高压直流输电课件

1、2022/7/30高压直流输电HVDC transmission2022/7/302HVDCHigh Voltage Direct Current transmission2022/7/303主要参考书韩民晓，等编著高压直流输电原理与运行 北京：机械工业出版社，2009浙江大学发电教研组直流输电科研组直流输电北京：水利电力出版社，1985赵畹君，等高压直流输电工程技术北京：中国电力出版社，2004 徐政交直流电力系统动态行为分析北京：机械工业出版社， 20042022/7/304课程安排 第一章 绪论 第二章 高压直流输电系统的主要设备 第三章 换流器工作原理 第四章 高压直流输电的谐波抑制与

2、无功补偿 第五章 直流控制与保护 第六章 直流输电新技术2022/7/305第一章 绪论1.1 高压直流输电的构成 1.1.1高压直流输电的概念HVDC组成：整流站、直流输电线路、逆变站HVDC主要作用：远距离大功率输电，联网等。 高压直流输电技术是电力电子技术在电力系统中应用最早、最成熟的技术。交流系统I交流系统II2022/7/3061.1.2 高压直流输电的分类一、按工程结构分类分类I（按换流站数量分类）两端直流输电(或“点对点直流输电”)多端直流输电分类II（按线路长度分类） 长距离直流输电 背靠背直流输电分类III（按电压等级分类）（超）高压直流输电特高压直流输电2022/7/307

3、1.1.2 高压直流输电的分类二、按工程性质分类远距离大容量直流架空线路工程;背靠背直流联网工程; 跨海峡的直流海底电缆工程; 向大城市送电的直流地下电缆工程;向孤立的负荷点送电或从孤立的电站向电网送电的直流工程;交直流并联输电系统。2022/7/308我国主要直流输电工程类型我国直流输电工程类型工程名称额定功率/MW额定电压/kV投产年份按工程结构分类按工程性质分类葛-南12005001989双极两端工程远距离大容量直流架空线路工程天-距离大容量直流架空线路工程；交直流并联输电系统三-常30005002002远距离大容量直流架空线路工程三-广30005002004三

4、-沪30005002006贵-广I 、II30005002004/2007云-广50008002010向-上72008002010舟山50-1002010单极两端工程跨海峡的直流海底电缆工程；向孤立的负荷点送电的直流工程灵宝3601202005背靠背工程背靠背直流联网工程高岭 150012520082022/7/3091.1.2 高压直流输电的分类重点介绍：两端直流输电、多端直流输电 目前，世界上90多个直流输电工程中，绝大部分为两端直流输电系统，只有2个工程为多端直流输电系统，另有2个为具有多端直流输电性质的直流工程。2022/7/30101.1.2 高压直流输电的分类类型：由两侧换流站及直

5、流输电线路组成的交-直-交变换的系统，称为两端直流输电系统。两端直流输电多端直流输电单极双极同极长距离背靠背2022/7/30111.1.2.1 单极两端直流输电系统 单极大地回线方式单极金属回线方式单极双导线并联大地回线方式地电流问题2022/7/30121.1.2.1 单极两端直流输电系统 特点：接线简单、可靠性和灵活性差使用情况：较少有实际工程，多为：1）双极系统分期建设；2）双极系统一极停运时，健全极继续运运行时出现的运行方式。我国舟山直流工程为该类型。2022/7/30131.1.2.2 双极两端直流输电系统双极一端中性点接地式双极两端中性点接地式双极金属中线式2022/7/3014

6、1.1.2.2 双极两端直流输电系统特点：正常运行时，地电流小（1%IdN），一般不会引发地电流问题； 可靠性和灵活性高； 输电线路的电磁干扰小； 传输功率大； 投资大。 因此，是使用最广泛的直流工程。1) 地下金属电化学腐蚀;2) 地下电磁干扰;3) 变压器直流偏磁。双极方式HVDC原理图2022/7/30151.1.2.3 同极两端直流输电系统同极两端HVDC系统两组单极并联式HVDC系统IdIdI02022/7/30161.1.2.3 同极两端直流输电系统特点：正常时中性线上有2倍的极电流，故使用很少。直流工程： EEL River背靠背工程（加拿大）：280kV， 2160MW 斯蒂加

