直流输电系统电压等级序列研究

第28卷 第10期 中 国 电 机 工 程 学 报 Vol.28 No.10 Apr.5, 2008 2008年4月5日 Proceedings of the CSEE?2008 Chin.Soc.for Elec.Eng. 1

(2008) 10-0001-08 中图分类号：TM 216 文献标识码：A 学科分类号：470?40 文章编号：0258-8013

直流输电系统电压等级序列研究

刘振亚1，舒印彪1，张文亮2，张运洲3

(1．国家电网公司，北京市 西城区 100031；2．中国电力科学研究院，北京市 海淀区 100192；

3．国网北京经济技术研究院，北京市 宣武区 100761)

Study on Voltage Class Series for HVDC Transmission System

LIU Zhen-ya1, SHU Yin-biao1, ZHANG Wen-liang2, ZHANG Yun-zhou3

(1. State Grid Corporation of China, Xicheng District, Beijing 100031,China; 2. China Electric Power Research Institute, Haidian District, Beijing 100192, China; 3. State Power Economic Research Institute, Xuanwu District, Beijing 100761,China) ABSTRACT: According to the technical progress in HVDC transmission technology and its application in medium- long-term developing program of power system in China, the idea of dividing different voltage grades is proposed to form DC voltage class standardized series. The necessity and evidence of forming the voltage class series are analyzed, and the economy of each voltage grade is compared to present the applicable range of HVDC transmission systems. Finally, application examples of different voltage grade HVDC transmission systems are analyzed in some practical cases, and the future problems of the HVDC transmission development are discussed.

KEY WORDS: DC transmission system; voltage sequence; ultra-high voltage

摘要：根据直流输电技术发展及其在我国电力系统中长期发展规划中的应用前景，提出为直流输电系统划分电压等级标准化序列的思想。详细论述了直流系统划分序列的必要性和依据，在此基础上确定电压等级序列组成，比较各电压等级的经济性，得出各自的适用范围。最后，针对具体案例分析了不同电压等级直流系统在规划电网中的适用性，对直流输电进一步发展需解决的问题进行了论述。 关键词：直流输电系统；电压等级序列；特高压

护性，给生产运行带来了困难。

从20世纪80年代至今，我国通过技术引进、消化吸收、自主研发逐步建成投运了10个直流输电工程。这些直流工程大多是结合具体项目对参数配置进行论证设计，并未形成标准化序列。随着直流输电技术的进步，近年我国建成的直流工程逐渐呈现出标准化与规模化运作的雏形，三沪、三广、贵广I和II直流具有与三常直流相同的电压等级、通流能力和输电容量，在工程设计、制造和运行中明显体现出标准化的优越性。

根据我国能源布局和电网发展特点，未来我国采用直流输电的规模将超过其他国家，在输电容量和距离方面存在多种需求，如仍采用根据单一工程确定直流系统参数配置和设备性能要求的发展思路，必然给我国电力工业造成研发和工程建设投资的浪费。为了提高效率、节约成本，实现设备的通用化，有必要对直流输电系统进行分类，形成直流输电系统序列，推行系统设计、设备选型、工程建设、运行维护的标准化，降低生产建设投资，满足我国电网建设发展需要[1-4]。

1 建立直流输电电压等级序列的必要性

1.1 输电需求分析

我国幅员辽阔，能源分布不均，水力资源2/3分布在西南、西北地区，煤矿资源2/3集中在晋、蒙等地，而我国的电力消费主要集中在中部、东部和南部地区，电力生产与消费呈逆向分布。这就决定了我国需要建设一批大容量、长距离的输电线路，将西、北部地区的电力送往负荷中心。

与此同时，我国电力需求和装机增长十分迅猛。

0 引言

自1954年瑞典哥特兰岛直流输电工程投运以

来，世界各国共建成投运上百个直流系统，直流电压、电流和输电容量遍布各种等级。直流输电技术虽已大规模应用于电力系统，但世界范围内尚未形成直流系统的标准化序列，设备生产、选型完全根据单个工程需要而定，无法形成设计和制造的通用化、规模化，增加了工程造价，降低了设备的可维

2 中 国 电 机 工 程 学 报 第28卷

2010年全国最大负荷将达到713 GW，装机容量 950 GW；2020年全国最大负荷预计达到1 211 GW，装机容量1 470 GW。我国后续能源的开发多集中在西南、西北和晋陕蒙地区，并逐步西移和北移，而东部沿海地区和中南地区国民经济持续快速发展，能源产地与能源消费地区之间的距离将越来越大。 1.2 直流输电市场空间

根据我国水能资源的分布特点，为了合理利用水能资源，规划有13个大型水电基地，主要位于西南、西藏以及黄河中上游等地区，发电装机总容量达215 GW。在煤电开发方面，目前我国已基本具备开发条件的大型煤电基地主要有呼盟煤电基地、锡盟及蒙西煤电基地、晋东南煤电基地、陕北煤电基地、彬长煤电基地、宁东煤电基地、哈密煤电基地、准东煤电基地、淮南煤电基地等，在考虑本地用电后，远景外送规模可达200 GW以上。除此之外，我国周边国家，如俄罗斯、蒙古、哈萨克斯坦等拥有丰富的煤炭资源，从我国能源战略的高度出发，在开发我国自身资源的基础上，与这些周边国家开展能源合作，可以为我国社会、经济的可持续发展提供保障。

由于我国能源基地与负荷中心之间距离较长，大型水电、煤电基地和周边国家的电力输送需要强大的电网作为支撑。正在建设和规划中的特高压交流电网基本覆盖了距离负荷中心相对较近的能源基地，对于距离负荷中心较远的西南水电、新疆火电和跨国送电等工程，交流特高压电网并不是保证其送出的合理方式。国内外大量的研究成果表明：当输电距离较长、输送容量较大时，从经济和环境等角度考虑，直流送电是优选的输电方案。

未来我国电网建设将依据交、直流输电相辅相成、共同发展的原则，到2020年我国将建成“强交强直”的特高压混合电网和坚强的送、受端电网。经过多方面研究比选，直流工程总计达38项。因此，高压直流输电在我国有着广阔的市场空间，而大量直流输电系统的投入使用，将有助于提高我国电网建设运行的经济效益。 1.3 形成电压序列的必要性

直流输电至今没有像交流输电系统那样形成电压等级的序列，直流项目设计、建设都是针对各工程进行单独的参数选择，这种思路对于建设少量的直流输电工程有其合理性，可以通过达到局部最优实现直流工程设计和运行的优化，但对于我国所面临的大规模直流输电规划，电压等级的随意性将

造成输电设备和发电资源的巨大浪费，同时也不利于输电设备的标准化设计生产，无法实现设备制造的规模化效益。过去通过达到局部最优的直流工程建设思路并不能使我国交直流特高压混合大电网发挥出全局最优的效能。

因此，随着直流输电技术的发展、成熟以及工程数量的增多，高压直流输电有必要形成具有一定输电电压和输电容量级差、合理可行的电压等级序列，以利于达到增加输电容量、减少工程数目、简化设备制造、节省输电走廊和建设经费的目的；同时，极大地促进我国掌握直流输电技术，实现设备研发、设计和制造能力的飞跃。

