柔性直流输电不同电压等级的经济性比较_曾丹

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２ ２ ０ ０ ０ ０ ８
９ ５
８ １ ７ １
经计算 ， 可得在 ±８ ０ｋ Ｖ 和 ±１ ５ ０ｋ Ｖ 电压等级 。 可以看出 ， 下， 其原材料消耗分别为 ６ ３ ０ｔ和 ３ ５ ０ｔ 采用 ±８ 其 电 缆 总 重 是 ±１ ０ｋ Ｖ 电压等 级 时 ， ５ ０ｋ Ｖ 。 。 电压等级时电缆总重的 １ 倍 电缆造价见表 ． ８ ３
表 ４ 总工程造价预估 Ｔ ａ ｂ ． ４ Ｅ ｓ ｔ ｉ ｍ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｒ ｏ ｅ ｃ ｔ ｔ ｏ ｔ ａ ｌ ｃ ｏ ｓ ｔ ｐ ｊ
电压等 级／ ｋ Ｖ ±８ ０ ±１ ５ ０ 换流站造 价／亿元 ６ ． ０ ６ ． ６ 换流站所占 比例／％ ３ ０ ３ ５ 工程造 价／亿元 ２ ０ １ ９
综上所述 ， 对于几百兆瓦的柔性直流输电工程 ， 选取不同电压等级的传输电缆 ， 其电压等级越高 ， 柔 性直流换流站的造 价 就 越 高 ， 所占总工程造价的比 例也越高 ， 影响总工 程 造 价 的 主 要 因 素 是 换 流 站 造 价。
３ 运行成本分析
年运行费用是指所实施工程在正常运行中所需 — ９ ９ —
摘要 ：分析了柔性直流输电输送容量与电压等级的关系 ， 提出了确定经济输送范围的方法 ， 比较分 析了不同电压等级的换流站造价 、 电缆造价 、 传输损耗 、 运行费用 、 总工程投资以及投资回报等经济 研究表明 ， 对于输送容 量 为 几 百 兆 瓦 的 柔 性 直 流 工 程 ， 考虑换 性指标 。 以典型柔性直流工程为例 ， 流站 、 电缆和环境等因素 ， 在输送容量和传输距离相同的情况下电压等级越高 ， 工程造价越小 、 运行 维护费用和传输费用越小 ； 考虑贷款本金 、 贷款方式 、 售电 量 、 投 资 收 益 和 内 部 收 益 等 多 方 面 因 素， 工程的电压等级越高 ， 柔性直流输电总工程投资越小 ， 投 资 回 收 期 也 越 短。因 此， 合理选择电压等 级能提高柔性直流输电系统的经济性 。 关键词 ：柔性直流输电技术 ；电压等级 ；工程造价 ；运行成本 ；投资回收
Ｖｄ＝±
式中 ： Ｌ 为线路长度 。
３ ． ３ ９ ８×１ ０ 槡
－３
Ｐ Ｌ －３ Ｌ＋１ ． ４ ０ ８ ３×１ ０ Ｐ
（ ） ２
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· 工程应用 · 曾 丹 ， 等 柔性直流输电不同电压等级的经济性比较
） 统计曲线 ２ 将世界各国已投运或正在施工的柔性直流输电 ］ ９ １ ０ － 工程 ［ 的输送 容 量 与 输 电 电 压 间 的 关 系 ， 进行统 如图 １ 所示 。 计分析后绘制成统计曲线 ，
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１ 柔性直流输电经济运行范围
考虑到柔性直流设备 （ 主要是直流断路器 、 换流 设备及滤波设备 ） 的 价 格 较 高， 对 于 一 个 实 际 工 程， 在不同条件下 ， 选择交流输电 、 常规直流输电还是柔 性直流输电 ， 在很大 程 度 上 取 决 于 其 技 术 指 标 和 投
７］ ， 资费用 ［ 因此需要进行经济分析 。
２． ２ 电缆造价 电压等级为 ±８ ０ｋ Ｖ 和 ±１ ５ ０ｋ Ｖ 的柔性直流 重量等原材料参数如表２所 输电 电 缆 的 密 度、 １ １］ 。 示［
