直流输电基础

直流输电基础第1页，课件共56页，创作于2023年2月直流输电基础一.直流输电发展二.直流输电的特点三.直流输电的类型四.直流输电系统的构成五.我国的直流输电工程六.直流输电工程应用七.直流输电工程运行方式八.国外直流输电工程现状第2页，课件共56页，创作于2023年2月一、直流输电发展输电最早用DC1882年德国2kV1.5kW57km向慕尼黑国际展览会送电1889年

法国125kV20MW230km从Moutiers到Lyon(里昂)DC发电机串联高压后来被AC输电所代替（交流电机、变压器）1954年高特兰岛（汞弧阀）第一次商业运行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1981–19982096MW/年八十至九十年代，一系列500kV级晶闸管阀高压直流输电工程投产，标志着直流输电技术的成熟。现在，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７０多个。使用的晶闸管元件参数已达8kV、3kA以上。

第3页，课件共56页，创作于2023年2月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）第一次商业运行

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、价格昂贵、逆弧故障率高、可靠性较低、运行维护不便、污染环境，终被淘汰。一、直流输电发展第4页，课件共56页，创作于2023年2月一、直流输电发展2.晶闸管阀换流时代

20世纪70年代后，电力电子技术和微电子技术的迅速发展，晶闸管换流阀和微机控制技术在直流输电工程中的应用，有效改善了直流输电的运行性能和可靠性，晶闸管换流阀在制造、试验、运行维护和检修比汞弧阀简单方便。

1970年瑞典首先在果特兰岛直流工程扩建中采用了晶闸管换流阀的试验工程（50KV,10WM）。

1972年世界上第一个采用晶闸管换流的伊尔河背靠背直流工程在加拿大投入商业运行。

20世纪70年代以后汞弧阀被淘汰，开始了晶闸管时期。第5页，课件共56页，创作于2023年2月高压大功率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行性能和可靠性，促进了直流输电的发展。随着微机控制保护、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发展，成为现今交流输电的有力补充。一、直流输电发展第6页，课件共56页，创作于2023年2月一、直流输电发展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）在工业驱动装置上得到广泛应用，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试验工程（3MW、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，可能在直流输电中会有很好的应用前景。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，将有力地推动直流输电技术的发展。新型半导体换流设备的应用

20世纪90年代，新型氧化物半导体器件---绝缘栅双极晶体管（IGBT）首先在工业驱动装置得到应用。1997年3月世界上第一个采用IGBT组成电压源换流器直流输电工业性试验工程在瑞典投入运行：称轻型直流3、新型半导体换流设备的应用第7页，课件共56页，创作于2023年2月最高电压600kV巴西伊泰普两个双极最大容量2×3150MW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脉动桥换流容量最大我国三常、三广、三沪、贵广1。直流输电之最(已投运)第8页，课件共56页，创作于2023年2月二、直流输电的特点1直流输电的发展与换流技术的发展，特别是大功率电力电子技术的发展有着密切的关系。目前我国在运的和正在建设的直流输电工程均是采用普通晶闸管换流阀进行换流，因此，直流输电的优缺点均在此基础上讨论。第9页，课件共56页，创作于2023年2月优点：1）与相同输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，需要的线路走廊还窄。2）DC电缆输电：输送容量大，造价低，损耗小，不易老化，寿命长，输送距离不受限制。3）无同步稳定性问题（交流P=E1E2sin/X12）,有利于长距离大容量送电。4）可异步运行。5）Pd、换流器吸收的Q均可快速控制，可用以改善所连AC系统运行特性。6）可分期投资建设。7）电网管理方便。8）可隔离故障，有利于避免大面积停电。第10页，课件共56页，创作于2023年2月直流输电与交流输电的建设费用比较第11页，课件共56页，创作于2023年2月二、直流输电的特点2缺点

1.直流输电换流站比交流变电站的设备多、结构复杂、造价高、损耗大、运行费用高、对运行人员要求高。

2.换流器对交流侧来说，除了是一个负荷（整流站）或电源（逆变站）以外，它还是一个谐波电流源。对直流侧来说是一个谐波电压源。3.晶闸管换流器在进行换流时要消耗大量的无功，需装设大量无功补偿设备。(约占治理输送功率的40~60%)