提高直流系统输电能力可以依靠研制高性能、大通流能力的晶闸管来实现，但晶闸管的开发涉及众多基础学科，研制周期长、投入大，且存在不确定性因素。因此，在直流输电工程应用中，仅依靠提高电流扩充输电功率不能满足我国电力系统快速发展的要求。为了达到增加输电容量的目的，可通过增加晶闸管串联数量、提高直流系统电压等级、改进设备的绝缘水平来增大直流系统的输电容量。在单位千瓦设备造价相差不大的情况下，对于相同输送容量的直流工程，提高电压比提高电流的综合效果好，既有利于降低能耗，又可以避免研制更大通流能力换流阀、缩短换流阀片的研制周期。

我国规划的直流输电系统大多应用在远距离

最远达3 000 km送电工程，输电距离超过1 000 km，

以上，直流线路建设和运行费用占整个工程投资的比例达到30%~50%，如何降低线路损耗对直流系统的运行至关重要。根据我国电力工业发展特点和建设进度，综合考察国内外设备制造水平，在现有和储备技术基础上，采用已成熟或接近成熟的高性能换流阀，通过提高电压等级获得输电容量的大幅提升，实现各电压等级直流系统与输电距离、输送容量的合理匹配，满足我国直流输电技术应用需要。

2 直流电压等级序列建立的依据

直流电压等级序列的建立遵循以下3个基本原则：

（1）技术前瞻性原则。立足于当前技术状况，着眼未来科技发展，提出具有预见性的相关技术要求。在直流输电电压等级序列的建立中，以现有输变电技术、电网发展以及国内资源环境等状况为基础，在满足当前需求的前提下研究其发展规律和趋

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势，结合我国直流输电的发展前景，充分利用国内外先进理念，并为今后技术规则的发展留有空间和接口。

（2）整体优化原则。立足电网建设整体，统筹直流输电系统全局，加强系统化配置、规模化建设，使得我国电网运行的整体经济性提高。遵循整体化原则，才能适应电网可靠性、稳定性、经济性多方面需求，彻底扭转以往直流工程建设中局部优化的局面。

（3）普遍适用原则。直流输电电压等级序列的研究成果要在我国各地区电网、各直流项目之间保持一定的一致性和均等性，能够代表各直流输电需求的平均水平。

根据基本原则，直流电压等级序列的形成主要考虑的因素有：我国已形成的生产制造规模及运行经验；设备研发、制造能力及运输条件；电源开发规模及系统送、受电需求；直流输电距离；直流系统对自然环境及电力系统安全稳定运行的影响；工程投资及输电经济性。从而达到优化直流电压等级的目的，以适应我国不同输电距离和容量的要求。

3 直流输电系统电压等级序列

3.1 各电压等级直流序列配置原则

各电压等级直流序列配置方案的确定主要依据基本原则，保证技术经济合理、电网安全可靠，确保设备供应和贯彻节能降耗。形成直流系统电压序列标准，推行工程设计、设备选型、工程建设和运行维护的标准化。

3.2 各电压等级直流系统额定参数的选取 3.2.1 额定参数

直流系统额定参数包括额定直流功率、额定直流电流和额定直流电压，它们存在一个确定的约束关系，但这些参数的选取分别受其它因素的制约。 3.2.2 额定电流选择

额定直流电流是直流输电系统正常运行电流的平均值，直流系统应能长期连续运行于此电流水平。额定直流电流对选择设备类型、参数以及换流站冷却系统的设计具有重要意义。

换流阀是直流输电系统的关键设备，其通流能力是决定额定直流电流大小的关键因素，因此在直流电流的选择上，需要考虑国内外晶闸管技术现状和未来发展趋势。在直流输电工程设计中，为了降低损耗、节约成本、提高整体可靠性，需要串联的晶闸管元件尽量少、通流能力尽量大、阀元件的耐

压水平尽量高。晶闸管的设计主要考虑其电压特性、电流特性、动态特性以及可靠性等方面。通过选择合适的硅单晶及杂质分布，并结合台面双负角造型，来实现晶闸管预期的耐压设计；通过选择合适的单晶片厚和杂质分布，并调整芯片体内少子寿命的大小，来实现晶闸管预期的电流容量。对于晶闸管而言，电压特性和电流容量是相互矛盾的，因此必须在单晶硅电阻率、片厚、杂质分布及芯片内少子寿命之间进行优化，使晶闸管的通流能力和电压特性满足特高压直流对换流阀的技术要求。换流阀设计是综合考虑技术和经济的复杂问题，优选晶闸管元件参数是换流阀设计的一个重要目标。

考虑我国5英寸晶闸管按照3 000 A标准引进成套技术，完全实现国产化，积累了丰富的设备制造和运行经验，因此，选择额定直流电流3 000 A作为电压等级序列中的一个参数具有合理性。

同时，为了大幅提高输电容量、降低功耗、节约输电走廊，±800 kV或更高电压等级的特高压直流输电技术将采用大通流能力的阀片。目前国内已制造出4 000 A/8 000 V的6英寸换流阀[5]。在向家坝—上海特高压直流示范工程中，采用了这一指标的6英寸晶闸管。结合电力电子技术发展水平，并考察国内外晶闸管研发制造能力，研制额定通流能力4 500 A的6英寸晶闸管元件具备条件。因此，选择4 500 A作为电压等级序列中的另一个额定直流电流参数。

3.2.3 额定电压选择

额定直流电压是在额定直流电流下输送额定直流功率所要求的直流电压的平均值，通常额定电压是基于额定电流的选取和输送功率的要求确定的，同时需要考虑经济性、环境影响等因素。

基本形我国已建成7回±500 kV直流输电工程，

并开始研究和建成了±500 kV直流输电的标准模式，

设西南水电送华东、呼盟火电送华北以及国外送电

因此将±500 kV和等多项±800 kV直流输电工程[6-8]。

±800 kV作为序列中的两个基本电压等级既考虑了现状，又满足了未来直流技术发展方向。

但是，±500 kV和±800 kV两个电压等级直流组合匹配能够获得的直流输电容量方案有限，无法满足我国输电多样化需求。在规划的直流输电项目中，西北宁东煤电送华北、彬长煤电送华东、溪洛渡水电送华中等近10个直流输电工程的输电距离 在1 000~1 400 km间。如果采用±500 kV直流系统，由于其经济输电距离为1 000 km以下，损耗较大、

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经济性偏差；采用±800 kV直流，其经济输电距离 为1 400 km以上，且工程投资较高。考虑直流系统与送端电源规模相匹配的原则，需引入一个介于 ±500 kV与±800 kV之间电压等级和输电容量的直流系统。为了提高制造和设计的通用化水平，通过选用与±500 kV直流相同的换流阀片，增加串接数目提升直流电压达到提高输电能力的目的。在满足输电能力需求的情况下，避免新阀片的研制。根据多方因素的优化比选，在1 000~1 400 km输电距离区间内，采用±660 kV直流系统最为经济，其额定输电功率达到3960 MW。±660 kV电压等级直流输电系统可以采用单12脉动换流阀和单相双绕组换流变压器，具有接线布置简单、可靠性高、投资节省、占地少的特点，大件运输问题也可以解决。因此，±660 kV电压等级直流可基本利用现有设备及制造能力，发展难度小，生产、设计和建设能够较快形成标准化。

西藏水电送华东、新疆准东火电送华中等大型直流工程的输电距离超过2 700 km，送、受电需求大，如果采用±800 kV直流系统，线损率达到10%以上，且输电容量与需求不匹配，客观上要求采用更高电压等级和输电容量的直流系统来满足工程需要。由于特高压交流1 000 kV的相关技术，在大截面导线、设备绝缘、大容量变压器、电磁环境影响等方面取得了突破性进展，充分考察现有设备制造能力和研发情况，具备将直流电压等级和输电容量继续提升的条件。采用与±800 kV直流相同的换流阀片，通过提升直流电压等级扩充输电容量，实现与送、受端交流电网容量、电压等级的合理匹配。因此确定更高电压等级的直流