表 ２ 柔性直流输电电缆原材料参数 Ｔ ａ ｂ ． ２ Ｍ ａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ｏ ｆ Ｘ Ｐ Ｌ Ｅ ｃ ａ ｂ ｌ ｅ ａ ｒ ａ ｍ ｅ ｔ ｅ ｒ ｓ ｐ
。
２ 投资成本分析
以一个温带环境下的陆上柔性直流工程为例， 输送电 力 额 定 值 为 ３ 输送距离７ ０ ０ ＭＷ ， ０ｋ ｍ。 根 据１ 柔性直流电压应选 ． １ 节提供的电 压 选 择 方 案 ， 取在 （ 区 间 内， 再查某公司电 －２ ０ ７ｋ Ｖ， ＋２ ０ ７ｋ Ｖ） 缆手册 ， 可选择电缆有 ±１ 和 ５ ０ｋ Ｖ ±８ ０ｋ Ｖ 这２种 并需带空隙敷设 。 电压等级的铝材料双极地下电缆 ， 对上述 ２ 种电压等级的柔性直流输电工程进行经济 性对比分析 。 ２． １ 换流站造价 换流站主要设备有交流变压器 、 换流反应器 、 直 流电容器 、 交流滤波器 、 阀塔和水冷设备 。 采用柔性
；修回日期 ： 。 收稿日期 ： ２ ０ １ １ ０ ４ １ ５ ２ ０ １ １ ０ ６ ０ ９ － － － －
１． １ 柔性直流输电容量与电压等级的关系 在实 际 工 程 初 步 估 计 电 压 等 级 时 ， 有以下几种 ８］ 。 方式可以确定直流输电电压等级 ［ ） 经验公式 １ 根据瑞典乌尔曼的经验公式 ： （ ） Ｖｄ＝±１ ２槡 Ｐ １ 式中 ： Ｖｄ 为双极 直 流 线 路 的 对 地 线 电 压 ； Ｐ 为双极 直 流 线 路 的 输 送 功 率。 直 流 电 压 应 选 取 在 （ 区间内 。 －１ ２槡 Ｐ， １ ２槡 Ｐ） 根据西德公式 ：
３］ ； 暂态 性 能 的 要 求 ［ 二是由于电压源换流技术在输 电可控性能和潮流反转方面 ， 直流线路在投资 、 运行 ４］ ， 费用 、 长距离输电等方面具有优势 ［ 因此在孤岛供 电领域 ， 柔性直流技 术 经 济 性 指 标 优 于 其 他 输 电 方
输送范围的方法 。 综 合 考 虑 换 流 站 、 电缆和环境等 因素 ， 选取实际柔性 直 流 工 程 数 据 和 电 力 规 划 标 准 针对一个输送容量 、 传输距离确定的 数据作为参考 ， 柔性直流输电工程 ， 比较分析了不同电压等级的换 电缆造 价 、 运 行 费 用、 总工程投资以及投 流站造价 、 资回收期 等 经 济 性 指 标 。 最 后 以 典 型 陆 上 电 网 为 研究输送容量与 电 压 等 级 对 柔 性 直 流 输 电 系 统 例， 可为 今 后 实 际 的 柔 性 直 流 输 电 工 程 的经济性影响 ， 提供支撑 。
直流输电系统还可以节省大量电气设备 。 表 １ 列出 了其换流站造价 。
表 １ 换流站造价 Ｔ ａ ｂ ． １ Ｃ ｏ ｓ ｔ ｏ ｆ ｃ ｏ ｎ ｖ ｅ ｒ ｔ ｅ ｒ ｓ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ
电压等级／ ｋ Ｖ ±８ ０ ±１ ５ ０ （ 单位造价／ 元 ·ｋＷ－１） １ ０ ０ ０ １ １ ０ ０ 换流站总造价／亿元 ６ ． ０ ６ ． ６
占投资成本的 比 率 ， 也 称 投 资 效 果 系 数， 定义为 后） 每年获得的净收入与原始投资的比值 。 投资收益率反映了投资的收益能力 。 当该收益 率明显低于工程净 资 产 收 益 率 时 ， 说明该工程投资 是失败的 ， 应改善该投资项目 ； 而当该收益率远高于 一般净资产收益率时 ， 则存在操纵利润的嫌疑 ， 应进 一步分析各项收益的合理性 。 输电 工 程 年 度 投 资 收 益 Ｆ Ｉ ｎ ｖ和 投 资 收 益 率 ｆ Ｉ ｎ ｖ 定义如下 ：
