高壓直流輸電(HVDC)課件

高壓直流輸電（HVDC）劉戰(zhàn)碩研11-03班高壓直流輸電（HVDC）高壓直流輸電1、高壓直流輸電的發(fā)展2、高壓直流輸電工程的特點(diǎn)3、高壓直流輸電工程的系統(tǒng)構(gòu)成4、柔性直流輸電5、高壓直流輸電系統(tǒng)構(gòu)成方式6、中國(guó)的高壓直流輸電工程2023年9月1日2高壓直流輸電1、高壓直流輸電的發(fā)展2023年8月2日22023年9月1日3HVDCRectifierInverterLine/CableACsystemACsystemHVDCHighVoltageDirectCurrent2023年8月2日3HVDCRectifierInverte2023年9月1日電力技術(shù)的發(fā)展是從直流電開(kāi)始的，早期的直流輸電是從直流電源送往直流負(fù)荷，不需要經(jīng)過(guò)換流，如1882年在德國(guó)建成的2kV、1.5kW、57km向慕尼黑展覽會(huì)的送電工程。采用直流輸電，必須解決換流問(wèn)題。因此，直流輸電的發(fā)展與換流技術(shù)的發(fā)展有密切的聯(lián)系。直流輸電的發(fā)展可分為以下幾個(gè)時(shí)期：一、HVDC的發(fā)展2023年8月2日電力技術(shù)的發(fā)展是從直流電開(kāi)始的，早期的直流1、汞弧閥換流時(shí)期1901年發(fā)明的汞弧整流管只能用于整流，不能逆變。1928年研制成功了具有柵極控制能力的汞弧閥，它不但可以用于整流，而且還可以進(jìn)行逆變。大功率汞弧閥的問(wèn)世是直流輸電成為現(xiàn)實(shí)。但是，汞弧閥制造技術(shù)復(fù)雜、價(jià)格昂貴、逆弧故障率高，可靠性低、運(yùn)行維護(hù)不方便，這些使得直流輸電的發(fā)展受到限制。2023年9月1日51、汞弧閥換流時(shí)期1901年發(fā)明的汞弧整流管只能用于整流，不2、晶閘管換流時(shí)期20世紀(jì)70年代以后，電力電子技術(shù)與微電子技術(shù)的發(fā)展，高壓大功率晶閘管的問(wèn)世，晶閘管換流閥和微機(jī)控制技術(shù)在直流輸電工程中的應(yīng)用，這些進(jìn)步有效地促進(jìn)了直流輸電技術(shù)的發(fā)展。晶閘管換流閥比汞弧閥有明顯的優(yōu)勢(shì)，以后所建的直流工程均采用晶閘管換流閥。2023年9月1日62、晶閘管換流時(shí)期20世紀(jì)70年代以后，電力電子技術(shù)與微電子3、新型半導(dǎo)體換流設(shè)備的應(yīng)用20世紀(jì)90年代以后，新型半導(dǎo)體器件絕緣柵雙極晶體管（IGBT）得到廣泛應(yīng)用。1997年3月，世界第一個(gè)采用IGBT組成電壓源換流器的直流輸電工業(yè)性試驗(yàn)工程在瑞典中部投入運(yùn)行。2023年9月1日73、新型半導(dǎo)體換流設(shè)備的應(yīng)用20世紀(jì)90年代以后，新型半導(dǎo)體由于IGBT單個(gè)元件的功率小，損耗大，不利于大型直流輸電工程采用，新型集成門極換流晶閘管IGCT和大功率碳化硅元件具有電壓高、通流能力強(qiáng)、損耗低、體積小、可靠性高，并且具有自關(guān)斷能力。因此，這些新型的半導(dǎo)體器件將會(huì)取代普通晶閘管，將在高壓直流輸電的發(fā)展中起到關(guān)鍵的推動(dòng)作用。2023年9月1日8由于IGBT單個(gè)元件的功率小，損耗大，不利于大型直流輸電工程2023年9月1日9HVDC技術(shù)的發(fā)展歷史汞弧整流器，50kV/200A真空管控制裝置第一個(gè)可控硅閥，50kV/200A用作監(jiān)控的顯示器懸掛式可控硅閥，150kV/914A采用微型機(jī)的控制系統(tǒng)HVDC的發(fā)展2023年8月2日9HVDC技術(shù)的發(fā)展歷史汞弧整流器，50k二、直流輸電工程的特點(diǎn)與高壓交流輸電相比較，直流輸電具有以下優(yōu)點(diǎn)：1、輸送相同功率時(shí)，線路造價(jià)低；2、線路損耗??；3、適宜于海底輸電；4、沒(méi)有系統(tǒng)穩(wěn)定問(wèn)題；5、能限制系統(tǒng)的短路電流；2023年9月1日10二、直流輸電工程的特點(diǎn)與高壓交流輸電相比較，直流輸電具有以下6、調(diào)節(jié)速度快，運(yùn)行可靠；7、實(shí)現(xiàn)交流系統(tǒng)的異步連接；8、直流輸電可方便的進(jìn)行分期建設(shè)和增容擴(kuò)建，有利于發(fā)揮投資效益。2023年9月1日116、調(diào)節(jié)速度快，運(yùn)行可靠；2023年8月2日11直流輸電工程的缺點(diǎn)與高壓交流輸電相比較，直流輸電具有以下缺點(diǎn)：1、換流站的設(shè)備較昂貴；2、換流裝置要消耗大量的無(wú)功功率；3、產(chǎn)生諧波影響；4、換流裝置幾乎沒(méi)有過(guò)載能力，對(duì)直流系統(tǒng)的運(yùn)行不利；5、缺乏高壓直流開(kāi)關(guān)；2023年9月1日12直流輸電工程的缺點(diǎn)與高壓交流輸電相比較，直流輸電具有以下缺點(diǎn)6、直流輸電利用大地或海水為回路帶來(lái)了一些技術(shù)問(wèn)題；7、直流輸電線路難于引出分支線路，絕大部分只用于端對(duì)端送電。