设定此电压等级直流可以输电系统为±1 000 kV[9]。

大规模提高直流系统输电能力，实现跨大区超长距离的集中送电，消纳大电源基地电力外送能力，有效缓解送电需求与输电走廊紧张、换流站选址困难间的矛盾。

直流电压等级的确定还需考虑换流阀的耐压水平。换流阀的耐压水平由晶闸管串联元件数决定，提高单个晶闸管耐压水平可以串联较少的晶闸管就能满足直流电压的要求。±500 kV电压等级、额定电流3 000 A的直流系统，需要5英寸晶闸管100多个；而±660 kV电压等级、额定电流3 000 A的直流系统需要串联此型晶闸管200多个。对于±800 kV和±1000 kV电压等级的直流系统，串联100~200多个6英寸4 500 A/6 000~7 000 V的晶闸管

即可满足耐压水平要求。 3.2.4 额定输电功率选择

目前我国已有或正在建设的±500 kV和±800 kV电压等级直流系统的技术比较成熟，输电容量分别为3 000 MW和7 200 MW。引入±660 kV和

可以灵活组合，满足我国大±1 000 kV电压等级后，

型能源基地输电需求。与仅有±500 kV和±800 kV电压等级相比，针对不同输电距离，不同的直流输电工程可以得到更加准确、合理的容量匹配结果，使得工程在选取电压等级时能够更加有针对性。

这4个直流电压等级采用两种通流能力的晶闸

3 960、7 200管，获得4种输电容量，分别为3 000、

和9 000 MW。4种输电容量级差合理，与交流电网的实际需求和适应能力相匹配，基本涵盖了我国未来电网发展的需要。

3.3 各电压等级直流导线的选择

架空线路导线截面一般按经济电流密度选择，根据电晕、电磁环境和可听噪声等约束条件进行校核，并考虑节能降耗的因素。对超高压、特高压线路，电晕、电磁环境和可听噪声往往成为选择导线截面的决定因素。

但由现行标准经济电流密度为0.9~1.1 A/mm2，

于现行标准制定于20世纪50年代，如今有色金属及电价等因素都有了很大变化，因此合理的经济电流密度应在0.57~0.98 A/mm2范围，在选择导线时，经济电流密度取0.7 A/mm2较为合理。根据我国电力系统运行经验，直流输电工程利用小时数为 4 000~6 000。经过计算，额定电流3 000 A的直流，

额定电流4 500 A导线截面宜选择2 700~4 280 mm2；

的直流，导线截面宜选择4 050~6 430 mm2。

综合考虑电磁环境、可听噪声和电晕等多方面约束条件，在经济输电距离范围内将线损率控制在10%以内，±500 kV线路应采用4×720 mm2的导线；±660 kV线路应采用6×630 mm2的导线；±800 kV

±1 000 kV线路应采线路应采用8×630 mm2的导线；

用8×800 mm2的导线。

3.4 各电压等级直流输电系统可靠性分析

直流输电系统可靠性主要是由换流站和线路故障决定，其中换流站的故障通常由设备本身故障和环境因素引起，而直流线路的故障则主要是由于环境因素造成。

各电压等级直流系统由于输电容量不同、接入系统不同，因此发生故障后对系统影响也不同。根据对我国特高压规划电网的安全稳定计算分析，有

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线损率/%

以下几个方面结果：

对于±500 kV和±660 kV电压等级直流系统而言，直流系统单极闭锁，系统不需采取稳定措施即可保持稳定；直流系统发生双极闭锁，在特高压交流电网建设初期，绝大多数不需采取措施即可保持稳定；随着特高压交流电网的不断完善，2020年以后，±500 kV和±660 kV电压等级直流系统双极闭锁，系统不需采取措施即可保持稳定运行。

对于±800 kV和±1 000 kV电压等级直流系统而言，由于这些特高压直流大多投产较晚，投产时特高压交流电网已经相对比较完善，届时我国已建成坚强的华北—华中—华东交流特高压同步电网，直流系统单极闭锁，系统不需采取措施即可维持稳定运行；直流双极闭锁时，送端采取切机措施可使系统恢复稳定运行。

通过计算分析，各电压等级直流系统能够满足输电规划系统的安全稳定运行要求。

3.5 各电压等级直流输电系统典型配置方案

根据前文论述，为满足未来我国直流输电容量和距离等方面的多样化需求，同时考虑降低输电损耗和工程造价、实现设备制造的序列化，提出了直流电压等级序列推荐方案，即选择±500 kV、 ±660 kV、±800 kV和±1 000 kV作为直流电压等级标准，形成了比较合理和经济的直流电压等级序列，其典型配置方案如表1所示。

表1 各电压等级直流输电系统典型配置方案 Tab. 1 Typical arrangement of HVDC transmission

systems of each voltage grade

额定电压/kV ±1 000 ±800 ±660 ±500

额定电流/A 4 500 4 500 3 000 3 000

额定容量/MW 导线截面/mm2

9 000 7 200 3 960 3 000

8×800 8×630 6×630 4×720

10864

1 000

2 0003 000

输电距离/km

4 000

图1 不同电压等级直流系统损耗与输电距离关系 Fig. 1 Relationship between line-loss and transmission distance in each voltage grade HVDC transmission system

过1 400 km后，损耗较高；±800 kV特高压直流在超过2 500 km后，损耗率超出了正常范围；而 ±1 000 kV特高压直流损耗在2 500~4 500 km距离范围内维持在较低水平，适合超长距离送电需要。 4.2 投资分析

表2和表3分别给出4个电压等级直流系统在不同输电距离下线路投资占总投资比重和单位投资基本情况。

表2 各电压等级直流线路投资占总投资的比重 Tab. 2 Line investment proportion of each

voltage grade HVDC transmission system %

电压等级/

kV

800

900

输电距离/km 1 000

1 200

1 400

1 600

1 800

±1 000 17 18 20 23 26 28 31 ±800 21 23 25 28 31 34 37 ±660 23 25 27 31 35 38 41 ±500 24 26 28 32 36 39 42 电压等级/

kV

2 000

2 200

输电距离/km 2 500

3 000

3 500

4 000

4 500

±1 000 33 35 38 43 46 50 53 ±800 39 42 45 49 53 57 59 ±660 43 45 49 53 57 60 63 ±500 44 47 50 54 58 61 64

表3 各电压等级直流对应投资

Tab. 3 Per unit investment of each voltage

grade HVDC transmission system 元/kW

电压等级/

kV

800

900 2 605

±1000 2 541

输电距离/km 1 000

1 200

1 400

1 500

1 6003 0662 8132 8032 5944 5005 1295 0355 3385 314

2 670 2 801 2 933 2 9992 407 2 541 2 676 2 7442 345 2 495 2 648 2 7252 158 2 299 2 445 2 519

输电距离/km

1 8003 200

2 2003 335

2 500

3 000

3 500

4 000

3 472 4 030 4 388 4 7553 236 3 828 4 215 4 6173 282 3 955 4 398 4 8583 066 3 761 4 238 4 754

在直流工程建设中，±500 kV和±660 kV直流采

用通流能力3 000 A的5英寸换流阀，每极由一组12脉动换流阀组构成；±800 kV和±1 000 kV采用通流能力4 500 A的6英寸换流阀，直流换流阀组接线方式将由两个12脉动换流阀组串联组成[1]。

