高壓直流輸電課件

1、2022/7/30高壓直流輸電HVDC transmission2022/7/302HVDCHigh Voltage Direct Current transmission2022/7/303主要參考書韓民曉，等編著高壓直流輸電原理與運(yùn)行 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009浙江大學(xué)發(fā)電教研組直流輸電科研組直流輸電北京：水利電力出版社，1985趙畹君，等高壓直流輸電工程技術(shù)北京：中國(guó)電力出版社，2004 徐政交直流電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)行為分析北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 20042022/7/304課程安排 第一章 緒論 第二章 高壓直流輸電系統(tǒng)的主要設(shè)備 第三章 換流器工作原理 第四章 高壓直流輸電的諧波抑制與

2、無(wú)功補(bǔ)償 第五章 直流控制與保護(hù) 第六章 直流輸電新技術(shù)2022/7/305第一章 緒論1.1 高壓直流輸電的構(gòu)成 1.1.1高壓直流輸電的概念HVDC組成：整流站、直流輸電線路、逆變站HVDC主要作用：遠(yuǎn)距離大功率輸電，聯(lián)網(wǎng)等。 高壓直流輸電技術(shù)是電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中應(yīng)用最早、最成熟的技術(shù)。交流系統(tǒng)I交流系統(tǒng)II2022/7/3061.1.2 高壓直流輸電的分類一、按工程結(jié)構(gòu)分類分類I（按換流站數(shù)量分類）兩端直流輸電(或“點(diǎn)對(duì)點(diǎn)直流輸電”)多端直流輸電分類II（按線路長(zhǎng)度分類） 長(zhǎng)距離直流輸電 背靠背直流輸電分類III（按電壓等級(jí)分類）（超）高壓直流輸電特高壓直流輸電2022/7/307

3、1.1.2 高壓直流輸電的分類二、按工程性質(zhì)分類遠(yuǎn)距離大容量直流架空線路工程;背靠背直流聯(lián)網(wǎng)工程; 跨海峽的直流海底電纜工程; 向大城市送電的直流地下電纜工程;向孤立的負(fù)荷點(diǎn)送電或從孤立的電站向電網(wǎng)送電的直流工程;交直流并聯(lián)輸電系統(tǒng)。2022/7/308我國(guó)主要直流輸電工程類型我國(guó)直流輸電工程類型工程名稱額定功率/MW額定電壓/kV投產(chǎn)年份按工程結(jié)構(gòu)分類按工程性質(zhì)分類葛-南12005001989雙極兩端工程遠(yuǎn)距離大容量直流架空線路工程天-距離大容量直流架空線路工程；交直流并聯(lián)輸電系統(tǒng)三-常30005002002遠(yuǎn)距離大容量直流架空線路工程三-廣30005002004三

4、-滬30005002006貴-廣I 、II30005002004/2007云-廣50008002010向-上72008002010舟山50-1002010單極兩端工程跨海峽的直流海底電纜工程；向孤立的負(fù)荷點(diǎn)送電的直流工程靈寶3601202005背靠背工程背靠背直流聯(lián)網(wǎng)工程高嶺 150012520082022/7/3091.1.2 高壓直流輸電的分類重點(diǎn)介紹：兩端直流輸電、多端直流輸電 目前，世界上90多個(gè)直流輸電工程中，絕大部分為兩端直流輸電系統(tǒng)，只有2個(gè)工程為多端直流輸電系統(tǒng)，另有2個(gè)為具有多端直流輸電性質(zhì)的直流工程。2022/7/30101.1.2 高壓直流輸電的分類類型：由兩側(cè)換流站及直

5、流輸電線路組成的交-直-交變換的系統(tǒng)，稱為兩端直流輸電系統(tǒng)。兩端直流輸電多端直流輸電單極雙極同極長(zhǎng)距離背靠背2022/7/30111.1.2.1 單極兩端直流輸電系統(tǒng) 單極大地回線方式單極金屬回線方式單極雙導(dǎo)線并聯(lián)大地回線方式地電流問題2022/7/30121.1.2.1 單極兩端直流輸電系統(tǒng) 特點(diǎn)：接線簡(jiǎn)單、可靠性和靈活性差使用情況：較少有實(shí)際工程，多為：1）雙極系統(tǒng)分期建設(shè)；2）雙極系統(tǒng)一極停運(yùn)時(shí)，健全極繼續(xù)運(yùn)運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)的運(yùn)行方式。我國(guó)舟山直流工程為該類型。2022/7/30131.1.2.2 雙極兩端直流輸電系統(tǒng)雙極一端中性點(diǎn)接地式雙極兩端中性點(diǎn)接地式雙極金屬中線式2022/7/3014