2023年9月1日136、直流輸電利用大地或海水為回路帶來(lái)了一些技術(shù)問(wèn)題；2023直流輸電應(yīng)用的場(chǎng)合：1、遠(yuǎn)距離大功率輸電；2、海底電纜送電；3、不同頻率或同頻率非周期運(yùn)行的交流系統(tǒng)之間的聯(lián)絡(luò)；4、用地下電纜向大城市供電；5、配合新能源輸電；2023年9月1日14直流輸電應(yīng)用的場(chǎng)合：1、遠(yuǎn)距離大功率輸電；2023年8月2日2023年9月1日15高壓直流輸電系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)：等價(jià)距離2023年8月2日15高壓直流輸電系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)：等價(jià)距離2023年9月1日16高壓直流輸電系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)：等價(jià)距離直流輸電線造價(jià)低于交流輸電線路但換流站造價(jià)卻比交流變電站高得多。一般認(rèn)為架空線路超過(guò)600-800km，電纜線路超過(guò)40-60km直流輸電較交流輸電經(jīng)濟(jì)。隨著高電壓大容量可控硅及控制保護(hù)技術(shù)的發(fā)展，換流設(shè)備造價(jià)逐漸降低，等價(jià)距離縮短，使直流輸電近年來(lái)發(fā)展較快。我國(guó)葛洲壩一上海1100km。2023年8月2日16高壓直流輸電系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)：等價(jià)距離直2023年9月1日17高壓直流輸電系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)：線損2023年8月2日17高壓直流輸電系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)：線損2023年9月1日18高壓直流輸電系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)：環(huán)境2023年8月2日18高壓直流輸電系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)：環(huán)境2023年9月1日19三相電源換流站輸電電纜或者架空線換流站交流電網(wǎng)三、HVDC系統(tǒng)的組成2023年8月2日19三相電源三、HVDC系統(tǒng)的組成2023年9月1日20高壓直流輸電的主要設(shè)備是兩個(gè)換流站和直流輸電線。兩個(gè)換流站分別與兩端的交流系統(tǒng)相連接。HVDC的核心有兩個(gè)：整流與逆變HVDC系統(tǒng)的組成2023年8月2日20高壓直流輸電的主要設(shè)備是兩個(gè)換流站和直2023年9月1日21換流站的主要設(shè)備包括換流器、換流變壓器、平波電抗器、交流濾波器、直流避雷器及控制保護(hù)設(shè)備等。換流器又稱換流閥是換流站的關(guān)鍵設(shè)備，其功能是實(shí)現(xiàn)整流和逆變。目前換流器多數(shù)采用晶閘管可控硅整流管)組成三相橋式整流作為基本單元，稱為換流橋。一般由兩個(gè)或多個(gè)換流橋組成換流系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)交流變直流直流變交流的功能。HVDC系統(tǒng)的組成2023年8月2日21換流站的主要設(shè)備包括換流器、換流變壓器柔性直流輸電的技術(shù)特點(diǎn)柔性直流輸電是以全控型電力電子器件、電壓源換流器和新型調(diào)制技術(shù)為突出標(biāo)志的新一代直流輸電技術(shù)，具有無(wú)需無(wú)功補(bǔ)償和電網(wǎng)支撐換相、占地面積和環(huán)境影響小等特點(diǎn)；柔性直流輸電系統(tǒng)適用于可再生能源發(fā)電并網(wǎng)、孤島和城市供電等方面，特別是在風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)方面，柔性直流輸電系統(tǒng)的綜合優(yōu)勢(shì)最為明顯；柔性直流輸電技術(shù)在提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性，增加系統(tǒng)動(dòng)態(tài)無(wú)功支撐，改善電能質(zhì)量，解決非線性負(fù)荷、沖擊性負(fù)荷和三相不平衡等產(chǎn)生的問(wèn)題，保障敏感設(shè)備供電等方面也都具有較強(qiáng)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)；柔性直流輸電技術(shù)開(kāi)發(fā)的作用和意義柔性直流輸電是構(gòu)建智能化電網(wǎng)的重要裝備，對(duì)于堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的建設(shè)和電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)、安全、可靠運(yùn)行，有著顯著的促進(jìn)作用。