Chap.6-直流输电新技术(最终版本)2014课件

2023/1/14徐永海华北电力大学电气与电子工程学院新能源电网研究所Chap.6直流输电新技术高压直流输电2023/1/142课程安排

第六章直流输电新技术6.1特高压直流输电6.2强迫换相换流器6.3柔性直流输电的发展与运行原理（专题介绍）3输电电压一般分高压、超高压和特高压高压（HV）：35〜220kV；超高压（EHV）：330〜750kV；特高压（UHV）：1000kV及以上。高压直流（HVDC）：±600kV及以下；特高压直流（UHVDC）：±750kV和±800kV。

根据国际电工委员会的定义：交流特高压是指1000kV以上的电压等级。在我国，常规性是指1000kV以上的交流，800kV以上的直流。

6.1特高压直流输电2023/1/1446.1特高压直流输电特高压电网由特高压骨干网架、超高压、高压输电网、配电网以及高压直流输电系统共同构成的分层、分区，结构清晰的大电网。（国家电网）特高压骨干网架

由1000kV级交流输电网和±600kV级以上直流输电系统构成的电网。±600kV以上电压的直流输电在绝缘、电晕水平等方面与特高压交流输电大体相当，称为特高压直流输电（UHVDCtransmission）。目前，±800kV直流输电是技术上可行的输电技术。特高压直流输电工程主要采用±800kV特高压直流输电。2023/1/145特高压交流试验示范工程“三西”煤电基地晋东南荆门武汉南阳2023/1/1466.1特高压直流输电特高压令国家电网走出去更有底气中国国际招标网(2014-05-19，作者姚雷)放眼世界电力工业，由中国国家电网公司主导突破的特高压输电技术，无疑是迄今为止难度最大、最复杂的一项电力技术成就。正是坚持走自主创新道路，我国成功攀登上了这一电力科技界的“珠穆朗玛峰”，彻底扭转了电力工业长期跟随西方发达国家发展的被动局面，诞生了“中国标准”，实现了“中国创造”和“中国引领”。特高压已成为中国的新“名片”。继去年“特高压交流输电关键技术、成套设备及工程应用”项目荣获国家科学技术进步奖特等奖之后，今年，我国特高压直流输电技术成功走出国门，即将应用在巴西美丽山水电站特高压直流送出项目中。我国已掌握特高压国际标准制定话语权“在我国，真正具备自主研制和创新水平且能称得上伟大的工程，有，但是不多。刚刚建成投运的1000千伏特高压交流试验示范工程，可以说是名副其实的、伟大的自主创新工程。”2009年年初，中国科学院院士卢强在我国第一个特高压交流工程(晋东南—南阳—荆门1000千伏特高压交流试验示范工程)投运后如是评价。2023/1/1476.1特高压直流输电特高压令国家电网走出去更有底气中国国际招标网(2014-05-19，作者姚雷)进入2014年，国家电网公司在国际化道路上继续“大踏步前进”。2014年2月7日，国家电网公司与巴西电力公司组成的联营体成功中标巴西美丽山水电特高压直流送出项目,这是公司在海外中标的首个特高压直流输电项目，可将巴西北部的水电资源直接输送到东南部的负荷中心。特高压输电的研发成功，大幅提升了我国在国际电工领域的影响力和话语权，中国电力工业在世界电力发展格局中的角色已由多年的追赶者变为实际的领跑者。目前，俄罗斯、印度、巴西等国已将特高压输电作为能源电力发展的重要方向，并积极寻求与我国的技术合作。中国特高压技术“走出去”取得重大突破，不仅有效拓展业务发展空间，还有效带动了上下游整个产业链的发展和国际竞争力的提升。有业内人士认为，继高铁外交之后，特高压有望成为“中国制造”的又一张外交名片。而中国自主化输电设备也将搭上“便车”走出国门。作为全球最大的公用事业企业，公司海外投资之路起步并不算早。然而在短短的几年时间里，正是凭借在特高压电网等领域领先的输变电技术和严谨高效的管理能力，公司快速形成了“走出去”的核心优势。2023/1/1486.1特高压直流输电特高压建设信息