6、1.1.2.2 雙極兩端直流輸電系統(tǒng)特點(diǎn)：正常運(yùn)行時(shí)，地電流?。?%IdN），一般不會(huì)引發(fā)地電流問題； 可靠性和靈活性高； 輸電線路的電磁干擾??； 傳輸功率大； 投資大。 因此，是使用最廣泛的直流工程。1) 地下金屬電化學(xué)腐蝕;2) 地下電磁干擾;3) 變壓器直流偏磁。雙極方式HVDC原理圖2022/7/30151.1.2.3 同極兩端直流輸電系統(tǒng)同極兩端HVDC系統(tǒng)兩組單極并聯(lián)式HVDC系統(tǒng)IdIdI02022/7/30161.1.2.3 同極兩端直流輸電系統(tǒng)特點(diǎn)：正常時(shí)中性線上有2倍的極電流，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、爾背靠背工程（美國(guó)）：50kV，100MW 新信儂背靠背工程（日本）：125kV，300MW 2022/7/30171.1.2.4 背靠背直流輸電系統(tǒng)背靠背直流輸電系統(tǒng)：直流線路長(zhǎng)度為零的HVDC系統(tǒng)。又稱為“背靠背換流站” ，“非同步聯(lián)絡(luò)站”，或“變頻站” 。接線方式 ：?jiǎn)螛O、雙極或同極方式用途 ：Back-to-back HVDC transmission, b-t-b HVDC transmission 主要用于聯(lián)網(wǎng)，尤其是非同步聯(lián)網(wǎng)。 2022/7/30181.1.2.4 背靠背直流輸電系統(tǒng)主要特點(diǎn)：直流側(cè)可選擇低電壓、大電流運(yùn)行，從而充分利用大截面晶閘管的通流能力，降低直流線損； 換

8、流站設(shè)備數(shù)量及額定值均減少，造價(jià)比同規(guī)模常規(guī)換流站降低約15%20%；控制系統(tǒng)響應(yīng)速度更快。靈寶，高嶺 2022/7/30191.1.2.5 多端直流輸電系統(tǒng)多端直流輸電系統(tǒng)：由2個(gè)以上換流站及其所連直流輸電線路組成的直流輸電系統(tǒng)，稱為多端直流輸電系統(tǒng)。 分類：按換流站間的連接方式分類：并聯(lián)、串聯(lián)式按直流線路的連接方式分類：輻射（分支，樹枝）、閉環(huán)形Multi-terminal HVDC transmission system，MTDC 2022/7/30201.1.2.5 多端直流輸電系統(tǒng)一、并聯(lián)式MTDC種類： 輻射狀直流網(wǎng)絡(luò)型并聯(lián)式MTDC 閉環(huán)狀直流網(wǎng)絡(luò)型并聯(lián)式MTDC主要特點(diǎn)：靠改變

9、換流站的直流電流實(shí)現(xiàn)站間功率調(diào)節(jié)和分配；功率調(diào)節(jié)范圍寬，0.11.5p.u.；潮流反轉(zhuǎn)操作復(fù)雜。應(yīng)用：魁北克新英格蘭 五端直流輸電，意大利-科西嘉-撒丁島 三端直流輸電。2022/7/30211.1.2.5 多端直流輸電系統(tǒng)二、串聯(lián)式MTDC主要特點(diǎn)：主要靠改變換流站的直流電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)站間功率調(diào)節(jié)和分配；潮流反轉(zhuǎn)操作快速方便；功率調(diào)節(jié)范圍窄；絕緣配合復(fù)雜；一段直流線路的永久性故障將導(dǎo)致整個(gè)MTDC停運(yùn) 。應(yīng)用：無(wú)串聯(lián)MTDC原理圖2022/7/30221.1.2.5 多端直流輸電系統(tǒng)MTDC特點(diǎn)（與多個(gè)兩端HVDC系統(tǒng)比較）： 經(jīng)濟(jì)、控制保護(hù)系統(tǒng)以及運(yùn)行操作復(fù)雜適用場(chǎng)合：多電源供電或多落點(diǎn)受電的

