高壓直流輸電

高壓直流輸電，是一種利用高壓直流電進行電能傳輸的方法。

在發電廠中，電能幾乎總是由同步發電機以頻率為 50 Hz 或 60 Hz 的三相交流電產生。 使用經濟且技術上易于管理的電纜直徑在更長距離（超過 100 公里）上傳輸大功率（約 1 GW）需要超過 400 kV 的高壓。 高壓由電力變壓器以非常高的效率產生，作為高壓三相輸電 的一部分傳輸，并在變電站的架空線路末端轉換為較低電壓（例如 110 kV 至 20 kV） .

然而，這種交流電傳輸的基本要求之一是線路之間和接地電位之間的電容保持足夠小，以保持低無功功率。 在架空線路的情況下，這是通過適當的間距實現的，但在地下或海底電纜的情況下，它們的電容覆蓋不允許在超過幾十公里的長度上使用交流電壓進行經濟運行。 在這種情況下，直流傳輸具有優勢，因為線路損耗受限于有功電流的歐姆電阻。

直流輸電的問題是產生高直流電壓和交流和直流之間的轉換。 從直流電到交流電的轉換，反之亦然，可以使用特殊電機（轉換器）以機電方式完成，也可以使用轉換器以電子方式完成。 與交流電壓傳輸相比，這些換流站是 HVDC 生產成本高的原因，只有更長的系統長度才能得到回報。 高壓三相輸電和高壓直流輸電之間的成本平價是在電纜系統中，其中還包括海纜，線路長度為 40 公里至 70 公里。 對于架空線路，高壓直流輸電更經濟的距離超過 600 公里至 800 公里。

高壓直流輸電用于各種應用領域的電能傳輸。 HVDC 系統列表包括各種已實現和計劃中的系統的表格列表。

如果直流電的傳輸長度只有幾米，并且兩個轉換器都安裝在同一建筑物或緊鄰的建筑物中，則稱為 HVDC 背對背轉換器。 這種形式在技術上是一種中間電路，用于在不以同步網絡頻率運行且分配給不同控制區域的三相交流電網之間直接交換電能。 由于 HVDC 背靠背鏈路無法無損耗地工作，并且通常還決定了xxx可能的傳輸容量，因此這種類型的系統通常不會在同步網絡中使用。 因此，如果之前未同步運行的兩個網絡彼此同步，則現有系統通常會關閉，從而實現能量的直接交換。

HVDC 技術用于通過直流電遠距離傳輸能量 - 這些距離約為 750 公里及以上 - 因為 HVDC 在某些距離上的總傳輸損耗低于三相交流電傳輸，盡管有額外的轉換器損耗。

長距離無轉換器損耗的干線損耗在發電廠，傳輸容量為 600 MW（標稱容量的 85%），線路長度為 580 公里，損耗約為 3.7%，相當于每 1000 公里線路的相對損耗約為 6.4%長度。

如果傳輸電纜由于其結構而具有非常高的電容涂層，則高壓直流輸電還可以在幾十到幾百公里的相對較短的距離內傳輸能量。 使用三相電流運行是不經濟的，因為必須施加高無功功率以不斷地重新加載電纜容量。

此外，距離海岸較遠的海上風電場的連接通常使用高壓直流輸電連接到電網。 對于這些系統，假設電纜長度約為 55 至 70 公里或更長的 HVDC 系統比使用高壓三相技術的傳統連接更經濟。

單極單線 HVDC 海底電纜有一個特點：當電流方向改變時發生極性轉換，其中接地電極系統的設計是為固定電流方向設計的。 當以高直流電壓運行時，一段時間后，空間電荷會積聚在內導體和外導體之間的電介質中。 這是不同程度的導電性的結果，而這又是由從內部導體到較冷的外部區域的徑向溫度梯度引起的。 如果極性突然改變以反轉功率流的方向，電介質中的空間電荷只會緩慢消散，這會導致強場增加，從而觸發絕緣材料中的材料破壞性局部放電。 出于這個原因，在單極 HVDC 海底電纜系統的情況下，如果功率流的方向反轉，則必須等待一段時間才能再次使用線路。

從海上到達陸地的電纜在陸地上延伸為地下電纜。 對于一些離岸 HVDC 線路，陸地電纜線路也比相關的海底電纜線路長。

此外，HVDC 技術也在較小程度上用于特殊解決方案，例如在靈活交流輸電系統 (FACTS) 的框架內，以便使用統一功率流控制器 (UPFC) 技術針對三個單獨的線路相交流網絡 通過橫向和縱向控制進行潮流控制。

具有接地回路導體或接地中點的現有 HVDC 系統也已用于地球物理測量，方法是在不同位置測量通過地球的返回電流。

高壓直流輸電系統的兩端各有一個換流站，也叫換流站。 除了控制系統之外，它還主要包含電源轉換器，以及主要位于大廳旁邊的外部區域的電源轉換器變壓器、平滑電抗器和諧波濾波器。 所使用的功率轉換器通常可以在兩個方向上工作，既可以作為整流器，也可以作為逆變器，因此可以在兩個方向上傳輸能量。