（国家能源局决意放行交流特高压，中国证券报，2014年05月12日）一份由电力规划设计总院制定的电网投资方案，涉及投资超过2000亿人民币，内容包含建设十二条贯穿中国东西部的输电通道，将内蒙、山西、陕西和云南等地的电力资源向京津冀、长三角和珠三角地区输送，用以解决这些区域日益严重的雾霾和电力短缺问题。

这十二条通道为：

1.辽宁绥中电厂改接华北电网(±500千伏)

2.内蒙锡林格勒至山东特高压交流工程

3.内蒙上海庙至山东特高压直流工程

4.陕西榆衡至山东潍坊特高压交流工程

5.蒙西到天津南特高压交流工程

6.锡盟至江苏特高压直流工程

2023/1/1496.1特高压直流输电特高压建设信息

7.淮南-南京-上海华东电网北半环特高压交流工程(4月21日已获国家能源局核准)

8.宁夏到浙江特高压直流工程

9.山西到浙江，特高压直流

10.山西盂县电厂接入河北工程(±500千伏)

11.陕西神木到河北500KV输电通道扩建过程

12.南方电网西电东送，丽江直送深圳特高压直流工程

其中包含4条特高压交流工程，5条特高压直流工程，和3条±500千伏输电通道，这意味着，特高压交流获得国家能源局放行，多年来围绕交流特高压的争议终有定论。围绕交流特高压的争议已持续经年，力推交流特高压的国家电网认为该项目优势明显，可以解决新能源消纳、区域电力资源平衡和治理雾霾等问题；反对者则认为±500千伏超高压和直流特高压完全可以解决上述问题，交流特高压经济性差且存安全隐患，不宜开工建设。正反双方隔空论战多年，未分胜负，以致国家电网“十二五”规划至今仍未出台。2023/1/14106.1特高压直流输电特高压建设信息（山东：2017年建成“两交两直”特高压通道）新华网济南５月１８日电（记者魏圣曜）记者近日从国网山东省电力公司服务山东经济发展白皮书发布会上了解到，围绕山东省“两区一圈一带”区域发展战略，２０１４年山东计划电网建设投资２３１亿元，力争今年年内核准开工“两交一直”特高压工程，到２０１７年建成“两交两直”特高压输电通道。根据国家电网公司部署，山东将建设“两交两直”（交流：“东纵”锡盟－山东、“北横”靖边（榆横）－济南－潍坊；直流：上海庙－鲁南、呼盟－山东）特高压工程。其中，“东纵”交流工程已获得路条，具备核准开工条件；“北横”交流工程、呼盟－山东直流工程已完成可研性分析，上海庙－鲁南直流工程正在开展可研性分析。2023/1/14116.1特高压直流输电特高压建设信息（山东：2017年建成“两交两直”特高压通道）据国网山东省电力公司介绍，预计２０１５年前后，山东将形成３个特高压交流落点、１个特高压直流深入负荷中心的特高压布局，每年可减少省内原煤消耗１９０４万吨，减少二氧化硫排放４．２３万吨，减少二氧化碳排放３４９１万吨。据介绍，山东每天接纳约１．３亿千瓦时“外电”，相当于每天用载重４０吨的车皮运送标准煤８０节。根据工程前期进展情况和总体安排，山东将力争年内核准开工“两交一直”，到２０１５年上半年核准开工另一条直流，２０１７年建成“两交两直”特高压输电通道。届时，可新增“外电入鲁”受电能力２５００万千瓦。淮上线是国家电网系统首个省级电网公司属地化现场建设管理的特高压工程，目前江苏境内的线路已勘查完毕，3座新建变电站范围内的障碍物迁移工作已结束，具备了进场施工条件。2023/1/14126.1特高压直流输电特高压建设信息新华报业网讯(2014-04-24，记者黄伟)继四川锦屏至苏州的锦苏特高压直流输电投运后，江苏将再添能源输送“大动脉”。记者昨日获悉，1000千伏淮南-南京-上海特高压交流输变电工程正式获得国家发改委批复，进入项目建设阶段。该工程起于安徽淮南，止于上海，在江苏境内新建南京、泰州、苏州3座特高压变电站。759公里的线路中有519公里在江苏境内，途经淮安、泰州、南通、苏州等6市，并在苏通大桥上游建设长江大跨越，预计2017年10月全线竣工。国网江苏电力总经理尹积军介绍，淮上线投运后将与去年投运的皖电东送南环工程形成长三角环网，提高我省接纳皖电的能力，江苏过江输电通道的输送能力将由目前的900万千瓦提高到1600万千瓦，还能大规模消纳我省沿海风电，对我省能源安全保障至关重要。淮上线是国家电网系统首个省级电网公司属地化现场建设管理的特高压工程，目前江苏境内的线路已勘查完毕，3座新建变电站范围内的障碍物迁移工作已结束，具备了进场施工条件。2023/1/14136.1.1特高压电网建设的必要性1、发电能源资源和经济发展呈逆向分布，决定了能源资源必须在全国范围内优化配置运煤发电环境污染严重。运煤发电交通运输压力大。一座5GW的电厂日耗煤达4.1万吨，对铁路、公路的运输压力极大2、提高输送容量一回1000kV输电线路的自然功率接近5GW，约为500kV输电线路的5倍。±800kV直流输电线路的输电能力为6.4GW，是±500kV的2.1倍。能源分布，水能分布2023/1/14146.1.1特高压电网建设的必要性3、缩短电气距离，提高稳定极限