±800 2 2762 341±660 2 1972 270±500 2 0202 089电压等级/

kV ±1 000

4 经济输电距离分析及适用条件

4.1 线损率计算分析

图1给出了按照各电压等级直流基本配置计算得出的线损率与输电距离之间的关系曲线。其中，考虑两端换流站损耗率为1.5%。

从图中可以看出：±500 kV直流损耗在1 000 km以内维持在合理水平；±660 kV直流在输电距离超

±800 2 9523 093±660 2 9603 120±500 2 7472 904

注：计算依据可研投资数据。

从表2中可知，各电压等级直流系统线路投资占总投资的比重随电压等级升高而降低，随输电距离增长而提高。

6 中 国 电 机 工 程 学 报 第28卷

通过计算不同输电距离条件下各电压等级直流系统的投资，将其折算为单位容量投资。

从表3中可知，各电压等级直流系统单位投资随电压等级升高而增加，随输电距离增长而增加。 4.3 经济运行分析

在投资分析基础上，考虑运行费用、线损费用，计算比较各电压等级直流系统的年费用，确定各自对应的经济输电距离。其中，投资按25年折算年值(根据发改委电价改革试点测算方案取值)，折现率取9%(按照建设部《建设项目经济评价方法与参数(第三版)》取值)；运行维护费用按总投资的1.8%计(按照电力规划设计指标取值)；线损费用估算时，最大负荷利用小时数为5 500，上网电价按 0.23元/kW?h计算。

根据图2所示单位功率年费用对比曲线，各电压等级直流之间存在一个经济输电距离，曲线交点即为临界距离。从而确定出各电压等级直流系统经济输电距离，如表4所示。

单位功率年费 用/ (元/kW?年)

在经济性分析基础上，为了更有力地说明各电压等级直流适用性，将进行单位造价和上网电价敏感性分析。由于篇幅限制，本文只给出计算分析结果。

首先，当各电压等级单位造价上浮10%时，则±500 kV临界经济输电距离为1 100 km，±660 kV经济输电距离为1 100~1 400 km，±800 kV的经济输电距离为1 400~2 550 km，±1 000 kV经济输电距离为2 550 km以上。结果说明单位造价对不同电压等级的经济输电距离有影响，造价越高，越不利于高电压等级输电技术的推广应用。

其次，当上网电价调整为0.26元/kW?h，则 ±500 kV经济输电距离为850 km以内，±660 kV经济输电距离为850~1 370 km，±800 kV经济输电距离为1 370~2 235 km，±1 000 kV经济输电距离为 2 235 km以上。结果说明电价高低对不同电压等级直流系统的经济输电距离有影响，高电压等级直流系统对电价的适应性更好。

输电距离/km (a) ±500 kV和±660 kV比较

单位功率年费 用/ (元/kW?年)

grade DC transmission system

电压 等级/kV ±1 000 ±800 ±660 ±500

容量/MW 9 000 7 200 3 960 3 000

经济 距离/km 2 500~4 5001 400~2 5001 000~1 400<1 000

线损率/% 6.54~10.58 5.98~9.50 5.85~7.58 4.49~7.48

线损率百公里变化率/%

0.20 0.32 0.43 0.60

5.1 系统安全稳定性深化研究

±500 kV和±660 kV直流系统输送功率相对较小，目前我国主要受电地区网架结构坚强，具有消纳此电压等级直流系统输送功率的能力。随着特高压电网的建设，网架结构将进一步强化，对系统安全稳定性的影响较小。

由于±800 kV和±1 000 kV特高压直流输送容量大，与一般直流系统相比，受端系统从单回直流馈入功率占负荷需求比例显著增大，短路比(short- circuit ratio，SCR)和有效短路比(effective short- circuit ratio，ESCR)将明显下降。由于SCR/ESCR与直流输电功率、系统安全稳定性密切相关，因此对送、受端系统安全稳定性产生较大影响[10]。直流系统故障会引起潮流大规模转移，客观上要求交流电网具有更高的承受能力；同时受端系统较大的功率缺额是否能够得到有效补充，对系统运行条件提出了更高的要求[11-14]。因此，直流输电功率与受端系统强弱匹配关系将直接影响整个系统的安全稳

第10期 刘振亚等： 直流输电系统电压等级序列研究 7

定，交直流系统相互作用机理和多直流馈入问题仍是特高压直流面临的重要课题。特别是±1 000 kV特高压直流接入系统问题和交直流系统稳定机理[15]，具体包括：±1 000 kV特高压直流对系统电压稳定性影响、±1 000 kV特高压直流对系统频率稳定性影响、特高压交直流系统之间的相互影响；受端系统多直流密集馈入条件下，避免受端电网大面积停电事故的多直流馈入电网安全稳定控制技术及故障协调恢复策略等相关问题。此外，还需对大型煤电基地通过特高压直流系统远距离送电可能引发的次同步振荡问题展开研究。换流阀串联水平及可靠性对系统安全稳定性的影响也是值得考虑的问题。 5.2 设备制造相关问题

我国已取得丰富的±500 kV电压等级直流系统生产和运行经验，利用现有技术基础，可以自主研发提供±660 kV级直流系统所需的成套设备，掌握此电压等级关键技术。此外，目前我国已在建设电压等级为±800 kV的直流工程，对此电压等级直流的研究已取得了突破性进展，短期内能够实现关键设备的国产化[16]。

对于±1 000 kV电压等级直流系统，我国尚无建设和运行的经验，需对配套的关键设备展开研究。

直由于±1 000 kV特高压直流系统大幅提高了电压，

流输电系统主要设备(如换流变压器、直流套管、平波电抗器、开关设备、电抗器、避雷器以及支撑绝缘子等)的制造难度也相应提高，其过电压、设备绝缘及其相互配合等问题均需得到合理的解决，具体包括：±1 000 kV直流输电系统各种运行方式和故障条件下的工频和暂态过电压、谐振过电压；换流站避雷器配置方案，过电压限制措施；直流工程线路的防雷及接地措施；在考虑直流工程特殊地理条件下，特别是高海拔条件下绝缘配合的基本原则和方法，各避雷器、各设备的配合关系，主要设备绝缘水平[17]。此外还需考虑电磁环境和大型设备运输等方面的相关问题。在技术攻关和研制过程中，可以充分利用国家电网仿真中心和特高压直流试验基地进行相关试验研究，开展关键技术和设备研发工作。

电压为500 kV。在±500 kV方案下，输电容量为

3 000 MW，采用4×720 mm2导线，估算投资约65.38亿元。在±660 kV方案下，输电容量为3 960 MW，采用6×630 mm2导线，估算投资约91.02亿元。通过计算对比，±660 kV方案比±500 kV方案单位造价上升4.5%，但输电能力提高33.3%，线损率下降23%，年费用和到网电价均降低。此外，根据系统安全稳定计算，2种电压等级直流系统在多种故障情况下均能满足《电力系统安全稳定导则》要求。总体考虑得出宁东—山东直流输电工程采用±660 kV方案更经济，且满足系统电力送电需求。结果证明设置±660 kV电压等级直流系统的合理性。

根据类似分析方法，±660 kV电压等级直流系统还适用于宁东送华东、俄罗斯送东北、蒙古送东北以及四川送湖南等直流输电工程。±800 kV直流系统适合用于西南水电送华中和华东输电工程，送电距离均在1 400~2 500 km范围；且此电压等级直流系统的输电功率与送端电源开发规模匹配，系统安全稳定性满足要求。此外，准东火电送华中3回直流送电距离分别为2 600、3 000、2 800 km，送端电源开发规模大，采用±1 000 kV电压等级直流系统较其它电压等级直流具有明显的经济优势。