10、輸電；直流線路中途分支接入電源或負(fù)荷；將幾個(gè)孤立的交流系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)非同步聯(lián)網(wǎng)；將交流系統(tǒng)分成多個(gè)孤立運(yùn)行的電網(wǎng)。輻射狀直流網(wǎng)絡(luò)形并聯(lián)式MTDC圖2022/7/30231.2 高壓直流輸電的特點(diǎn)及適用場(chǎng)合1.2.1 高壓直流輸電的優(yōu)點(diǎn)一、從技術(shù)性看，HVDC具有如下優(yōu)點(diǎn)： 1. 有利于改善交流系統(tǒng)的穩(wěn)定性交流系統(tǒng)穩(wěn)定問題分類1： 靜態(tài)穩(wěn)定暫態(tài)穩(wěn)定分類2： 頻率穩(wěn)定電壓穩(wěn)定適合遠(yuǎn)距離、大容量輸電 2022/7/30241.2.1 高壓直流輸電的優(yōu)點(diǎn) 2. 實(shí)現(xiàn)交流系統(tǒng)的非同步聯(lián)網(wǎng)（輸電）非同步聯(lián)網(wǎng)：通過HVDC實(shí)現(xiàn)的兩個(gè)交流系統(tǒng)的互聯(lián)非同步運(yùn)行的好處：被聯(lián)電網(wǎng)可保持自己的電能質(zhì)量（如頻率、電壓）而獨(dú)立

11、運(yùn)行；被聯(lián)電網(wǎng)之間交換的功率可快速方便地進(jìn)行控制，有利于運(yùn)行和管理。只有直流輸電能實(shí)現(xiàn)非同步聯(lián)網(wǎng)包含：抽水蓄能機(jī)組2022/7/30251.2.1 高壓直流輸電的優(yōu)點(diǎn) 3. 相同電壓等級(jí)下，輸送功率更大2*3000MW、500kV HVDC 4. 有功、無(wú)功功率快速可控，有利于改善交流系統(tǒng)的運(yùn)行性能2022/7/30261.2.1 高壓直流輸電的優(yōu)點(diǎn) 5. 限制交流系統(tǒng)短路容量 6. 線路故障時(shí)的自防護(hù)能力強(qiáng)單片絕緣子損壞故障恢復(fù)時(shí)間：交流：三相停運(yùn)直流：降壓運(yùn)行交流單相：0.61.0s直流單極：0.2 0.35s2022/7/30271.2.1 高壓直流輸電的優(yōu)點(diǎn)二、從可靠性看，HVDC具有

12、如下優(yōu)點(diǎn)：可靠性指標(biāo)：強(qiáng)迫停運(yùn)率、電能不可用率等名稱交流直流交流直流單回雙回單極雙極單回雙回單極雙極線路次/百公里.年0.2990.0540.1260.0550.290.0540.140.01兩端變電（換流）站（次/年）0.560.124.800.200.60.061.40.25 交直流工程綜合強(qiáng)迫停運(yùn)率2022/7/30281.2.1 高壓直流輸電的優(yōu)點(diǎn)二、從可靠性看，HVDC具有如下優(yōu)點(diǎn)：直流輸電與交流輸電的可靠性相當(dāng)交直流輸電線路電能不可用率名稱電能不可用率輸電容量損失50輸電容量損失100交流直流交流直流線路0.750.070.0500.016變電（換流）站0.070.620.0070

13、.002總計(jì)0.820.690.0570.0182022/7/30291.2.1 高壓直流輸電的優(yōu)點(diǎn)三、從經(jīng)濟(jì)性看，HVDC具有如下優(yōu)點(diǎn)： 1. 線路造價(jià)低 2. 運(yùn)行損耗小輸送同樣功率條件下，直流架空線路節(jié)省1/3的導(dǎo)線，1/31/2的鋼材，造價(jià)為交流線路的6070。 線路有功損耗小幾乎無(wú)線路無(wú)功損耗線路電暈損耗小1200 MW 損耗圖環(huán)境污染?。弘姇灀p耗和無(wú)線電干擾小2022/7/30301.2.1 高壓直流輸電的優(yōu)點(diǎn)三、從經(jīng)濟(jì)性看，HVDC具有如下優(yōu)點(diǎn)： 3. 特別適合電纜輸電輸送容量大輸送距離不受限制造價(jià)低損耗小重量輕不易老化壽命長(zhǎng)直流電纜線路適合于難以或不便裝設(shè)無(wú)功補(bǔ)償處2022/7

