高压直流输电技术发展状况及主要应用ppt课件

1、高压直流输电技术开展情况中国电力科学研讨院 曾南超. 内容提要直流输电的开展史直流输电之最直流输电的特点直流输电类型世界直流输电的开展我国直流输电的开展.直流输电的开展史输电最早用DC1882年 德国 2kV 1.5kW 57km 向慕尼黑国际展览会送电1889年法国 125kV 20MW 230km 从Moutiers 到Lyon(里昂) DC发电机串联高压 后来被AC输电所替代交流电机、变压器1954年 高特兰岛汞弧阀 第一次商业运转 70年代后期汞弧阀被淘汰72年 加拿大 伊尔河BTB 晶闸管阀年增长率 1981 1998 2096MW/年八十至九十年代，一系列500 kV级晶闸管阀高压

2、直流输电工程投产，标志着直流输电技术的成熟。如今，制造800kV直流系统设备，在技术上也是可行的。 目前投运的直流工程已有多个。运用的晶闸管元件参数已达 8kV、3kA以上。 .1、汞弧阀换流时期1954年 1977年 共有12项汞弧阀工程投运1954年 瑞典高特兰岛汞弧阀 第一次商业运转 20MW,100kV,96km海缆。1977年 加拿大纳尔逊河1期 最后一项汞弧阀工程 汞弧阀制造技术复杂、价钱昂贵、逆弧缺点率高、可靠性较低、运转维护不便、污染环境，终被淘汰。.2、晶闸管阀换流时期 1972年，从加拿大伊尔河晶闸管阀工程320MW、80kV，BTB起，进入了晶闸管阀工程时期。 高压大功率

3、晶闸管器件用于直流输电换流阀，有效地改善了直流输电的运转性能和可靠性，促进了直流输电的开展。 随着微机控制维护、光电传输、网络、水冷、氧化锌避雷器等先进技术引入直流输电领域，促使直流输电技术迅速开展，成为现今交流输电的有力补充。.3、新型半导体换流设备的运用20世纪90年代以后，一种新型氧化物半导体器件 绝缘栅双极晶体管IGBT在工业驱动安装上得到广泛运用，并引入了直流输电领域。1997年，第一个采用IGBT阀组成的电压源换流器的直流输电工业性实验工程3 MW、10kV、10km在瑞典投运。称之为柔性轻型直流输电。现已有9个这样的直流工程投运了。由于目前IGBT单个元件功率小、损耗大，尚不宜大

4、容量直流输电工程采用。近期研制出的集成门极换相晶闸管IGCT、大功率碳化硅器件，能够在直流输电中会有很好的运用前景。这类器件单个元件功率大、电压高、损耗小、体积小、可靠性高，且是全控器件，用它们取代普通晶闸管，将有力地推进直流输电技术的开展。.直流输电之最(已投运)最高电压 600kV 巴西 伊泰普 两个双极最大容量23150MW 巴西 伊泰普 两个双极最长架空线 1700km 南非 英加 沙巴最长电缆 250km 瑞典 德国 波罗的海工程 电缆直流电压最高 450kV 瑞典 德国 波罗的海工程DC电缆容量最大 英法海峡 2000MWBTB站容量最大 俄罗斯 芬兰 1065MW 三单元12脉动

5、桥换流容量最大 我国 三常、三广、三沪、贵广1。.直流输电的特点1优点：1与一样保送功率的交流线路相比，钢芯铝线省1/3，钢材省1/2 1/3，线路造价约为AC的2/3，需求的线路走廊还窄。2DC电缆输电：保送容量大，造价低，损耗小，不易老化，寿命长，保送间隔不受限制。 3 无同步稳定性问题交流 P=E1E2sin/X12,有利于长间隔大容量送电。 4 可异步运转。 5 Pd、换流器吸收的Q均可快速控制，可用以改善所连AC系统运转特性。6 可分期投资建立。 7 电网管理方便。 8 可隔离缺点，有利于防止大面积停电。 .直流输电与交流输电的建立费用比较.直流输电的特点2缺陷：1 换流站：设备多，