7、尔背靠背工程（美国）：50kV，100MW 新信侬背靠背工程（日本）：125kV，300MW 2022/7/30171.1.2.4 背靠背直流输电系统背靠背直流输电系统：直流线路长度为零的HVDC系统。又称为“背靠背换流站” ，“非同步联络站”，或“变频站” 。接线方式 ：单极、双极或同极方式用途 ：Back-to-back HVDC transmission, b-t-b HVDC transmission 主要用于联网，尤其是非同步联网。 2022/7/30181.1.2.4 背靠背直流输电系统主要特点：直流侧可选择低电压、大电流运行，从而充分利用大截面晶闸管的通流能力，降低直流线损； 换

8、流站设备数量及额定值均减少，造价比同规模常规换流站降低约15%20%；控制系统响应速度更快。灵宝，高岭 2022/7/30191.1.2.5 多端直流输电系统多端直流输电系统：由2个以上换流站及其所连直流输电线路组成的直流输电系统，称为多端直流输电系统。 分类：按换流站间的连接方式分类：并联、串联式按直流线路的连接方式分类：辐射（分支，树枝）、闭环形Multi-terminal HVDC transmission system，MTDC 2022/7/30201.1.2.5 多端直流输电系统一、并联式MTDC种类： 辐射状直流网络型并联式MTDC 闭环状直流网络型并联式MTDC主要特点：靠改变

9、换流站的直流电流实现站间功率调节和分配；功率调节范围宽，0.11.5p.u.；潮流反转操作复杂。应用：魁北克新英格兰 五端直流输电，意大利-科西嘉-撒丁岛 三端直流输电。2022/7/30211.1.2.5 多端直流输电系统二、串联式MTDC主要特点：主要靠改变换流站的直流电压来实现站间功率调节和分配；潮流反转操作快速方便；功率调节范围窄；绝缘配合复杂；一段直流线路的永久性故障将导致整个MTDC停运 。应用：无串联MTDC原理图2022/7/30221.1.2.5 多端直流输电系统MTDC特点（与多个两端HVDC系统比较）： 经济、控制保护系统以及运行操作复杂适用场合：多电源供电或多落点受电的

10、输电；直流线路中途分支接入电源或负荷；将几个孤立的交流系统实现非同步联网；将交流系统分成多个孤立运行的电网。辐射状直流网络形并联式MTDC图2022/7/30231.2 高压直流输电的特点及适用场合1.2.1 高压直流输电的优点一、从技术性看，HVDC具有如下优点： 1. 有利于改善交流系统的稳定性交流系统稳定问题分类1： 静态稳定暂态稳定分类2： 频率稳定电压稳定适合远距离、大容量输电 2022/7/30241.2.1 高压直流输电的优点 2. 实现交流系统的非同步联网（输电）非同步联网：通过HVDC实现的两个交流系统的互联非同步运行的好处：被联电网可保持自己的电能质量（如频率、电压）而独立

11、运行；被联电网之间交换的功率可快速方便地进行控制，有利于运行和管理。只有直流输电能实现非同步联网包含：抽水蓄能机组2022/7/30251.2.1 高压直流输电的优点 3. 相同电压等级下，输送功率更大2*3000MW、500kV HVDC 4. 有功、无功功率快速可控，有利于改善交流系统的运行性能2022/7/30261.2.1 高压直流输电的优点 5. 限制交流系统短路容量 6. 线路故障时的自防护能力强单片绝缘子损坏故障恢复时间：交流：三相停运直流：降压运行交流单相：0.61.0s直流单极：0.2 0.35s2022/7/30271.2.1 高压直流输电的优点二、从可靠性看，HVDC具有