1000kV输电线路的电气距离相当于同长度500kV的1/4～1/5。即输送相同功率下，1000kV输电线路的最远送电距离是后者的4倍。

±800kV直流的经济输电距离为2500km及以上。4、降低线路损耗相同条件下，1000kV线损是500kV的四分之一。相同条件下，±800kV线损是±500kV的39％。2023/1/14156.1.1特高压电网建设的必要性5、减少工程投资单位输送容量综合造价：1000kV输电方案约为500kV的四分之三。±800kV输电方案约为±500kV的四分之三。6、节省走廊面积一回1000kV输电线路的单位走廊输送能力约为同类型500kV线路的3倍。±800kV直流输电线路的单位走廊输送能力是±500kV的1.29倍。2023/1/14166.1.1特高压电网建设的必要性7、降低短路电流特高压长距离送电可减少负荷中心区装机需求，从而降低当地电网的短路电流幅值。实现分层分区布局，优化系统结构，从根本上解决短路电流超标问题。8、加强联网能力UHVAC同步联网可大大缩短电网间电气距离，提高稳定水平，发挥大同步电网的各项综合效益。增强电网间功率交换能力，实现更大范围内优化能源资源配置。2023/1/14176.1.2特高压输电研究和应用概况6.1.2.1国外特高压输电研究和应用特高压直流输电技术起源于20世纪60年代，瑞典Chalmers大学1966年开始研究±750kV导线美国邦德维尔电力局（BPA） 1970年规划建设1100kV远距离输电线路，建成2个试验场。美国电力公司（AEP）规划在765kV电网之上建设1500kV特高压输电骨干电网，建成特高压试验场。2023/1/14186.1.2特高压输电研究和应用概况

1977年后，美国的用电增加速度大幅下降，由5.6%降到2.4%左右，停建了大批核电厂及部分火电厂。由于环境保护要求的提高及能源结构的变化，80年代以后新建的发电厂中50%~60%是天然气电厂，电网内没有发展长距离大容量输电工程的必要，因而暂时停止了特高压输电技术的试验研究工作。2023/1/14196.1.2.1国外特高压输电研究和应用前苏联上世纪70年代规划，1981年起开始建设，1985年建成并投运，电压1150kV，线路长度约900km，特高压变电站3座，运行性能良好。前苏联解体后，送端电源未能按预期运行，高压线路负载过轻，输送容量仅为总容量的20%，从1994年起降压为500kV运行。其中，在额定电压下累计运行超过5年。2023/1/14206.1.2.1国外特高压输电研究和应用前苏联1978年计划建设±750kV直流特高压，试制出工程所用的全套设备，两端换流站完成了大部分土建及设备安装工作，直流线路建成1090km。由于前苏联解体，该工程最终停止了建设。该工程的重要意义在于，其研究成果、设计、设备制造、线路等的建设经验，为±800kV特高压直流输电的发展奠定了坚实的理论和实践基础。21前苏联1150kV输电线路地理接线图2023/1/14226.1.2.1国外特高压输电研究和应用日本 日本是世界上第二个采用交流百万伏级电压等级输电的国家，从1973年开始特高压输电的研究。上世纪70年代规划，80年代初开始技术研究，1999年建成1000kV同塔双回线路427km，目前降压500kV运行。