6、构造复杂，造价高，损耗较大，对运转人员要求高。2 产生AC、DC谐波。 3 需40% - 60% 无功补偿。4 单极大地回线运转时，地电流引起的问题。 正常运转方式应是双极平衡运转，尽量减小地电流1In .世界直流输电的开展集中地域用途北美地域美国长间隔输电、电网互联加拿大长间隔输电西欧地域海缆输电、国际联网亚太地域印度长间隔输电、电网互联日本电网互联中国长间隔输电、电网互联.美国的直流输电工程1远间隔输电工程 投运年份 太平洋联线Pacific Intertie 70斯魁尔比尤特Square Butte 77CU工程 79魁北克新英格兰Quebec New England 86英特蒙顿Int

7、ermountain 862联网工程戴维德 David A. Hamil 77伊迪康尼Eddy County 83欧克兰宁Oklaunion 84黑水河Blackwater 85海盖特Highgate 85迈尔斯城Miles City 85希尼Sidney 87.加拿大的直流输电工程1远间隔输电工程 投运年份 温哥华 Vancouver 68纳尔逊河双极1 Nelson River 1 73纳尔逊河双极2 Nelson River 2 85魁北克新英格兰Quebec New England 862联网工程伊尔河 Eel River 72查图圭Chateaguay 84马达瓦斯加 Madawas

8、ka 85 麦克尼尔McNeill 89 .欧洲地域的直流输电工程1直流海缆工程 投运年份 高特兰1Gotland1 54英法海峡Cross Channel 61康梯斯堪1Konti-Skan1 65斯卡格拉克Skagerrak 77高特兰2Gotland12 87康梯斯堪2Konti-Skan 2 88撒科意SACOI 88芬诺斯堪Fenno-Skan 89波罗的海Baltic Cable 94.欧洲地域的直流输电工程2陆地联网 投运年份 维柏格Vyborg 81德尔罗尔Duemrohr 83艾深里西Etzenricht 93维也纳东南Vienna South-East 933大城市供电金斯

9、诺斯Kingsnorth 76.其他地域的直流输电工程1南美洲地域 投运年份 阿卡瑞Acaray 81伊泰普双极1Itaipu1 86伊泰普双极2 Itaipu12 87加勒比Garabi 20002非洲地域卡布拉巴萨Cabora Bassa 79英加沙巴Inga-Shaba 823澳洲地域新西兰南北岛Inter-Island 65 .其他地域的直流输电工程4亚洲地域 投运年份 印度温地亚恰尔Vindhyachal 89席乐鲁巴索Sileru-Barssor 89钱德拉布尔伯德Chandrapur-Padghe 91里罕德德里Rihand-Delhi 92东南联络East-South Inte

10、rconnection 2003 日本佐久间Sakuma 65 新信浓Shin-Shinano 77北本线Hokkaido-Honshu 80纪伊水道Kii Channel 2000 南韩釜山济州岛Haenan-Cheju 97.直流输电类型两端直流输电 长间隔大容量输电多端直流输电 意大利外乡科西嘉岛撒丁岛； 加拿大魁北克美国新英格兰詹姆斯湾底斯坎通桑地旁 添加灵敏性 高压大容量直流开关问题背靠背直流输电 异步联网、非同步联网柔性直流输电 全控器件GTO，IGBT 容量问题.柔性直流输电 柔性轻型直流输电技术采用由IGBT或GTO组成的电压源换流器VSC技术，在受端无需外部交流电网提供换相电

11、压，所需无功功率是可控的，无需大量无功补偿设备。IGBT或GTO是全控型器件，开关频率高，功率因数高，且不会发生换相失败。目前，它们的任务电压还比晶闸管低，只用于低电压、小功率的直流输电线路。 .柔性直流输电ABB、西门子公司都在开发 ABB HVDC Light, 西门子HVDC Plus 97年3月 第一个柔性直流输电在瑞典中部投运 IGBT， 3MW, 10kV, 10km2005年已建成9个工程(瑞典、澳大利亚、挪威、丹麦、美国) 最大容量330MW美国 Cross Sound 150 kV , 40km, 2002年8月 .国外直流设备主要供货商ABB 约占SEIMENS 主要是BT