14、/30311.2.2 高壓直流輸電的缺點(diǎn)1、換流站設(shè)備多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價(jià)高、損耗大、運(yùn)行費(fèi)用高；2022/7/30321.2.2 高壓直流輸電的缺點(diǎn)2、換流器產(chǎn)生大量諧波；3、換流器無(wú)功消耗量大;30 % 50%Pd (整流器）40% 60%Pd (逆變器)換流器吸收無(wú)功功率:4、換流器過載能力低；5、在某些運(yùn)行方式下，對(duì)地下（或海中）物體產(chǎn)生電磁干擾和電化學(xué)腐蝕。短期過載（2h）： 1.1p.u.暫時(shí)過載（3-10s）：1.25 - 1.5p.u.2022/7/30331.2.3 高壓直流輸電的適用場(chǎng)合高電壓、遠(yuǎn)距離、大容量輸電； 跨海送電； 不同額定頻率電網(wǎng)的聯(lián)網(wǎng)或相同額定頻率電網(wǎng)的非同步

15、聯(lián)網(wǎng)（輸電）； 由地下電纜向大城市供電； 交流系統(tǒng)互聯(lián)或者配電網(wǎng)增容時(shí)，作為限制短路容量的措施之一； 配合新能源輸電。2022/7/30341.2.3 高壓直流輸電的適用場(chǎng)合等價(jià)距離： HVDC與HVAC總投資費(fèi)用相等時(shí)，輸電線路的長(zhǎng)度。500kV架空線路：400-600km800kV架空線路：700-900km電纜線路： 20-40km2022/7/30351.3 HVDC的歷史與國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀人類輸送電力已有一百多年的歷史。輸電方式是從直流輸電開始的。1874年在俄國(guó)彼得堡第一次實(shí)現(xiàn)了直流輸電，當(dāng)時(shí)輸電電壓僅100V。1928年，具有柵極控制能力的汞弧閥研制成功，使高壓直流輸電成為現(xiàn)實(shí)。 2

16、022/7/30361.3 HVDC的歷史與國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀HVDC標(biāo)志性事件 1、 1882年，德國(guó)，HVDC首次成功試驗(yàn)送端受端技術(shù)指標(biāo)米期巴赫煤礦(Miesbach )慕尼黑國(guó)際展覽會(huì)(Munich ) 2kV,1.5kW， 57km電報(bào)線特點(diǎn): 第一個(gè)電力系統(tǒng)； 線路損耗：78%； 從此進(jìn)入試驗(yàn)性階段2022/7/30371.3 HVDC的歷史與國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀HVDC標(biāo)志性事件 2 、1954年，瑞典，HVDC首次投入商業(yè)運(yùn)行送端受端技術(shù)指標(biāo)瑞典大陸果特蘭島100/150kV ，20MW/30MW ， 96km海底電纜果特蘭島直流工程特點(diǎn): 電力電子元件: 汞弧閥(一期)、晶閘管(二期)；

17、從此進(jìn)入穩(wěn)步發(fā)展階段2022/7/30381.3 HVDC的歷史與國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀HVDC標(biāo)志性事件 3、1972年，加拿大，HVDC首次全部采用晶閘管元件送端受端技術(shù)指標(biāo)魁北克省水電站新不倫威克省280kV, 2 160MW，背靠背伊爾河背靠背直流工程特點(diǎn): 從此進(jìn)入大力發(fā)展階段2022/7/30391.3 HVDC的歷史與國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀 一、汞弧閥換流時(shí)期（19541977）第1個(gè)工程：果特蘭島工程（2kV,1.5kW，1954年投運(yùn)）最后1個(gè)工程：加拿大納爾遜河期工程（450kV,1977年投運(yùn)）共有12項(xiàng)汞弧閥直流工程，其中最大輸送容量和最長(zhǎng)輸送距離工程：美國(guó)太平洋聯(lián)絡(luò)線（1440MW、13

18、62km）；最高直流電壓工程：加拿大納爾遜河I期工程（450kV）。2022/7/30401.3 HVDC的歷史與國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀汞弧閥換流的特點(diǎn)： 無(wú)論換流，發(fā)電、輸電和用電均為直流電；制造技術(shù)復(fù)雜、價(jià)格昂貴；逆弧故障率高，可靠性較低；運(yùn)行維護(hù)不便。 因此直流輸電的發(fā)展受到限制。汞弧閥 汞弧閥閥廳（Gotland 工程， 1954年）2022/7/30411.3 HVDC的歷史與國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀 二、晶閘管閥換流時(shí)期（1972至今）第1個(gè)試驗(yàn)工程：果特蘭直流擴(kuò)建工程 （50kV，10MW，1970年投運(yùn)）第1個(gè)工程：加拿大伊爾河背靠背工程 （280kV，2160MW，1972年投運(yùn)）迄今90多個(gè)晶閘

