDC 海底电缆系统的情况下，如果功率流的方向反转，则必须等待一段时间才能再次使用线路。

从海上到达陆地的电缆在陆地上延伸为地下电缆。 对于一些离岸 HVDC 线路，陆地电缆线路也比相关的海底电缆线路长。

此外，HVDC 技术也在较小程度上用于特殊解决方案，例如在灵活交流输电系统 (FACTS) 的框架内，以便使用统一功率流控制器 (UPFC) 技术针对三个单独的线路相交流网络 通过横向和纵向控制进行潮流控制。

具有接地回路导体或接地中点的现有 HVDC 系统也已用于地球物理测量，方法是在不同位置测量通过地球的返回电流。

高压直流输电系统的两端各有一个换流站，也叫换流站。 除了控制系统之外，它还主要包含电源转换器，以及主要位于大厅旁边的外部区域的电源转换器变压器、平滑电抗器和谐波滤波器。 所使用的功率转换器通常可以在两个方向上工作，既可以作为整流器，也可以作为逆变器，因此可以在两个方向上传输能量。