4.直流利用大地（或海水）为回路而带来一些技术问题。（地下金属物电腐蚀、中性点接地变压器直流偏磁饱和、对通信、罗盘干扰）。通过技术手段可以解决。

5、直流断路器由于没有电流过零点可以利用，灭弧问题难以解决。第12页，课件共56页，创作于2023年2月三、直流输电的类型

直流输电工程的系统结构可分为：两端（或端对端）直流输电系统多端直流输电系统两端直流输电系统只有一个整流站（送端）和一个逆变站（受端），与交流系统只有两个端口。多端直流输电系统与交流系统只有三个或三个以上的端口。第13页，课件共56页，创作于2023年2月三、直流输电的类型两端直流输电

长距离大容量输电多端直流输电（意大利本土－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）增加灵活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）容量问题第14页，课件共56页，创作于2023年2月四、直流输电系统的构成两端（或端对端）直流输电系统主要构成有：整流站、逆变站、直流线路、接地极及线路两端直流输电系统又可分为：

1.单极系统（正极或负极）

2.双极系统（正负两极）3.背靠背系统第15页，课件共56页，创作于2023年2月四、直流输电系统的构成

1.单极系统（正极或负极）单级系统接线方式有：*单级大地（海水）回线方式*单级金属回线方式第16页，课件共56页，创作于2023年2月

2.双极系统（正负两极）*双极两端中性点接地方式（简称双极方式）*双极一端中性点接地方式*双极金属中线方式四、直流输电系统的构成第17页，课件共56页，创作于2023年2月

3.背靠背系统背靠背直流系统是输电线路长度为零的两端直流输电系统。四、直流输电系统的构成第18页，课件共56页，创作于2023年2月多端直流输电系统多端直流输电系统是由三个或三个以上换流站以及连接换流站之间的高压直流线路组成。它可以解决多电源供电或多落点受电的输电问题，它可连接多个交流系统或将交流系统分成多个孤立运行的电网。连接方式：

1.串联方式特点是各换流站在同一个直流电流下运行，换流站之间的有功调节和分配靠改变换流站的直流电压来实现。2.并联方式特点是各换流站在同一个直流电压下运行，换流站之间的有功调节和分配靠改变换流站的直流电流来实现。四、直流输电系统的构成第19页，课件共56页，创作于2023年2月五、我国的直流输电工程一、研究阶段1963年中国电科院闸流管6脉动物理模拟1kV,5A1974年西高所

BTB6脉动晶闸管换流站8.5kV,200A,1.7MW1977年杨树浦电厂－九龙变

23kV旧AC电缆改6脉动直流输电试验工程

31kV,150A,4.65MW,8.6km

二、工程阶段

自１９８７年舟山直流工程开始第20页，课件共56页，创作于2023年2月已投运的直流输电工程第21页，课件共56页，创作于2023年2月舟山直流工程

舟山高压直流工程是我国第一个试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、额定输送直流功率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13km。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。直流控制保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挥了重要作用。

五、我国的直流输电工程第22页，课件共56页，创作于2023年2月舟山工程地理位置第23页，课件共56页，创作于2023年2月(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距离、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联合供货，直流线路则自建。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、额定输送直流功率1200MW。直流线路西起湖北宜昌、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。此工程的直流控制保护系统是以BBC公司开发的PHSC系统为基础构建的（站控为P13系统）。

PHSC系统是一种多处理器总线结构，代表了二十世纪八十年代初期的先进技术水平。

2005年5月,对其直流控制保护系统进行了改造，用南瑞继保公司生产的MACH2系统替换了原来的PHSC系统。

第24页，课件共56页，创作于2023年2月(3)溗泗直流工程

溗泗高压直流工程是我国第一个应用引进技术自己建设的跨海高压直流输电工程。此工程于2003年建成，额定直流电压为50kV、额定直流电流0.6kA、额定输送直流功率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。直流控制保护系统是许继公司在引进的PHCS技术的基础上研制的。此工程的投产为缓解溗泗岛用电紧张的局面发挥了重要作用。