7 结论

本文根据我国直流输电技术发展特点，提出确定直流电压等级序列的思想。通过对直流输电系统进行分类，推行设备选型、工程建设和运行维护标准化，提高我国电力行业设备制造规模和水平，降低研发和生产成本，改善电网运行的安全可靠性。

综合分析论述多方影响因素，推荐未来我国直流输电工程应按±500 kV/3 000 A，±660 kV/3 000 A，±800 kV/4 500 A和±1 000 kV/4 500 A 4个直流电压等级序列进行选择。这4个电压等级序列直流系统的输电容量和经济输电距离基本涵盖了我国电力系统中长期规划对直流输电的需求。

在具体工程方案选择中，除应遵循经济性原则外，还须综合考虑输电损耗、送端电源容量匹配、受端电网安全性等因素，合理选择输电方案适应电网发展需要。

直流输电电压等级序列的建设，可以增强我国电力工业自主创新能力，走跨越式发展的道路，全面提升国内输变电设备制造水平，使国内直流设备制造技术更加成熟，实现我国直流技术升级，显著提高国际竞争能力。

6 案例分析

在具体工程实施时，需根据输电需求和送电距离，从经济、技术和系统安全稳定等多方面对直流工程的电压等级和输送容量进行优化调整。

以宁东—山东直流工程为例，输电距离为 1 350 km，宁东交流侧电压为330 kV，山东交流侧

8 中 国 电 机 工 程 学 报 第28卷

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刘振亚(1952—)，男，教授级高级工程师，国家电网公司总经理； 舒印彪(1958—)，男，教授级高级工程师，国家电网公司副总经理； 张文亮(1954—)，男，博士生导师，教授级高级工程师，中国电力科学研究院院长，主要从事高电压技术和电磁兼容方面的研究，wlzhang@epri.ac.cn；

张运洲(1962—)，男，教授级高级工程师，国网北京经济技术研究院院长，长期从事电力规划与管理工作。

(责任编辑 陈树勇)

第28卷 第10期 中 国 电 机 工 程 学 报 Vol.28 No.10 Apr.5, 2008 2008年4月5日 Proceedings of the CSEE?2008 Chin.Soc.for Elec.Eng. 1

(2008) 10-0001-08 中图分类号：TM 216 文献标识码：A 学科分类号：470?40 文章编号：0258-8013

直流输电系统电压等级序列研究

刘振亚1，舒印彪1，张文亮2，张运洲3

(1．国家电网公司，北京市 西城区 100031；2．中国电力科学研究院，北京市 海淀区 100192；

3．国网北京经济技术研究院，北京市 宣武区 100761)

Study on Voltage Class Series for HVDC Transmission System

LIU Zhen-ya1, SHU Yin-biao1, ZHANG Wen-liang2, ZHANG Yun-zhou3

(1. State Grid Corporation of China, Xicheng District, Beijing 100031,China; 2. China Electric Power Research Institute, Haidian District, Beijing 100192, China; 3. State Power Economic Research Institute, Xuanwu District, Beijing 100761,China) ABSTRACT: According to the technical progress in HVDC transmission technology and its application in medium- long-term developing program of power system in China, the idea of dividing different voltage grades is proposed to form DC voltage class standardized series. The necessity and evidence of forming the voltage class series are analyzed, and the economy of each voltage grade is compared to present the applicable range of HVDC transmission systems. Finally, application examples of different voltage grade HVDC transmission systems are analyzed in some practical cases, and the future problems of the HVDC transmission development are discussed.

KEY WORDS: DC transmission system; voltage sequence; ultra-high voltage

摘要：根据直流输电技术发展及其在我国电力系统中长期发展规划中的应用前景，提出为直流输电系统划分电压等级标准化序列的思想。详细论述了直流系统划分序列的必要性和依据，在此基础上确定电压等级序列组成，比较各电压等级的经济性，得出各自的适用范围。最后，针对具体案例分析了不同电压等级直流系统在规划电网中的适用性，对直流输电进一步发展需解决的问题进行了论述。 关键词：直流输电系统；电压等级序列；特高压

护性，给生产运行带来了困难。

从20世纪80年代至今，我国通过技术引进、消化吸收、自主研发逐步建成投运了10个直流输电工程。这些直流工程大多是结合具体项目对参数配置进行论证设计，并未形成标准化序列。随着直流输电技术的进步，近年我国建成的直流工程逐渐呈现出标准化与规模化运作的雏形，三沪、三广、贵广I和II直流具有与三常直流相同的电压等级、通流能力和输电容量，在工程设计、制造和运行中明显体现出标准化的优越性。

根据我国能源布局和电网发展特点，未来我国采用直流输电的规模将超过其他国家，在输电容量和距离方面存在多种需求，如仍采用根据单一工程确定直流系统参数配置和设备性能要求的发展思路，必然给我国电力工业造成研发和工程建设投资的浪费。为了提高效率、节约成本，实现设备的通用化，有必要对直流输电系统进行分类，形成直流输电系统序列，推行系统设计、设备选型、工程建设、运行维护的标准化，降低生产建设投资，满足我国电网建设发展需要[1-4]。

1 建立直流输电电压等级序列的必要性

1.1 输电需求分析

我国幅员辽阔，能源分布不均，水力资源2/3分布在西南、西北地区，煤矿资源2/3集中在晋、蒙等地，而我国的电力消费主要集中在中部、东部和南部地区，电力生产与消费呈逆向分布。这就决定了我国需要建设一批大容量、长距离的输电线路，将西、北部地区的电力送往负荷中心。

与此同时，我国电力需求和装机增长十分迅猛。

0 引言

自1954年瑞典哥特兰岛直流输电工程投运以

来，世界各国共建成投运上百个直流系统，直流电压、电流和输电容量遍布各种等级。直流输电技术虽已大规模应用于电力系统，但世界范围内尚未形成直流系统的标准化序列，设备生产、选型完全根据单个工程需要而定，无法形成设计和制造的通用化、规模化，增加了工程造价，降低了设备的可维

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(2008) 10-0001-08 中图分类号：TM 216 文献标识码：A 学科分类号：470?40 文章编号：0258-8013

直流输电系统电压等级序列研究

刘振亚1，舒印彪1，张文亮2，张运洲3

(1．国家电网公司，北京市 西城区 100031；2．中国电力科学研究院，北京市 海淀区 100192；

3．国网北京经济技术研究院，北京市 宣武区 100761)

Study on Voltage Class Series for HVDC Transmission System

LIU Zhen-ya1, SHU Yin-biao1, ZHANG Wen-liang2, ZHANG Yun-zhou3

(1. State Grid Corporation of China, Xicheng District, Beijing 100031,China; 2. China Electric Power Research Institute, Haidian District, Beijing 100192, China; 3. State Power Economic Research Institute, Xuanwu District, Beijing 100761,China) ABSTRACT: According to the technical progress in HVDC transmission technology and its application in medium- long-term developing program of power system in China, the idea of dividing different voltage grades is proposed to form DC voltage class standardized series. The necessity and evidence of forming the voltage class series are analyzed, and the economy of each voltage grade is compared to present the applicable range of HVDC transmission systems. Finally, application examples of different voltage grade HVDC transmission systems are analyzed in some practical cases, and the future problems of the HVDC transmission development are discussed.