12、B工程AREVA前身是阿尔斯通 .ABB直流工程分布.西门子直流工程分布.直流输电技术的开展1运用领域 作为交流输电有力的补充长间隔大容量输电；联网；特殊条件下的输电2技术上的开展 设计规范化、系列化 每一高压直流输电工程都是根据其接入系统的详细要求量身定做的，包括其额定直流功率、额定直流电压、性能要求等重要参数都是按照接入系统的详细要求，优化选取的，还远没有交流设备那样规范化、系列化。规范化有利于设备设计、制造，降低设备本钱、降低工程造价，促进直流输电开展。.直流输电技术的开展换流阀 运用更高参数的晶闸管，减少阀元件数； 运用新型器件 光直接触发 日本三菱、德国西门子 电容换相技术CCC瑞典

13、ABB 改善换流站无功特性，减少无功耗费 强迫换相技术 柔性直流输电技术 减小换流站无功耗费 防止换相失败 户外式构造 提高可靠性，降低本钱。滤波器 延续调谐 改善性能 有源型 减少占地.直流输电技术的开展直流控制维护 硬件集成度进一步提高 提高系统可靠性 软件编程图示化、人机界面更友好 在线监测 自检功能提高、远方诊断 主机实时操作系统多端直流输电 更加灵敏、经济。 运用控制技术 意大利外乡科西嘉撒丁岛 拉地松 尼可来桑地旁 开发直流断路器，构成直流网络。特高压直流技术 800kV 、1000kV.我国的直流输电工程.我国直流输电的开展 一、研讨阶段1963年 中国电科院 闸流管6脉动物理模

14、拟 1kV, 5A 1974年 西高所 BTB 6脉动晶闸管换流站8.5kV, 200A, 1.7MW 1977年 杨树浦电厂 九龙变 23kV旧 AC电缆改6脉动直流输电实验工程31kV, 150A, 4.65MW, 8.6km 二、工程阶段自年舟山直流工程开场.1. 已投运的高压直流工程 舟山直流工程 舟山高压直流工程是我国第一个实验性小容量跨海高压直流输电工程，也是第一个具有完全自主知识产权的高压直流输电工程。此工程于1987年建成，额定直流电压为100kV、额定直流电流0.5kA、额定保送直流功率50MW。 直流线路西起浙江穿山半岛，跨海东至舟山岛，全长54km，其中包括海缆线路13k

15、m。其换流阀为水冷空绝缘型晶闸管阀，每极6脉动双重阀，每阀由192只耐压2.5kV/2.0kV的晶闸管串联而成。换流变压器为3相3绕组型。直流控制维护系统是基于小规模数字集成电路构建的。 此工程的投产为缓解当时舟山岛用电紧张的局面发扬了重要作用。 .舟山工程地理位置.1. 已投运的高压直流工程(2) 葛南直流工程 葛南高压直流工程是我国第一个西电东送的长间隔、大容量高压直流输电工程。两端换流站设备由当时的瑞士BBC公司和德国西门子公司结合供货，直流线路那么自建。 此工程于1990年8月双极投产，额定直流电压为500kV、额定直流电流1.2kA、额定保送直流功率1200MW。直流线路西起湖北宜昌

16、、东至上海南桥，全长1045km。 其换流阀为水冷空绝缘型晶闸管阀，每极12脉动四重阀，每阀由120只耐压5.5kV的晶闸管串联而成。换流变压器为单相3绕组型。此工程的直流控制维护系统是以BBC公司开发的PHSC系统为根底构建的站控为P13系统。 PHSC系统是一种多处置器总线构造，代表了二十世纪八十年代初期的先进技术程度。 2005年5月,对其直流控制维护系统进展了改造，用南瑞继保公司消费的MACH2系统交换了原来的PHSC系统。 .葛南直流工程南桥站.1. 已投运的高压直流工程(3) 溗泗直流工程 溗泗高压直流工程是我国第一个运用引进技术本人建立的跨海高压直流输电工程。此工程于2003年建