第25页，课件共56页，创作于2023年2月（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距离、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，直流线路则自建。此工程于2001年6月双极投产，额定直流电压为500kV、额定直流电流1.8kA、额定输送直流功率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。此工程的直流控制保护系统是以SIEMENS公司开发的SIMADYND系统为基础构建的（站控为SIMATICS5系统）。

SIMADYND系统也是一种多处理器总线结构，具有当时的先进技术水平。

第26页，课件共56页，创作于2023年2月（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距离、大容量高压直流输电工程。两端换流站设备主要由瑞典ABB公司供货，直流线路则自建。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、额定输送直流功率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。此工程的直流控制保护系统是以ABB公司开发的MACH2系统为基础构建的。

MACH2系统是一种以当代PC机为核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水平。

第27页，课件共56页，创作于2023年2月（6）三广直流工程

三广高压直流工程是我国第四个长距离、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，直流线路则自建。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、额定输送直流功率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。此工程的直流控制保护系统也是以ABB公司开发的MACH2系统为基础构建的，与三常直流工程的直流控制保护系统基本相同，设计略有改进。

第28页，课件共56页，创作于2023年2月（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距离、大容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，直流线路则自建。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、额定输送直流功率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。此工程的直流控制保护系统也是以SIEMENS公司开发的SIMADYND系统为基础构建的，与天广直流工程的直流控制保护系统基本相同，设计略有改进。

第29页，课件共56页，创作于2023年2月（8）灵宝背靠背直流工程

灵宝背靠背直流工程是我国第二个应用引进技术自己建设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、额定输送直流功率360MW。此换流站西侧接入西北330kV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区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。此工程的直流控制保护系统有两套，其中一套是以引进的SIEMENS公司开发的SIMADYND系统为基础构建的，另一套直流控制保护系统则是以引进的ABB公司开发的MACH2系统为基础构建的。两套直流控制保护系统轮流投入运行。第30页，课件共56页，创作于2023年2月（9）三沪直流工程

三沪高压直流工程是我国第六个长距离、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联合体供货，直流线路则自建。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、额定输送直流功率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。此工程的直流控制保护系统也是以ABB公司开发的MACH2系统为基础构建的，与三常直流工程的直流控制保护系统基本相同，设计略有改进。

第31页，课件共56页，创作于2023年2月（10）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距离、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联合德国西门子公司供货，直流线路则自建。此工程计划于2007年双极投产，额定直流电压为500kV、额定直流电流3kA、额定输送直流功率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。此工程的直流控制保护系统也是以SIEMENS公司开发的SIMADYND系统为基础构建的，与贵广一回直流工程的直流控制保护系统基本相同，设计略有改进。

第32页，课件共56页，创作于2023年2月（11）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）于2008年九月投产。本期工程额定直流功率2×750MW，额定直流电流3kA，两个12脉动±125kV、750MW背靠背换流单元。这也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。通过此工程，东北电网和华北电网将实现异步联网。第33页，课件共56页，创作于2023年2月我国已投运的高压直流输电容量（MW）

