在過去的一個世紀(jì)中，交流電（AC）系統(tǒng)已成為向企業(yè)，應(yīng)用程序和家庭電氣傳輸?shù)娜驑?biāo)準(zhǔn)。然而，在過去的幾十年中， 高壓直流電（HVDC）已經(jīng)成為交流輸電的可行補(bǔ)充，它具有連接異步交流電網(wǎng)并允許長距離輸電且損耗最小的能力。

這對于海上風(fēng)電場之類的應(yīng)用至關(guān)重要，該應(yīng)用可以在與需要發(fā)電的地方相距很遠(yuǎn)的地方運(yùn)行。這樣，高壓直流輸電技術(shù)正在逐步釋放歐洲海上資源的全部潛力，并提高全球能源系統(tǒng)的效率和兼容性。Andreas Berthou解釋了這種傳輸系統(tǒng)的好處。

                                                    圖1：海上風(fēng)能

交流與直流

由于變壓器方便地根據(jù)需要提高或降低電壓，并且比直流電網(wǎng)更容易中斷，因此在過去的一個世紀(jì)中，交流輸電已成為首選的全球平臺。然而，高壓AC傳輸具有許多限制，包括較短的距離限制和傳輸容量，以及不可能連接兩個不同頻率的AC電力網(wǎng)絡(luò)。

由于多年來的許多創(chuàng)新，HVDC輸電現(xiàn)在已準(zhǔn)備好取代AC輸電，而HVDC可以提高距離輸電能力，并在這些距離上具有更高的效率。雖然不可能在現(xiàn)有的不同能源基礎(chǔ)設(shè)施的兩個網(wǎng)絡(luò)之間進(jìn)行交流傳輸。這種精確的功率流允許將新能源無縫集成到電網(wǎng)中，而又不會給頻率帶來波動，HVDC傳輸可以連接以任何頻率或電壓運(yùn)行的網(wǎng)絡(luò)。這使得來自各種來源的可再生能源可以輕松地集成到現(xiàn)有的電網(wǎng)中，從而促進(jìn)了向可再生能源的有效過渡。高壓直流輸電可靠且易于控制，為新的和現(xiàn)有的電網(wǎng)提供即時，精確的潮流控制。高壓直流輸電可以擴(kuò)展能源網(wǎng)絡(luò)，使其更加穩(wěn)定。

HVDC比AC更環(huán)保，比AC系統(tǒng)更有效地在更大的距離上提供每平方米更多的能量，并且損耗更低，所需空間更少。與交流相比，這種提高的效率減少了HVDC的碳足跡，損耗從AC傳輸中的大約5-10％減少到了HVDC中相同應(yīng)用的大約2-3％。

                                                 圖2：直流架空線

什么是HVDC？

HVDC由日立ABB電網(wǎng)于1920年代首創(chuàng)，并于50年代商業(yè)化建立。它通過電流轉(zhuǎn)換器技術(shù)將自己與AC傳輸系統(tǒng)區(qū)分開，將AC轉(zhuǎn)換為DC，從而以較少的傳輸線更有效地進(jìn)行長距離傳輸。高壓直流輸電也通常用于連接異步交流網(wǎng)絡(luò)，從而在提高電網(wǎng)容量并提供對功率流的更好控制的同時，穩(wěn)定周圍電網(wǎng)。高壓直流輸電系統(tǒng)使用大功率半導(dǎo)體閥門，這些閥門由日立ABB電網(wǎng)針對其應(yīng)用進(jìn)行了專門調(diào)整。

                                                圖3：HVDC光閥

HVDC是海底電力傳輸和長距離電力傳輸?shù)氖走x方法，這是因?yàn)镠VDC具有比AC傳輸更遠(yuǎn)的距離傳輸大量電力的功能，并且損耗最小。海上風(fēng)電變得越來越重要，據(jù)WindEurope估計，歐洲的海上風(fēng)電容量將在30年內(nèi)達(dá)到450GW，而高壓直流輸電是將偏遠(yuǎn)海上風(fēng)電場連接到使用該電力的城市和地區(qū)的重要組成部分。為了實(shí)現(xiàn)與海上能源的這種整合，日立ABB電網(wǎng)設(shè)計的混合HVDC斷路器最近由KEMA實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了測試，這是歐盟資助的“海上網(wǎng)狀HVDC輸電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)展”項目的一部分。使用日立ABB電網(wǎng)內(nèi)部開發(fā)的優(yōu)化功率半導(dǎo)體，該斷路器通過允許HVDC傳輸系統(tǒng)即使其中一條線路出現(xiàn)故障也能保持電力流，斷開線路上的直流電并隔離故障來克服現(xiàn)有的技術(shù)限制。4

另一個重要的發(fā)展是HVDCLight?，這是日立ABB電網(wǎng)于1997年率先推出的一種電壓源轉(zhuǎn)換器解決方案，最近被世界經(jīng)濟(jì)論壇譽(yù)為過去十年中“最偉大的全球能源創(chuàng)新之一”。HVDC Light提供更安全的電源控制和快速的電源恢復(fù)，并允許長距離地下高壓輸電，從而使向城市地區(qū)的可再生能源的過渡更加容易。

高壓直流輸電的未來

交流電在短距離和最終用戶之間的能量傳輸中扮演著重要角色，而高壓直流輸電技術(shù)在我們?nèi)找媛?lián)系的全球能源生態(tài)系統(tǒng)中是一種更可行的能量傳輸解決方案。高壓直流輸電在長距離的效率將是全球可再生能源解決方案的重要組成部分，它將清潔能源無縫整合到現(xiàn)有的電力基礎(chǔ)設(shè)施中，并確?？稍偕茉吹目杉靶院涂韶?fù)擔(dān)性。

圖4：印度東北阿格拉多端鏈接的HVDC Classic閥門

通過在可再生能源系統(tǒng)中使用HVDC進(jìn)行的大規(guī)模全球發(fā)展，已經(jīng)顯示出了這種潛力。日立ABB電網(wǎng)公司正在支持中國在京津冀地區(qū)建設(shè)張北高壓直流電網(wǎng)，這是世界上首例此類電網(wǎng)安裝。建成后，該電網(wǎng)有望通過整合遠(yuǎn)程風(fēng)能，太陽能和水能為該地區(qū)提供穩(wěn)定的可再生能源，并且可以促進(jìn)歐洲和美國采用類似的系統(tǒng)。就在上個月，日立ABB電網(wǎng)宣布了與英國能源巨頭SSE plc旗下的蘇格蘭和南方電網(wǎng)（SSEN）傳輸?shù)囊豁椫匾椖浚詫?shí)現(xiàn)歐洲首個多鏈路VSC HVDC連接。該鏈接將首次將設(shè)得蘭群島與英國的傳輸系統(tǒng)連接起來，

另一個令人振奮的高壓直流輸電項目是英國的Dogger銀行開發(fā)項目，該項目由北海的三個風(fēng)電場項目組成。該開發(fā)項目將成為英國首個將高壓直流輸電應(yīng)用于海上風(fēng)能的應(yīng)用，預(yù)計到2030年竣工時將為450萬戶家庭提供電力。這些開發(fā)不僅代表了高壓直流輸電在能源行業(yè)未來的巨大潛力，而且在其中起著至關(guān)重要的作用。致力于減少全球