案； 三是在城市配电网供电领域 ， 柔性直流输电技术 、 、 具有模块化结构 标 准 化 设 计 建 设 工 期 短 、 结构紧 凑、 对环境影响较小等优势 ， 可防止敏感设备因电能 ［ ５］ 质量 问 题 造 成 的 经 济 损 失 ， 当系统发生大面积停 电事故时 ， 柔性直流输电技术可实现黑启动控制 ， 快 ６］ 。 国内关于柔性直流输电技术的研究 速恢复供电 ［ 起步较晚 ， ２ ０ １ １ 年 ３ 月首个柔性 直 流 输 电 试 点 工 程 ， 试运行 并已顺利完 成 了 模 块 化 多 电 平 柔 性 直 流 输 电换流站的控制性能测试 。 本文 针 对 城 市 供 电 领 域 特 点 ， 分析了柔性直流 ， 输电输送容量与电 压 等 级 的 关 系 提 出 了 确 定 经 济
第３ ５ 卷 第 ２ ０期 ２ ０ １ １年１ ０月２ ５日
Ｖ ｏ ｌ ． ３ ５ Ｎ ｏ ． ２ ０ Ｏ ｃ ｔ ． ２ ５， ２ ０ １ １
柔性直流输电不同电压等级的经济性比较
曾 丹 ，姚建国 ，杨胜春 ，王 珂 ，李亚平
（ ） 国网电力科学研究院／南京南瑞集团公司 ，江苏省南京市 ２ １ ０ ０ ０ ３
图 １ 柔性直流工程输电容量与电压等级的关系 Ｆ ｉ ． １ Ｒ ｅ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｈ ｉ ｂ ｅ ｔ ｗ ｅ ｅ ｎ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｍ ｉ ｓ ｓ ｉ ｏ ｎ ｃ ａ ａ ｃ ｉ ｔ ａ ｎ ｄ ｇ ｐ ｐ ｙ ｖ ｏ ｌ ｔ ａ ｅ ｉ ｎ Ｖ Ｓ Ｃ Ｖ Ｄ Ｃ －Ｈ ｇ
电压等级／ ｋ Ｖ ±８ ０ ±１ ５ ０
２ 重量 ／ （ ·ｍ－１） 直径／ 横截面积／ ｍｍ ｍｍ ｋ ｇ
当柔 性 直 流 输 电 线 路 输 电 功 率 给 定 后 ， 可通过 目前国 统计曲线快速查 出 电 压 等 级 。 由 图 １ 可 知 ， 际上柔性直流输电工程的输送容量水平一般在几百 兆瓦内 ， 电压等级水平在几十千伏到几百千伏之间 。 ） 电缆手册 ３ １ １］ ， 根 据 输 送 容 量， 参 照 厂 家 提 供 的 电 缆 参 数［ 选择电缆材质和电缆敷设方式 ， 选取电压等级 。 在实 际 工 程 初 步 估 算 电 压 等 级 时 ， 可应用 ） 、 式（ 统计曲线或电缆手册来确定柔性直流输电线 １ 路的电压等级 Ｖｄ。 最终采用的 Ｖｄ 值还应通过经济 技术比较才能确定 。 １． ２ 柔性直流输电的经济输送范围 当输 电 工 程 的 输 送 容 量 确 定 后 ， 其输电距离将 影响输电工程投资 和 运 行 成 本 ， 输电成本变化的速 率也随着电压等级 的 不 同 而 不 同 ， 所以在对２种电 压等级的柔性直流 输 电 技 术 进 行 经 济 比 较 时 ， 存在 一个经济性分界 点 ， 即 临 界 经 济 距 离。 在 对 多 种 电 每２种电 压等级的柔性直流 输 电 技 术 进 行 比 较 时 ， 压等级的柔性直流输电技术间都会存在一个临界经 济距离 。 输电技术的 ２ 个临界经济距离间的范围即 为该输电技术的经济输电距离
（ ） ２ ０ １ １， ３ ５ ２ ０
的年经常性支出 。 对于输电工程通常包括传输损耗 以及年运行维护费用等 。 ３． １ 线路损耗 柔性直流输电电缆双极线路损耗 Ｐ ｌ ｉ ｎ ｅ如下 ：