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日本东京电力公司建成的1000KV线路2023/1/14246.1.2.1国外特高压输电研究和应用意大利

规划建设1000kV特高压输电骨干网，建成试验站。后因多种原因停建。加拿大、巴西、印度加拿大、巴西分别研究过UHVAC和UHVDC技术，近年来，印度开始考虑UHVDC。意大利1000kV工程雷电冲击试验2023/1/14256.1.2.2国内特高压输电研究和应用2005年初，国网公司启动特高压输电工程关键技术问题的研究（研究内容共113项，其中直流56项，交流57项）。北京特高压直流试验基地于2007年5月投入使用。西藏高海拔直流试验基地于2008年建成。我国具备±1000kV及以下特高压直流输电工程在不同海拔高度下的电磁环境、空气间隙放电特性、绝缘子污秽放电特性、直流避雷器等设备关键技术的试验研究能力，试验功能达到了世界领先水平。2023/1/14266.1.2.2国内特高压输电研究和应用云南---广东±800kV特高压直流输电工程

输电能力：5000MW，全长1373km。2009年12月单极带电，2010年6月18日正式双极投运。为世界上第一个±800kV特高压直流输电工程，成为当时电压等级最高、输送容量最大的特高压直流输电工程。向家坝（四川）---上海±800kV特高压直流输电工程

输电能力：6400MW，全长1907km。2008年6月开工建设，2009年12月单极带电，2010年7月8日正式双极投运。2023/1/14276.1.2.2国内特高压输电研究和应用向家坝―上海±800千伏特高压直流输电示范工程线路图2023/1/14286.1.2.2国内特高压输电研究和应用锦屏（四川）---苏南±800kV特高压直流输电工程锦屏－苏南±800kV特高压直流输电工程起点四川西昌市裕隆换流站，落点江苏省苏州市同里换流站。新建±800千伏换流站两座，额定输送容量720万千瓦，最大连续输送容量760万千瓦（7600MW）；新建±800千伏直流输电线路一回，途经四川、云南、重庆、湖南、湖北、安徽、浙江、江苏八省市，全长约2100公里。该工程采用双极、每极两个十二脉动换流器串联接线，电压配置为“400千伏+400千伏”。换流变压器单台容量最大363兆伏安，采用6英寸晶闸管换流阀，每组换流器容量达190万千瓦；运行方式灵活，可靠性高。2023/1/14296.1.2.2国内特高压输电研究和应用锦屏（四川）---苏南±800kV特高压直流输电工程工程于2008年11月获得国家发改委核准；计划于2009年正式开工建设，2012年12月12日，锦屏—苏南±800kV特高压直流工程全面完成系统调试和试运行，正式投入商业运行。线路全长2059公里，历经八省市，额定电压±800千伏，额定输送功率720万千瓦，总投资220亿元。锦苏工程是国家电网继特高压交流和直流示范工程之后，建成投运的第三个特高压输电工程，是目前世界上输送容量最大、送电距离最远、电压等级最高的直流输电工程，代表了当前世界直流输电技术的最高水平。工程承担着雅砻江流域官地，锦屏一、二级水电站和四川丰水期富余水电的送出任务。2023/1/14306.1.2.2国内特高压输电研究和应用哈（新疆哈密）郑（河南郑州）特高压工程---±800kV特高压直流输电工程继向家坝—上海、锦屏—苏南特高压输电工程后，国家电网公司投资自主研发、设计和建设的第三回特高压直流工程，也是目前世界上输送功率最大的直流输电工程，于2014年1月27日正式投入运行。该工程是国家实施“疆电外送”战略的第一个特高压输电工程，也是西北地区大型火电、风电基地电力打捆送出的首个特高压工程。工程起于新疆哈密南换流站，止于河南郑州换流站，途经新疆、甘肃、宁夏、陕西、山西、河南6省（区），线路长2192千米（