KEY WORDS: DC transmission system; voltage sequence; ultra-high voltage

摘要：根据直流输电技术发展及其在我国电力系统中长期发展规划中的应用前景，提出为直流输电系统划分电压等级标准化序列的思想。详细论述了直流系统划分序列的必要性和依据，在此基础上确定电压等级序列组成，比较各电压等级的经济性，得出各自的适用范围。最后，针对具体案例分析了不同电压等级直流系统在规划电网中的适用性，对直流输电进一步发展需解决的问题进行了论述。 关键词：直流输电系统；电压等级序列；特高压

护性，给生产运行带来了困难。

从20世纪80年代至今，我国通过技术引进、消化吸收、自主研发逐步建成投运了10个直流输电工程。这些直流工程大多是结合具体项目对参数配置进行论证设计，并未形成标准化序列。随着直流输电技术的进步，近年我国建成的直流工程逐渐呈现出标准化与规模化运作的雏形，三沪、三广、贵广I和II直流具有与三常直流相同的电压等级、通流能力和输电容量，在工程设计、制造和运行中明显体现出标准化的优越性。

根据我国能源布局和电网发展特点，未来我国采用直流输电的规模将超过其他国家，在输电容量和距离方面存在多种需求，如仍采用根据单一工程确定直流系统参数配置和设备性能要求的发展思路，必然给我国电力工业造成研发和工程建设投资的浪费。为了提高效率、节约成本，实现设备的通用化，有必要对直流输电系统进行分类，形成直流输电系统序列，推行系统设计、设备选型、工程建设、运行维护的标准化，降低生产建设投资，满足我国电网建设发展需要[1-4]。

1 建立直流输电电压等级序列的必要性

1.1 输电需求分析

我国幅员辽阔，能源分布不均，水力资源2/3分布在西南、西北地区，煤矿资源2/3集中在晋、蒙等地，而我国的电力消费主要集中在中部、东部和南部地区，电力生产与消费呈逆向分布。这就决定了我国需要建设一批大容量、长距离的输电线路，将西、北部地区的电力送往负荷中心。

与此同时，我国电力需求和装机增长十分迅猛。

0 引言

自1954年瑞典哥特兰岛直流输电工程投运以

来，世界各国共建成投运上百个直流系统，直流电压、电流和输电容量遍布各种等级。直流输电技术虽已大规模应用于电力系统，但世界范围内尚未形成直流系统的标准化序列，设备生产、选型完全根据单个工程需要而定，无法形成设计和制造的通用化、规模化，增加了工程造价，降低了设备的可维

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(2008) 10-0001-08 中图分类号：TM 216 文献标识码：A 学科分类号：470?40 文章编号：0258-8013

直流输电系统电压等级序列研究

刘振亚1，舒印彪1，张文亮2，张运洲3

(1．国家电网公司，北京市 西城区 100031；2．中国电力科学研究院，北京市 海淀区 100192；

3．国网北京经济技术研究院，北京市 宣武区 100761)

Study on Voltage Class Series for HVDC Transmission System

LIU Zhen-ya1, SHU Yin-biao1, ZHANG Wen-liang2, ZHANG Yun-zhou3

(1. State Grid Corporation of China, Xicheng District, Beijing 100031,China; 2. China Electric Power Research Institute, Haidian District, Beijing 100192, China; 3. State Power Economic Research Institute, Xuanwu District, Beijing 100761,China) ABSTRACT: According to the technical progress in HVDC transmission technology and its application in medium- long-term developing program of power system in China, the idea of dividing different voltage grades is proposed to form DC voltage class standardized series. The necessity and evidence of forming the voltage class series are analyzed, and the economy of each voltage grade is compared to present the applicable range of HVDC transmission systems. Finally, application examples of different voltage grade HVDC transmission systems are analyzed in some practical cases, and the future problems of the HVDC transmission development are discussed.

KEY WORDS: DC transmission system; voltage sequence; ultra-high voltage

摘要：根据直流输电技术发展及其在我国电力系统中长期发展规划中的应用前景，提出为直流输电系统划分电压等级标准化序列的思想。详细论述了直流系统划分序列的必要性和依据，在此基础上确定电压等级序列组成，比较各电压等级的经济性，得出各自的适用范围。最后，针对具体案例分析了不同电压等级直流系统在规划电网中的适用性，对直流输电进一步发展需解决的问题进行了论述。 关键词：直流输电系统；电压等级序列；特高压

护性，给生产运行带来了困难。

从20世纪80年代至今，我国通过技术引进、消化吸收、自主研发逐步建成投运了10个直流输电工程。这些直流工程大多是结合具体项目对参数配置进行论证设计，并未形成标准化序列。随着直流输电技术的进步，近年我国建成的直流工程逐渐呈现出标准化与规模化运作的雏形，三沪、三广、贵广I和II直流具有与三常直流相同的电压等级、通流能力和输电容量，在工程设计、制造和运行中明显体现出标准化的优越性。

根据我国能源布局和电网发展特点，未来我国采用直流输电的规模将超过其他国家，在输电容量和距离方面存在多种需求，如仍采用根据单一工程确定直流系统参数配置和设备性能要求的发展思路，必然给我国电力工业造成研发和工程建设投资的浪费。为了提高效率、节约成本，实现设备的通用化，有必要对直流输电系统进行分类，形成直流输电系统序列，推行系统设计、设备选型、工程建设、运行维护的标准化，降低生产建设投资，满足我国电网建设发展需要[1-4]。

1 建立直流输电电压等级序列的必要性

1.1 输电需求分析

我国幅员辽阔，能源分布不均，水力资源2/3分布在西南、西北地区，煤矿资源2/3集中在晋、蒙等地，而我国的电力消费主要集中在中部、东部和南部地区，电力生产与消费呈逆向分布。这就决定了我国需要建设一批大容量、长距离的输电线路，将西、北部地区的电力送往负荷中心。

与此同时，我国电力需求和装机增长十分迅猛。

0 引言

自1954年瑞典哥特兰岛直流输电工程投运以

来，世界各国共建成投运上百个直流系统，直流电压、电流和输电容量遍布各种等级。直流输电技术虽已大规模应用于电力系统，但世界范围内尚未形成直流系统的标准化序列，设备生产、选型完全根据单个工程需要而定，无法形成设计和制造的通用化、规模化，增加了工程造价，降低了设备的可维

第28卷 第10期 中 国 电 机 工 程 学 报 Vol.28 No.10 Apr.5, 2008 2008年4月5日 Proceedings of the CSEE?2008 Chin.Soc.for Elec.Eng. 1

(2008) 10-0001-08 中图分类号：TM 216 文献标识码：A 学科分类号：470?40 文章编号：0258-8013

直流输电系统电压等级序列研究

刘振亚1，舒印彪1，张文亮2，张运洲3

(1．国家电网公司，北京市 西城区 100031；2．中国电力科学研究院，北京市 海淀区 100192；

3．国网北京经济技术研究院，北京市 宣武区 100761)

Study on Voltage Class Series for HVDC Transmission System

LIU Zhen-ya1, SHU Yin-biao1, ZHANG Wen-liang2, ZHANG Yun-zhou3

(1. State Grid Corporation of China, Xicheng District, Beijing 100031,China; 2. China Electric Power Research Institute, Haidian District, Beijing 100192, China; 3. State Power Economic Research Institute, Xuanwu District, Beijing 100761,China) ABSTRACT: According to the technical progress in HVDC transmission technology and its application in medium- long-term developing program of power system in China, the idea of dividing different voltage grades is proposed to form DC voltage class standardized series. The necessity and evidence of forming the voltage class series are analyzed, and the economy of each voltage grade is compared to present the applicable range of HVDC transmission systems. Finally, application examples of different voltage grade HVDC transmission systems are analyzed in some practical cases, and the future problems of the HVDC transmission development are discussed.