1舟山5019872葛南120019903天广180020014

溗泗602003

5三常300020036三广300020047贵广1300020048灵宝36020059三沪3000200610贵广23000200611高岭7502008

共计16520已成为直流输电大国!第34页，课件共56页，创作于2023年2月

规划中的我国电网华北南方东北台湾西北陕北煤电陕北蒙西煤电II石家庄北京东华中济南豫北420280240460340100360晋东南徐州淮南煤电徐州煤电330280雅龙江梯级金沙江I期金华川西水电170无锡南阳300170260150上海西北100华东杭北芜湖290440长沙荆州恩施乐山360300川西水电蒙西煤电IV天津南昌唐山青岛120300250300450福州400南京200240300沿海核电沿海电源150蒙西煤电I宁夏煤电蒙西煤电III晋中煤电驻马店武汉沿海核电220270300300锡盟煤电I锡盟煤电II480480连云港沿海核电280160300晋中重庆300450晋东南煤电呼盟煤电沿海核电沿海核电金沙江II期沈阳三峡地下电站上海西南安西永登拉西瓦白银兰州东西宁宁东官亭蒙西锡盟张掖雅安西安东靖边蒙西煤电V400470400220260100晋东南煤电II300银川东哈密电厂哈密二、三厂×远东（俄）滁州泰州14045017027070270130150赣州泉州380410170雅江水电平凉乾县渭北东南郊乌鲁木齐主网×360温州280西藏图例500kV交流±800kV级直流百万伏级交流750kV交流第35页，课件共56页，创作于2023年2月东北西藏西北华北南方华中华东台湾我国的高压直流输电工程溪左－株洲宁东－天津呼辽葛南1、2天广三上三常高岭三广贵广1贵广2云广1、2舟山溪右－浙西向家坝－上海锦屏－华东宝鸡－德阳灵宝溗泗黑河第36页，课件共56页，创作于2023年2月在建的高压直流输电工程（1）云南－广东第1回特高压直流工程

此工程计划2009年单极投运，2010年双极投运。目前正开展设备制造工作。这是我国第一个长距离、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、额定输送直流功率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。第37页，课件共56页，创作于2023年2月(2)向家坝－上海特高压直流工程

此工程计划2010年单极投运，2011年双极投运。目前尚未正式开工，正开展换流站设备招投标工作。这是我国第二个长距离、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、额定输送直流功率6400MW。直流线路西起四川宜宾，东至上海南汇，全长约2034km。

第38页，课件共56页，创作于2023年2月（3）三沪2回直流工程

这是我国第八个长距离、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。计划2010年投运。

额定直流电压为500kV、额定直流电流3kA、额定输送直流功率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。与现在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。第39页，课件共56页，创作于2023年2月(4)宁东－山东直流工程

这将是是我国第九个长距离、大容量高压直流输电工程。也是第七个西电东送的高压直流输电工程。此工程额定直流电压为500kV、额定直流电流3kA、额定输送直流功率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。

通过此工程，西北地区的富裕能源将源源不断地送往东部工业基地。

第40页，课件共56页，创作于2023年2月(5)宝鸡－德阳直流工程

这是我国第十个长距离、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、额定输送直流功率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。第41页，课件共56页，创作于2023年2月(6)灵宝直流背靠背2期工程

这是我国第三个高压直流背靠背联网工程。扩大西北电网和华中电网功率交换的能力。本期额定直流功率750MW，额定直流电流3kA。建设一个12脉动±125kV、750MW背靠背换流单元。第42页，课件共56页，创作于2023年2月我国在建的高压直流输电容量（MW）

1云－1

500020102向上640020113三沪2

300020104

德宝

30002010

5宁东300020106灵宝2期7502009

共计21150第43页，课件共56页，创作于2023年2月3.近期将开工的直流工程(1)锦屏－苏南工程

这是我国第三个长距离、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。额定直流电压800kV，额定直流电流4kA，额定直流功率6400MW。直流线路西起四川西昌换流站，东至江苏苏南换流站，线路全长约2093kM。计划2012年8月投产。工程可研报告已于2007年8月通过审查。第44页，课件共56页，创作于2023年2月（2）呼盟－辽宁直流工程

此工程计划近期开工。这是我国第八个长距离、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、额定输送直流功率3000MW。

直流线路西起内蒙呼盟、东至辽宁沈阳，全长约908km。

通过此工程，内蒙地区的富裕能源将源源不断地送往东北工业基地。

第45页，课件共56页，创作于2023年2月我国近期建设的高压直流输电容量（MW）

1锦苏640020122呼辽30002012

共计9400第46页，课件共56页，创作于2023年2月（2）呼盟－辽宁直流工程

此工程计划近期开工。这是我国第十一个长距离、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、额定输送直流功率3000MW。

直流线路西起内蒙呼盟、东至辽宁沈阳，全长约908km。

通过此工程，内蒙地区的富裕能源将源源不断地送往东北工业基地。第47页，课件共56页，创作于2023年2月4.规划中的直流工程按照规划，在2020年之前，我国还将兴建一系列长距离、大容量高压直流输电工程。如：晋东南－江苏（500kV）西