又说2210千米），额定电压±800千伏，额定输送功率800万千瓦（8000MW）。与以往特高压直流输电工程相比，该工程输送容量更大、送电距离更远、技木水平更先进，代表了世界直流输电技术的最高应用水平。2023/1/14316.1.2.2国内特高压输电研究和应用哈（新疆哈密）郑（河南郑州）特高压工程---±800kV特高压直流输电工程直流线路首次采用6x1000mm/大截面导线，首次研究应用耐磨金具、Y形绝缘子串、裹体桩基础等新技术、新工艺，自主研制并成功应用了额定电流5000A的特高压大容量直流设备，设备国产化率达到80%以上，进一步促进了我国电网技术升级以及装备制造业跨越式发展。每年将新疆丰富的风电、光电、火电打捆输送给河南约400亿千瓦时电量，相当于从空中向河南输送煤炭2210万吨。这等同于在郑州同时投运8座100万千瓦装机的大电厂。400亿千瓦时的清洁电能带来的更是环境效益：减排二氧化碳3358万吨、二氧化硫31.7万吨、氮氧化物26.7万吨。2023/1/14326.1.2.2国内特高压输电研究和应用哈（新疆哈密）郑（河南郑州）特高压工程---±800kV特高压直流输电工程到2020年,新疆将规划建成6条特高压直流外送通道和2条交流外送通道,这些外送电的起点主要分布在哈密、准东和伊犁煤电基地,这些地区都具有建设相应容量外送电源的基础。以哈密-郑州特高压直流线路为例,根据将火、风、光电打捆外送的要求,哈密地区风电、光电配套装机容量将在1000万千瓦以上,带动哈密地区装备制造业实现从无到有的发展,并快速形成产业聚集效应。据测算,仅哈密南-郑州特高压直流输电工程就能实现700万千瓦火电、250万至300万千瓦风电、20至50万千瓦太阳能的配套外送。哈郑工程投运后,新疆外送电能力将提升400%,每年可向河南送电500亿千瓦时,相当于在郑州同时投运8座100万千瓦装机的大电厂,减少排放二氧化碳4000万吨、二氧化硫33万吨,社会和经济效益显著。（注：不同来源材料，相关数据有一定出入）2023/1/14336.1.3特高压直流输电系统UltraHighVoltageDirectCurrenttransmission---UHVDCUHVDC的系统组成形式与超高压直流输电(EHVDC)相同，但单桥个数、输送容量、电气一次设备的容量及绝缘水平等相差很大。2023/1/14346.1.3特高压直流输电系统1、换流站主接线典型方式:每极2组12脉动换流单元串联(图a)其他方式:每极2组12脉动换流单元并联(图b)400kV＋400kV6英寸ETT阀运行方式灵活平抗分布在极线和中性线2023/1/14356.1.3特高压直流输电系统2、换流阀二重阀，空气绝缘，水冷却；控制角：整流器触发角15°，逆变器熄弧角17°2023/1/14366.1.3特高压直流输电系统3、换流变压器型式:单相双绕组，油浸式短路阻抗：16%

-18%有载调压开关:29档，每档1.25%

2023/1/14376.1.3特高压直流输电系统4、噪音治理换流变采用BOX-IN；平抗采取“穿衣戴帽”；换流站围墙加装隔音屏。换流变平抗2023/1/14386.1.3特高压直流输电系统5、换流站平面布置高、低压阀厅及其换流变压器采用面对面布置方式，高压阀厅布置在两侧，低压阀厅布置在中间。2023/1/14396.2强迫换相换流器起因：电网换相换流器要消耗大量无功功率 换流器吸收无功功率:30%-50%Pd(整流器）40%-60%Pd(逆变器) 因此，20世纪50年代有人提出强迫换相来降低换流器的无功消耗。方法：在换流器和换流变压器之间串联电容器来进行强迫换相2023/1/14406.2强迫换相换流器类型电容换相换流器（CCC-Capacitor

CommutationConverter)可控串联电容换相换流器（CSCC-ControlledSeriesCapacitorConverter）CCCCSCC2023/1/14416.2.1电容换相换流器工作原理串联电容的移相作用使换相电压产生滞后，因此有效增大CCC逆变器关断角，同时部分补偿晶闸管换流器吸收的无功功率2023/1/14426.2.2电容换相换流器的特点1、优点换相失败的几率大大减小；无功需求大大降低；换流器最大输送功率提高；换流站甩负荷过电压水平降低；换流阀短路电流降低；换流器交流侧谐波有所减少。2023/1/14436.2.2电容换相换流器的特点2、缺点三相不对称时可能引发换相失败；对阀的耐压要求高；换流器直流侧谐波有所增加。2023/1/14446.2.3电容换相换流器应用现状CCC-HVD