KEY WORDS: DC transmission system; voltage sequence; ultra-high voltage

摘要：根据直流输电技术发展及其在我国电力系统中长期发展规划中的应用前景，提出为直流输电系统划分电压等级标准化序列的思想。详细论述了直流系统划分序列的必要性和依据，在此基础上确定电压等级序列组成，比较各电压等级的经济性，得出各自的适用范围。最后，针对具体案例分析了不同电压等级直流系统在规划电网中的适用性，对直流输电进一步发展需解决的问题进行了论述。 关键词：直流输电系统；电压等级序列；特高压

护性，给生产运行带来了困难。

从20世纪80年代至今，我国通过技术引进、消化吸收、自主研发逐步建成投运了10个直流输电工程。这些直流工程大多是结合具体项目对参数配置进行论证设计，并未形成标准化序列。随着直流输电技术的进步，近年我国建成的直流工程逐渐呈现出标准化与规模化运作的雏形，三沪、三广、贵广I和II直流具有与三常直流相同的电压等级、通流能力和输电容量，在工程设计、制造和运行中明显体现出标准化的优越性。

根据我国能源布局和电网发展特点，未来我国采用直流输电的规模将超过其他国家，在输电容量和距离方面存在多种需求，如仍采用根据单一工程确定直流系统参数配置和设备性能要求的发展思路，必然给我国电力工业造成研发和工程建设投资的浪费。为了提高效率、节约成本，实现设备的通用化，有必要对直流输电系统进行分类，形成直流输电系统序列，推行系统设计、设备选型、工程建设、运行维护的标准化，降低生产建设投资，满足我国电网建设发展需要[1-4]。

1 建立直流输电电压等级序列的必要性

1.1 输电需求分析

我国幅员辽阔，能源分布不均，水力资源2/3分布在西南、西北地区，煤矿资源2/3集中在晋、蒙等地，而我国的电力消费主要集中在中部、东部和南部地区，电力生产与消费呈逆向分布。这就决定了我国需要建设一批大容量、长距离的输电线路，将西、北部地区的电力送往负荷中心。

与此同时，我国电力需求和装机增长十分迅猛。

0 引言

自1954年瑞典哥特兰岛直流输电工程投运以

来，世界各国共建成投运上百个直流系统，直流电压、电流和输电容量遍布各种等级。直流输电技术虽已大规模应用于电力系统，但世界范围内尚未形成直流系统的标准化序列，设备生产、选型完全根据单个工程需要而定，无法形成设计和制造的通用化、规模化，增加了工程造价，降低了设备的可维

第28卷 第10期 中 国 电 机 工 程 学 报 Vol.28 No.10 Apr.5, 2008 2008年4月5日 Proceedings of the CSEE?2008 Chin.Soc.for Elec.Eng. 1

(2008) 10-0001-08 中图分类号：TM 216 文献标识码：A 学科分类号：470?40 文章编号：0258-8013

直流输电系统电压等级序列研究

刘振亚1，舒印彪1，张文亮2，张运洲3

(1．国家电网公司，北京市 西城区 100031；2．中国电力科学研究院，北京市 海淀区 100192；

3．国网北京经济技术研究院，北京市 宣武区 100761)

Study on Voltage Class Series for HVDC Transmission System

LIU Zhen-ya1, SHU Yin-biao1, ZHANG Wen-liang2, ZHANG Yun-zhou3

(1. State Grid Corporation of China, Xicheng District, Beijing 100031,China; 2. China Electric Power Research Institute, Haidian District, Beijing 100192, China; 3. State Power Economic Research Institute, Xuanwu District, Beijing 100761,China) ABSTRACT: According to the technical progress in HVDC transmission technology and its application in medium- long-term developing program of power system in China, the idea of dividing different voltage grades is proposed to form DC voltage class standardized series. The necessity and evidence of forming the voltage class series are analyzed, and the economy of each voltage grade is compared to present the applicable range of HVDC transmission systems. Finally, application examples of different voltage grade HVDC transmission systems are analyzed in some practical cases, and the future problems of the HVDC transmission development are discussed.

KEY WORDS: DC transmission system; voltage sequence; ultra-high voltage

摘要：根据直流输电技术发展及其在我国电力系统中长期发展规划中的应用前景，提出为直流输电系统划分电压等级标准化序列的思想。详细论述了直流系统划分序列的必要性和依据，在此基础上确定电压等级序列组成，比较各电压等级的经济性，得出各自的适用范围。最后，针对具体案例分析了不同电压等级直流系统在规划电网中的适用性，对直流输电进一步发展需解决的问题进行了论述。 关键词：直流输电系统；电压等级序列；特高压

护性，给生产运行带来了困难。

从20世纪80年代至今，我国通过技术引进、消化吸收、自主研发逐步建成投运了10个直流输电工程。这些直流工程大多是结合具体项目对参数配置进行论证设计，并未形成标准化序列。随着直流输电技术的进步，近年我国建成的直流工程逐渐呈现出标准化与规模化运作的雏形，三沪、三广、贵广I和II直流具有与三常直流相同的电压等级、通流能力和输电容量，在工程设计、制造和运行中明显体现出标准化的优越性。

根据我国能源布局和电网发展特点，未来我国采用直流输电的规模将超过其他国家，在输电容量和距离方面存在多种需求，如仍采用根据单一工程确定直流系统参数配置和设备性能要求的发展思路，必然给我国电力工业造成研发和工程建设投资的浪费。为了提高效率、节约成本，实现设备的通用化，有必要对直流输电系统进行分类，形成直流输电系统序列，推行系统设计、设备选型、工程建设、运行维护的标准化，降低生产建设投资，满足我国电网建设发展需要[1-4]。

1 建立直流输电电压等级序列的必要性

1.1 输电需求分析

我国幅员辽阔，能源分布不均，水力资源2/3分布在西南、西北地区，煤矿资源2/3集中在晋、蒙等地，而我国的电力消费主要集中在中部、东部和南部地区，电力生产与消费呈逆向分布。这就决定了我国需要建设一批大容量、长距离的输电线路，将西、北部地区的电力送往负荷中心。

与此同时，我国电力需求和装机增长十分迅猛。

0 引言

自1954年瑞典哥特兰岛直流输电工程投运以

来，世界各国共建成投运上百个直流系统，直流电压、电流和输电容量遍布各种等级。直流输电技术虽已大规模应用于电力系统，但世界范围内尚未形成直流系统的标准化序列，设备生产、选型完全根据单个工程需要而定，无法形成设计和制造的通用化、规模化，增加了工程造价，降低了设备的可维

第28卷 第10期 中 国 电 机 工 程 学 报 Vol.28 No.10 Apr.5, 2008 2008年4月5日 Proceedings of the CSEE?2008 Chin.Soc.for Elec.Eng. 1

(2008) 10-0001-08 中图分类号：TM 216 文献标识码：A 学科分类号：470?40 文章编号：0258-8013

直流输电系统电压等级序列研究

刘振亚1，舒印彪1，张文亮2，张运洲3

(1．国家电网公司，北京市 西城区 100031；2．中国电力科学研究院，北京市 海淀区 100192；

3．国网北京经济技术研究院，北京市 宣武区 100761)

Study on Voltage Class Series for HVDC Transmission System

LIU Zhen-ya1, SHU Yin-biao1, ZHANG Wen-liang2, ZHANG Yun-zhou3

(1. State Grid Corporation of China, Xicheng District, Beijing 100031,China; 2. China Electric Power Research Institute, Haidian District, Beijing 100192, China; 3. State Power Economic Research Institute, Xuanwu District, Beijing 100761,China) ABSTRACT: According to the technical progress in HVDC transmission technology and its application in medium- long-term developing program of power system in China, the idea of dividing different voltage grades is proposed to form DC voltage class standardized series. The necessity and evidence of forming the voltage class series are analyzed, and the economy of each voltage grade is compared to present the applicable range of HVDC transmission systems. Finally, application examples of different voltage grade HVDC transmission systems are analyzed in some practical cases, and the future problems of the HVDC transmission development are discussed.