17、成，额定直流电压为50kV、额定直流电流0.6kA、额定保送直流功率60MW。 直流线路西起上海，跨海东至溗泗岛，全长66km，其中包括海缆线路60km。 其换流阀为水冷空绝缘型晶闸管阀，每极6脉动二重阀，每阀由45只耐压3.6kV的晶闸管串联而成。换流变压器为单相3绕组型。直流控制维护系统是许继公司在引进的PHCS技术的根底上研制的。 此工程的投产为缓解溗泗岛用电紧张的局面发扬了重要作用。 .1. 已投运的高压直流工程4天广直流工程 天广高压直流工程是我国第二个西电东送的长间隔、大容量高压直流输电工程。两端换流站设备由德国西门子公司供货，直流线路那么自建。 此工程于2001年6月双极投产，额

18、定直流电压为500kV、额定直流电流1.8kA、额定保送直流功率1800MW。 直流线路西起广西天生桥、东至广州北郊，全长960km。 其换流阀为水冷空气绝缘型晶闸管阀，每极12脉动四重阀，每阀由84/78只耐压8.0kV的晶闸管串联而成。换流变压器为单相3绕组型。此工程的直流控制维护系统是以SIEMENS公司开发的SIMADYN D系统为根底构建的站控为SIMATIC S5系统。 SIMADYN D系统也是一种多处置器总线构造，具有当时的先进技术程度。 .1. 已投运的高压直流工程5三常直流工程 三常高压直流工程是我国第三个西电东送的长间隔、大容量高压直流输电工程。两端换流站设备主要由瑞典

19、ABB公司供货，直流线路那么自建。 此工程于2003年5月双极投产，额定直流电压为500kV、额定直流电流3kA、额定保送直流功率3000MW。 直流线路西起湖北宜昌、东至江苏常州，全长860km。 其换流阀为水冷空绝缘型晶闸管阀，每极12脉动二重阀，每阀由90/84只耐压7.2kV的晶闸管串联而成。换流变压器为单相2绕组型。此工程的直流控制维护系统是以ABB公司开发的MACH 2系统为根底构建的。 MACH 2系统是一种以当代PC机为中心的开放式控制系统，其系统集成度、自检覆盖率都很高，具有当今的先进技术程度。 .1. 已投运的高压直流工程6三广直流工程 三广高压直流工程是我国第四个长间隔、

20、大容量高压直流输电工程。两端换流站设备由瑞典 ABB公司供货，直流线路那么自建。此工程于2004年5月双极投产，额定直流电压为500kV、额定直流电流3kA、额定保送直流功率3000MW。 直流线路北起湖北荆州、南至广东惠州，全长940km。 其换流阀为水冷空绝缘型晶闸管阀，每极12脉动二重阀，每阀由90/84只耐压7.2kV的晶闸管串联而成。换流变压器为单相2绕组型。 此工程的直流控制维护系统也是以ABB公司开发的MACH 2系统为根底构建的，与三常直流工程的直流控制维护系统根本一样，设计略有改良。 .1. 已投运的高压直流工程7贵广一回直流工程 贵广一回高压直流工程是我国第五个长间隔、大容

21、量高压直流输电工程，也是第四个西电东送的高压直流输电工程。两端换流站设备由德国西门子公司供货，直流线路那么自建。 此工程于2004年12月双极投产，额定直流电压为500kV、额定直流电流3kA、额定保送直流功率3000MW。直流线路西起贵州安顺、东至广州肇庆，全长940km。 其换流阀为水冷空绝缘型晶闸管阀，每极12脉动四重阀，每阀由78只耐压8.0kV的光触发晶闸管串联而成。换流变压器为单相2绕组型。 此工程的直流控制维护系统也是以SIEMENS公司开发的SIMADYN D系统为根底构建的，与天广直流工程的直流控制维护系统根本一样，设计略有改良。 .1. 已投运的高压直流工程8灵宝背靠背直流

