HVDC技术的介绍和简史

高压直流技术在过去一个世纪中取得了许多技术进步。本文提供了 HVDC 技术的介绍和简史。

高压直流 （HVDC） 技术主要用于长距离输电。该技术在高压交流输电技术兴起后已被部分放弃。这是多方面的原因，后面的文章会解释。

随着上个世纪固态技术和掺杂技术的新技术进步，高压直流输电重新受到电力传输公用事业和公司的关注。

高压直流输电

在发现交流电之前，高压直流输电已为人们所熟知。第一个实用的直流输电系统于 1882 年投入使用，由 Marcel Deprez 设计，以 2 KV 的电势在 35 英里内传输 1.5 kW。

在 19 世纪的最后十年，AC/DC 共存的概念变得清晰而广为人知。然后，在 1901 年，Herwit 设计了他的汞蒸气整流器，能够将交流电转换为直流电。1928年，控制整改基础投入使用。

汞弧高压直流输电系统

1939 年，Uno Lamm 博士发明了一种汞弧阀的新设计。这是发展高压直流转换最成功的尝试。后来，1954 年第一台基于汞弧的高压直流输电系统投入使用。该系统位于瑞典和哥特兰岛之间，距离为 96 公里，电压为 100 KV，容量为 20 MW。

34 年后，固态技术被发现作为 HVDC 转换单元的更好替代品，并开始取代 Mercury-arc 阀门。最后一个基于 Mercury-arc 阀门的商用 HVDC 系统是 Nelson River Bipole，这是一条 895 公里长的链路，在 450 KV-DC 下最大容量为 6500 MW。

晶闸管技术

晶闸管或可控硅整流器出现在 1950 年代，但电气特性非常低。1960 年代晶闸管的发展令人吃惊，单个晶闸管的阻断电压达到 1600 伏特，最大电流为 1000 安。随后晶闸管阀的快速改进使其能够用于 HVDC 系统，同时阻碍了汞弧阀的发展。

晶闸管阀系统弥补了汞弧阀系统中的问题，减少了维护，扩大了电压范围，并消除了反弧的发生。

第一个完全基于晶闸管的 HVDC 输电系统是两个背靠背双桥换流站，每个换流站包含 4800 个晶闸管，通过鳗鱼河在 New Brunswick 和 Hydro Quebec 站之间以 80 KV 的电压传输 320 MW。

今天，基于晶闸管的 HVDC 技术已经发展并仍在使用。使用晶闸管的 HVDC 输电系统称为电流源换流器 （CSC） HVDC 系统。

IGBT技术

CSC 系统是大型电力传输箱的绝佳选择，但成本和空间效率非常低，并且不能安装用于黑启动系统，例如合成平衡三相电压。需要新技术。

1990 年代见证了电力电子技术的巨大发展，隔离栅双极晶体管 （IGBT） 的发展打开了通往新 HVDC 输电系统技术的大门。

与电流控制晶闸管系统相比，IGBT 系统是电压控制的。它们可以以非常高的频率切换，这有助于降低系统的交流谐波。它们解决了黑启动问题，并具有更好的功率控制能力。IGBT 控制的 HVDC 转换系统称为电压源转换器 （VSC） 系统。

1997 年和 1999 年在瑞典实施了两个首批 VSC 系统。这些系统在 10 KV 和 80 KV 下的容量分别为 3 MW 和 50 MW。

从那时起，VSC HVDC 系统经历了许多发展和发展阶段，降低了变流器损耗并提高了系统可靠性。

下一步是什么

即将发表的文章将包含 CSC HVDC 和 VSC HVDC 的完整比较、HVAC 和 HVDC 的比较，以及 HVDC 站的配置、组件和设计要求的说明。