12、如下优点：可靠性指标：强迫停运率、电能不可用率等名称交流直流交流直流单回双回单极双极单回双回单极双极线路次/百公里.年0.2990.0540.1260.0550.290.0540.140.01两端变电（换流）站（次/年）0.560.124.800.200.60.061.40.25 交直流工程综合强迫停运率2022/7/30281.2.1 高压直流输电的优点二、从可靠性看，HVDC具有如下优点：直流输电与交流输电的可靠性相当交直流输电线路电能不可用率名称电能不可用率输电容量损失50输电容量损失100交流直流交流直流线路0.750.070.0500.016变电（换流）站0.070.620.0070

13、.002总计0.820.690.0570.0182022/7/30291.2.1 高压直流输电的优点三、从经济性看，HVDC具有如下优点： 1. 线路造价低 2. 运行损耗小输送同样功率条件下，直流架空线路节省1/3的导线，1/31/2的钢材，造价为交流线路的6070。 线路有功损耗小几乎无线路无功损耗线路电晕损耗小1200 MW 损耗图环境污染小：电晕损耗和无线电干扰小2022/7/30301.2.1 高压直流输电的优点三、从经济性看，HVDC具有如下优点： 3. 特别适合电缆输电输送容量大输送距离不受限制造价低损耗小重量轻不易老化寿命长直流电缆线路适合于难以或不便装设无功补偿处2022/7

14、/30311.2.2 高压直流输电的缺点1、换流站设备多、结构复杂、造价高、损耗大、运行费用高；2022/7/30321.2.2 高压直流输电的缺点2、换流器产生大量谐波；3、换流器无功消耗量大;30 % 50%Pd (整流器）40% 60%Pd (逆变器)换流器吸收无功功率:4、换流器过载能力低；5、在某些运行方式下，对地下（或海中）物体产生电磁干扰和电化学腐蚀。短期过载（2h）： 1.1p.u.暂时过载（3-10s）：1.25 - 1.5p.u.2022/7/30331.2.3 高压直流输电的适用场合高电压、远距离、大容量输电； 跨海送电； 不同额定频率电网的联网或相同额定频率电网的非同步

15、联网（输电）； 由地下电缆向大城市供电； 交流系统互联或者配电网增容时，作为限制短路容量的措施之一； 配合新能源输电。2022/7/30341.2.3 高压直流输电的适用场合等价距离： HVDC与HVAC总投资费用相等时，输电线路的长度。500kV架空线路：400-600km800kV架空线路：700-900km电缆线路： 20-40km2022/7/30351.3 HVDC的历史与国外发展现状人类输送电力已有一百多年的历史。输电方式是从直流输电开始的。1874年在俄国彼得堡第一次实现了直流输电，当时输电电压仅100V。1928年，具有栅极控制能力的汞弧阀研制成功，使高压直流输电成为现实。 2

16、022/7/30361.3 HVDC的历史与国外发展现状HVDC标志性事件 1、 1882年，德国，HVDC首次成功试验送端受端技术指标米期巴赫煤矿(Miesbach )慕尼黑国际展览会(Munich ) 2kV,1.5kW， 57km电报线特点: 第一个电力系统； 线路损耗：78%； 从此进入试验性阶段2022/7/30371.3 HVDC的历史与国外发展现状HVDC标志性事件 2 、1954年，瑞典，HVDC首次投入商业运行送端受端技术指标瑞典大陆果特兰岛100/150kV ，20MW/30MW ， 96km海底电缆果特兰岛直流工程特点: 电力电子元件: 汞弧阀(一期)、晶闸管(二期)；

17、从此进入稳步发展阶段2022/7/30381.3 HVDC的历史与国外发展现状HVDC标志性事件 3、1972年，加拿大，HVDC首次全部采用晶闸管元件送端受端技术指标魁北克省水电站新不伦威克省280kV, 2 160MW，背靠背伊尔河背靠背直流工程特点: 从此进入大力发展阶段2022/7/30391.3 HVDC的历史与国外发展现状 一、汞弧阀换流时期（19541977）第1个工程：果特兰岛工程（2kV,1.5kW，1954年投运）最后1个工程：加拿大纳尔逊河期工程（450kV,1977年投运）共有12项汞弧阀直流工程，其中最大输送容量和最长输送距离工程：美国太平洋联络线（1440MW、13