22、工程 灵宝背靠背直流工程是我国第二个运用引进技术本人建立的背靠背高压直流输电工程。此工程于2005年6月建成，额定直流电压为120kV、额定直流电流3kA、额定保送直流功率360MW。此换流站西侧接入西北330 kV电网、东侧接入华中220kV电网，是我国利用背靠背直流技术实现地域电网互联的示范工程、也是检验引进技术成果的示范工程。 其换流阀为水冷空绝缘型晶闸管阀，单极12脉动四重阀，西北侧采用 ABB技术，电触发型，每阀由24只耐压7.2kV的晶闸管串联而成；华中侧采用西门子技术，光触发型，每阀由22只耐压8.0kV的晶闸管串联而成。 此工程的直流控制维护系统有两套，其中一套是以引进的SIE

23、MENS公司开发的SIMADYN D系统为根底构建的，另一套直流控制维护系统那么是以引进的ABB公司开发的MACH 2系统为根底构建的。两套直流控制维护系统轮番投入运转。 .1. 已投运的高压直流工程9三沪直流工程 三沪高压直流工程是我国第六个长间隔、大容量高压直流输电工程。也是第五个西电东送的高压直流输电工程。两端换流站设备由瑞典 ABB公司和国内相应厂家组成结合体供货，直流线路那么自建。 此工程于2006年12月双极投产，额定直流电压为500kV、额定直流电流3kA、额定保送直流功率3000MW。 直流线路西起湖北宜昌、东至上海，全长约1048km。 其换流阀为水冷空绝缘型晶闸管阀，每极1

24、2脉动二重阀，每阀由90/84只耐压7.2kV的晶闸管串联而成。换流变压器为单相2绕组型。 此工程的直流控制维护系统也是以ABB公司开发的MACH 2系统为根底构建的，与三常直流工程的直流控制维护系统根本一样，设计略有改良。 .1. 已投运的高压直流容量我国已投运的高压直流输电容量MW 1 舟山 50 1987 2 葛南 1200 1990 3 天广 1800 2001 4 溗泗 60 2003 5 三常 3000 2003 6 三广 3000 2004 7 贵广1 3000 2004 8 灵宝 360 2005 9 三沪 3000 2006 合计 15470已成为直流输电大国!.东北西藏西北

25、华北南方华中华东台湾已投运的高压直流输电工程葛南天广三常三广贵广1舟山灵宝溗泗三上.国产化比例 三常 三广 生产厂家 总数 （三广） 换流变（台） 4 8 西变 28平抗（台） 1 2 西变 6晶闸管元件（只） 72 2100西安电子所 4196阀组件（个） 4 696 西整 696.2.在建的高压直流工程(1) 贵广二回直流工程 贵广二回高压直流工程是我国第七个长间隔、大容量高压直流输电工程。也是第六个西电东送的高压直流输电工程。两端换流站设备由国内相应厂家结合德国西门子公司供货，直流线路那么自建。 此工程方案于2007年双极投产，额定直流电压为500kV、额定直流电流3kA、额定保送直流功

26、率3000MW。 直流线路西起贵州兴仁、东至广东深圳，全长约1000km。 其换流阀为水冷空绝缘型晶闸管阀，每极12脉动四重阀，每阀由78只耐压8.0kV的光触发晶闸管串联而成。换流变压器为单相2绕组型。 此工程的直流控制维护系统也是以SIEMENS公司开发的SIMADYN D系统为根底构建的，与贵广一回直流工程的直流控制维护系统根本一样，设计略有改良。 .2.在建的高压直流工程2东北华北背靠背直流联网工程 东北华北背靠背高压直流联网工程高岭换流站方案于2021年九月投产。本期工程额定直流功率2750MW，额定直流电流3kA，两个12脉动125kV、750MW背靠背换流单元。 目前正在紧张施工