KEY WORDS: DC transmission system; voltage sequence; ultra-high voltage

摘要：根据直流输电技术发展及其在我国电力系统中长期发展规划中的应用前景，提出为直流输电系统划分电压等级标准化序列的思想。详细论述了直流系统划分序列的必要性和依据，在此基础上确定电压等级序列组成，比较各电压等级的经济性，得出各自的适用范围。最后，针对具体案例分析了不同电压等级直流系统在规划电网中的适用性，对直流输电进一步发展需解决的问题进行了论述。 关键词：直流输电系统；电压等级序列；特高压

护性，给生产运行带来了困难。

从20世纪80年代至今，我国通过技术引进、消化吸收、自主研发逐步建成投运了10个直流输电工程。这些直流工程大多是结合具体项目对参数配置进行论证设计，并未形成标准化序列。随着直流输电技术的进步，近年我国建成的直流工程逐渐呈现出标准化与规模化运作的雏形，三沪、三广、贵广I和II直流具有与三常直流相同的电压等级、通流能力和输电容量，在工程设计、制造和运行中明显体现出标准化的优越性。

根据我国能源布局和电网发展特点，未来我国采用直流输电的规模将超过其他国家，在输电容量和距离方面存在多种需求，如仍采用根据单一工程确定直流系统参数配置和设备性能要求的发展思路，必然给我国电力工业造成研发和工程建设投资的浪费。为了提高效率、节约成本，实现设备的通用化，有必要对直流输电系统进行分类，形成直流输电系统序列，推行系统设计、设备选型、工程建设、运行维护的标准化，降低生产建设投资，满足我国电网建设发展需要[1-4]。

1 建立直流输电电压等级序列的必要性

1.1 输电需求分析

我国幅员辽阔，能源分布不均，水力资源2/3分布在西南、西北地区，煤矿资源2/3集中在晋、蒙等地，而我国的电力消费主要集中在中部、东部和南部地区，电力生产与消费呈逆向分布。这就决定了我国需要建设一批大容量、长距离的输电线路，将西、北部地区的电力送往负荷中心。

与此同时，我国电力需求和装机增长十分迅猛。

0 引言

自1954年瑞典哥特兰岛直流输电工程投运以

来，世界各国共建成投运上百个直流系统，直流电压、电流和输电容量遍布各种等级。直流输电技术虽已大规模应用于电力系统，但世界范围内尚未形成直流系统的标准化序列，设备生产、选型完全根据单个工程需要而定，无法形成设计和制造的通用化、规模化，增加了工程造价，降低了设备的可维

第28卷 第10期 中 国 电 机 工 程 学 报 Vol.28 No.10 Apr.5, 2008 2008年4月5日 Proceedings of the CSEE?2008 Chin.Soc.for Elec.Eng. 1

(2008) 10-0001-08 中图分类号：TM 216 文献标识码：A 学科分类号：470?40 文章编号：0258-8013

直流输电系统电压等级序列研究

刘振亚1，舒印彪1，张文亮2，张运洲3

(1．国家电网公司，北京市 西城区 100031；2．中国电力科学研究院，北京市 海淀区 100192；

3．国网北京经济技术研究院，北京市 宣武区 100761)

Study on Voltage Class Series for HVDC Transmission System

LIU Zhen-ya1, SHU Yin-biao1, ZHANG Wen-liang2, ZHANG Yun-zhou3

(1. State Grid Corporation of China, Xicheng District, Beijing 100031,China; 2. China Electric Power Research Institute, Haidian District, Beijing 100192, China; 3. State Power Economic Research Institute, Xuanwu District, Beijing 100761,China) ABSTRACT: According to the technical progress in HVDC transmission technology and its application in medium- long-term developing program of power system in China, the idea of dividing different voltage grades is proposed to form DC voltage class standardized series. The necessity and evidence of forming the voltage class series are analyzed, and the economy of each voltage grade is compared to present the applicable range of HVDC transmission systems. Finally, application examples of different voltage grade HVDC transmission systems are analyzed in some practical cases, and the future problems of the HVDC transmission development are discussed.

KEY WORDS: DC transmission system; voltage sequence; ultra-high voltage

摘要：根据直流输电技术发展及其在我国电力系统中长期发展规划中的应用前景，提出为直流输电系统划分电压等级标准化序列的思想。详细论述了直流系统划分序列的必要性和依据，在此基础上确定电压等级序列组成，比较各电压等级的经济性，得出各自的适用范围。最后，针对具体案例分析了不同电压等级直流系统在规划电网中的适用性，对直流输电进一步发展需解决的问题进行了论述。 关键词：直流输电系统；电压等级序列；特高压

护性，给生产运行带来了困难。

从20世纪80年代至今，我国通过技术引进、消化吸收、自主研发逐步建成投运了10个直流输电工程。这些直流工程大多是结合具体项目对参数配置进行论证设计，并未形成标准化序列。随着直流输电技术的进步，近年我国建成的直流工程逐渐呈现出标准化与规模化运作的雏形，三沪、三广、贵广I和II直流具有与三常直流相同的电压等级、通流能力和输电容量，在工程设计、制造和运行中明显体现出标准化的优越性。

根据我国能源布局和电网发展特点，未来我国采用直流输电的规模将超过其他国家，在输电容量和距离方面存在多种需求，如仍采用根据单一工程确定直流系统参数配置和设备性能要求的发展思路，必然给我国电力工业造成研发和工程建设投资的浪费。为了提高效率、节约成本，实现设备的通用化，有必要对直流输电系统进行分类，形成直流输电系统序列，推行系统设计、设备选型、工程建设、运行维护的标准化，降低生产建设投资，满足我国电网建设发展需要[1-4]。

1 建立直流输电电压等级序列的必要性

1.1 输电需求分析

我国幅员辽阔，能源分布不均，水力资源2/3分布在西南、西北地区，煤矿资源2/3集中在晋、蒙等地，而我国的电力消费主要集中在中部、东部和南部地区，电力生产与消费呈逆向分布。这就决定了我国需要建设一批大容量、长距离的输电线路，将西、北部地区的电力送往负荷中心。

与此同时，我国电力需求和装机增长十分迅猛。

0 引言

自1954年瑞典哥特兰岛直流输电工程投运以

来，世界各国共建成投运上百个直流系统，直流电压、电流和输电容量遍布各种等级。直流输电技术虽已大规模应用于电力系统，但世界范围内尚未形成直流系统的标准化序列，设备生产、选型完全根据单个工程需要而定，无法形成设计和制造的通用化、规模化，增加了工程造价，降低了设备的可维

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