18、62km）；最高直流电压工程：加拿大纳尔逊河I期工程（450kV）。2022/7/30401.3 HVDC的历史与国外发展现状汞弧阀换流的特点： 无论换流，发电、输电和用电均为直流电；制造技术复杂、价格昂贵；逆弧故障率高，可靠性较低；运行维护不便。 因此直流输电的发展受到限制。汞弧阀 汞弧阀阀厅（Gotland 工程， 1954年）2022/7/30411.3 HVDC的历史与国外发展现状 二、晶闸管阀换流时期（1972至今）第1个试验工程：果特兰直流扩建工程 （50kV，10MW，1970年投运）第1个工程：加拿大伊尔河背靠背工程 （280kV，2160MW，1972年投运）迄今90多个晶闸

19、管阀直流工程5inch2022/7/30421.3 HVDC的历史与国外发展现状Itaipu架空线路工程： 最高电压和最大输送容量工程：巴西伊泰普直流工程（600kV，3150MW） 最长距离工程：南非英加沙巴直流工程 （500kV，560MW，1700km）2022/7/30431.3 HVDC的历史与国外发展现状电缆线路工程： 最大输送容量工程：英法海峡II直流工程（2270kV，2000MW，72km）； 最高电压及最长距离工程：瑞典德国的波罗底海直流工程（450kV，600MW，250km）背靠背直流工程： 最大容量工程：俄罗斯芬兰的维堡哥直流工程（85kV，1065MW）； 最高电压

20、工程：印度强德拉普尔直流工程（205kV，1000MW）2022/7/30441.4 HVDC在我国的发展 1958，我国开始研究HVDC；1963，电力科学研究院建成国内第一个晶闸管阀模拟装置（5A）；1977年，从杨树浦发电厂到九龙变电所的8.6km直流输电试验工程，采用6脉动换流器，31kV、150A，输送容量4.65MW。目前已投运14个直流输电工程。2022/7/30451.4 HVDC在我国的发展工程类型数量工程名称500kV（远距离大容量）直流架空线路工程8葛-南，天-广，三-常，三-广，贵-广I、II，三-沪，德-宝800kV （远距离大容量）直流架空线路工程2云-广，向-上跨

21、海峡的直流海底电缆工程2舟山，嵊泗背靠背直流联网工程2灵宝背靠背，高岭背靠背HVDC工程类型2022/7/30461.4 HVDC在我国的发展在建或计划建设的超高压直流工程 预计到2020年，我国超高压直流输电工程将 超过20多项，总容量超过60GW。如：葛沪II 回：500kV，3000MW，975km呼盟辽宁：500kV，3000MW，908km黑河背靠背：500kV，750 MW ，联网福建广东背靠背：500kV，1500MW ，联网2022/7/30471.4 HVDC在我国的发展在建或计划建设的特高压直流工程 预计到2020年，我国特高压直流工程将达20多项：宁东-山东：660kV，

22、4000MW，1350km俄罗斯辽宁：660kV，4000MW，1400km乌东德-福建：1000kV，9000MW，2000km准东-江西：1000kV，9000MW，3000km西藏浙江：1000kV，9000MW，3000km锦屏-江苏：800kV，7200MW，2100km溪洛渡-浙江：800kV，7200MW，1688km云南-广东IIIII回：800kV，5000MW2022/7/30481.5 直流输电技术新发展 器件换相直流输电（轻型直流输电） 强迫换相换流器 特高压直流输电 光触发晶闸管2022/7/30Thank You !Chap.1 绪论 结束 2022/7/3050第一章 主要内容第一章 绪论 1.1 高压直流输电的构成1.2 高压直流输电的特点及适用场合1.3 高压直流输电的历史与国外发展现状1.4 高压直流输电在我国的发展1.5 直流输电技术新发展简介2022/7/3051第二章 主要内容第二章 高压直流输电系统的主要设备 2.1 换流装置2.2 换流变压器2.3 平波电抗器2.4 无功补偿装置2.5 滤