27、。 这将是我国第一个大容量背靠背直流联网工程。也是目前世界上容量最大的背靠背换流站。经过此工程，东北电网和华北电网将实现异步联网。 .2.在建的高压直流工程3中俄直流背靠背联网工程 中俄直流背靠背联网工程黑河换流站于2007年7月26日正式开工，方案于2021年12月投产。本期额定直流功率750MW，额定直流电流3kA。建立一个750MW背靠背换流单元。 此工程目前正在紧张施工。 经过此工程，东北电网和俄罗斯远东电网电网将实现异步联网，主要是从俄罗斯进口电力。 .2.在建的高压直流工程(4) 云南广东第1回特高压直流工程 此工程方案2021年单极投运，2021年双极投运。目前正开展设备制造任务

28、。这是我国第一个长间隔、大容量特高压直流输电工程。也是第七个西电东送的高压直流输电工程。 额定直流电压为800kV、额定直流电流3.125kA、额定保送直流功率5000MW。 直流线路西起云南昆西北换流站，东至广东省增东换流站，全长约1450km。 .2.在建的高压直流工程(5) 向家坝上海特高压直流工程 此工程方案2021年单极投运，2021年双极投运。目前尚未正式开工，正开展换流站设备招招标任务。这是我国第二个长间隔、大容量特高压直流输电工程。也是第八个西电东送的高压直流输电工程。 额定直流电压为800kV、额定直流电流4kA、额定保送直流功率6400MW。 直流线路西起四川宜宾，东至上海

29、南汇，全长约2034km。 .1. 在建的高压直流工程容量我国在建的高压直流输电容量MW 1 贵广2 3000 2007 2 高岭 1500 2021 3 黑河 750 2021 4 云广1 5000 2021 5 向上 6400 2021 合计 16650.东北西藏西北华北南方华中华东台湾在建的高压直流输电工程贵广2向上高岭黑河云广1.3.近期将开工的直流工程(1) 呼盟辽宁直流工程 此工程方案近期开工。这是我国第八个长间隔、大容量高压直流输电工程。 额定直流电压为500kV、额定直流电流3kA、额定保送直流功率3000MW。 直流线路西起内蒙呼盟、东至辽宁沈阳，全长约908km。 经过此工

30、程，内蒙地域的富有能源将源源不断地送往东北工业基地。 .3.近期将开工的直流工程(2) 宁东山东直流工程 这将是是我国第九个长间隔、大容量高压直流输电工程。也是第九个西电东送的高压直流输电工程。 此工程额定直流电压为500kV、额定直流电流3kA、额定保送直流功率3000MW。 直流线路西起宁夏银川、东至山东潍坊，全长约1043km。目前正处于规范书编制阶段。 经过此工程，西北地域的富有能源将源源不断地送往东部工业基地。 .3.近期将开工的直流工程(3) 葛沪直流工程 这是我国第十个长间隔、大容量高压直流输电工程。也是第十个西电东送的高压直流输电工程。方案2021年投运。 额定直流电压为 50

31、0kV、额定直流电流3kA、额定保送直流功率3000MW。 直流线路西起湖北宜昌荆门换流站、东至上海沪西换流站，全长约976km。与如今的葛南直流同杆并架 914km ，共用线路走廊。节约线路走廊5000公顷土地。.3.近期将开工的直流工程(4) 宝鸡德阳直流工程 这是我国第十一个长间隔、大容量高压直流输电工程。 额定直流电压为500kV、额定直流电流3kA、额定保送直流功率3000MW。 直流线路北起陕西宝鸡、南至四川德阳，全长约550km。水火互济作用明显。 .3.近期将开工的直流工程(5) 灵宝直流背靠背2期工程 这是我国第四个高压直流背靠背联网工程。扩展西北电网和华中电网功率交换的才干。 本期额定直流功率750MW，额定直流电流3kA。建立一个12脉动125kV、750MW背靠背换流单元。.3.近期将开工的直流工程(6)锦屏苏南工程 这是我国第三个长间隔、大容量特高压直流输电工程。也是第十一个西电东送的高压直流输电工程。 额定直流