19、管閥直流工程5inch2022/7/30421.3 HVDC的歷史與國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀I(lǐng)taipu架空線路工程： 最高電壓和最大輸送容量工程：巴西伊泰普直流工程（600kV，3150MW） 最長(zhǎng)距離工程：南非英加沙巴直流工程 （500kV，560MW，1700km）2022/7/30431.3 HVDC的歷史與國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀電纜線路工程： 最大輸送容量工程：英法海峽II直流工程（2270kV，2000MW，72km）； 最高電壓及最長(zhǎng)距離工程：瑞典德國(guó)的波羅底海直流工程（450kV，600MW，250km）背靠背直流工程： 最大容量工程：俄羅斯芬蘭的維堡哥直流工程（85kV，1065MW）； 最高電壓

20、工程：印度強(qiáng)德拉普爾直流工程（205kV，1000MW）2022/7/30441.4 HVDC在我國(guó)的發(fā)展 1958，我國(guó)開始研究HVDC；1963，電力科學(xué)研究院建成國(guó)內(nèi)第一個(gè)晶閘管閥模擬裝置（5A）；1977年，從楊樹浦發(fā)電廠到九龍變電所的8.6km直流輸電試驗(yàn)工程，采用6脈動(dòng)換流器，31kV、150A，輸送容量4.65MW。目前已投運(yùn)14個(gè)直流輸電工程。2022/7/30451.4 HVDC在我國(guó)的發(fā)展工程類型數(shù)量工程名稱500kV（遠(yuǎn)距離大容量）直流架空線路工程8葛-南，天-廣，三-常，三-廣，貴-廣I、II，三-滬，德-寶800kV （遠(yuǎn)距離大容量）直流架空線路工程2云-廣，向-上跨

21、海峽的直流海底電纜工程2舟山，嵊泗背靠背直流聯(lián)網(wǎng)工程2靈寶背靠背，高嶺背靠背HVDC工程類型2022/7/30461.4 HVDC在我國(guó)的發(fā)展在建或計(jì)劃建設(shè)的超高壓直流工程 預(yù)計(jì)到2020年，我國(guó)超高壓直流輸電工程將 超過20多項(xiàng)，總?cè)萘砍^60GW。如：葛滬II 回：500kV，3000MW，975km呼盟遼寧：500kV，3000MW，908km黑河背靠背：500kV，750 MW ，聯(lián)網(wǎng)福建廣東背靠背：500kV，1500MW ，聯(lián)網(wǎng)2022/7/30471.4 HVDC在我國(guó)的發(fā)展在建或計(jì)劃建設(shè)的特高壓直流工程 預(yù)計(jì)到2020年，我國(guó)特高壓直流工程將達(dá)20多項(xiàng)：寧東-山東：660kV，

22、4000MW，1350km俄羅斯遼寧：660kV，4000MW，1400km烏東德-福建：1000kV，9000MW，2000km準(zhǔn)東-江西：1000kV，9000MW，3000km西藏浙江：1000kV，9000MW，3000km錦屏-江蘇：800kV，7200MW，2100km溪洛渡-浙江：800kV，7200MW，1688km云南-廣東IIIII回：800kV，5000MW2022/7/30481.5 直流輸電技術(shù)新發(fā)展 器件換相直流輸電（輕型直流輸電） 強(qiáng)迫換相換流器 特高壓直流輸電 光觸發(fā)晶閘管2022/7/30Thank You !Chap.1 緒論 結(jié)束 2022/7/3050第一章 主要內(nèi)容第一章 緒論 1.1 高壓直流輸電的構(gòu)成1.2 高壓直流輸電的特點(diǎn)及適用場(chǎng)合1.3 高壓直流輸電的歷史與國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀1.4 高壓直流輸電在我國(guó)的發(fā)展1.5 直流輸電技術(shù)新發(fā)展簡(jiǎn)介2022/7/3051第二章 主要內(nèi)容第二章 高壓直流輸電系統(tǒng)的主要設(shè)備 2.1 換流裝置2.2 換流變壓器2.3 平波電抗器2.4 無(wú)功補(bǔ)償裝置2.5 濾