四、柔性直流輸電柔性直流輸電的技術(shù)特點(diǎn)四、柔性直流輸電多端直流互聯(lián)風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)海上鉆井平臺(tái)/孤島供電電網(wǎng)互聯(lián)/電力交易太陽(yáng)能發(fā)電并網(wǎng)特大城市供電柔性直流輸電典型應(yīng)用領(lǐng)域多端直流互聯(lián)風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)海上鉆井電網(wǎng)互聯(lián)/電力交易太陽(yáng)能發(fā)電并柔性直流輸電技術(shù)是當(dāng)今世界上電力電子應(yīng)用技術(shù)的制高點(diǎn)；目前國(guó)際上還只有ABB一家公司有商業(yè)運(yùn)行的柔性直流輸電工程；國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀我國(guó)在柔性直流輸電技術(shù)研究方面的起步相對(duì)較晚，與國(guó)際先進(jìn)水平相比具有一定的差距；但由于柔性直流輸電本身具有的巨大優(yōu)勢(shì)，國(guó)內(nèi)多個(gè)科研機(jī)構(gòu)和高校都積極開(kāi)展了柔性直流輸電的相關(guān)研究工作，取得了顯著的成果。柔性直流輸電技術(shù)是當(dāng)今世界上電力電子應(yīng)用技術(shù)的制高點(diǎn)；國(guó)內(nèi)外閥基控制器機(jī)柜換流閥機(jī)柜柔性直流輸電關(guān)鍵技術(shù)研究柔性直流輸電系統(tǒng)低壓樣機(jī)原理及實(shí)物圖閥基控制器機(jī)柜換流閥機(jī)柜柔性直流輸電關(guān)鍵技術(shù)研究柔性直流輸電2011年7月25日，亞洲首項(xiàng)柔性直流輸電示范工程——上海南匯風(fēng)電場(chǎng)柔性直流輸電工程投入正式運(yùn)行。這是我國(guó)第一條擁有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、具有世界一流水平的柔性直流輸電線路，它的成功投運(yùn)標(biāo)志著我國(guó)在智能電網(wǎng)高端裝備方面取得重大突破。工程的投運(yùn)將打破ABB在柔性直流輸電工程上的獨(dú)家壟斷地位。柔性直流輸電示范工程建設(shè)示范工程換流站效果圖示范工程原理圖2011年7月25日，亞洲首項(xiàng)柔性直流輸電示范工程——上海2023年9月1日27五、HVDC系統(tǒng)構(gòu)成方式MonopolarTransmissionLineTerminalATerminalBBipolarTransmissionLineTerminalATerminalBPole1Pole2單極系統(tǒng)雙極系統(tǒng)2023年8月2日27五、HVDC系統(tǒng)構(gòu)成方式Monopol2023年9月1日28雙極系統(tǒng)：雙極運(yùn)行方式Pole1Pole2TerminalATerminalBTransmissionLine1TransmissionLine22023年8月2日28雙極系統(tǒng)：雙極運(yùn)行方式Pole1Po2023年9月1日29雙極系統(tǒng)：?jiǎn)螛O運(yùn)行、大地回路方式Pole1Pole2TerminalATerminalBTransmissionLine1TransmissionLine22023年8月2日29雙極系統(tǒng)：?jiǎn)螛O運(yùn)行、大地回路方式Pol2023年9月1日30雙極系統(tǒng)：?jiǎn)螛O運(yùn)行、金屬回路方式Pole1Pole2TerminalATerminalBTransmissionLine1TransmissionLine22023年8月2日30雙極系統(tǒng)：?jiǎn)螛O運(yùn)行、金屬回路方式Pol2023年9月1日31雙極系統(tǒng)：?jiǎn)螛O雙線并聯(lián)運(yùn)行、大地回路方式Pole1Pole2TerminalATerminalBTransmissionLine1TransmissionLine22023年8月2日31雙極系統(tǒng)：?jiǎn)螛O雙線并聯(lián)運(yùn)行、大地回路方2023年9月1日32雙極系統(tǒng)：?jiǎn)螛O開(kāi)路試驗(yàn)方式Pole1Pole2TerminalATerminalBTransmissionLine1TransmissionLine22023年8月2日32雙極系統(tǒng)：?jiǎn)螛O開(kāi)路試驗(yàn)方式Pole12023年9月1日33國(guó)內(nèi)已建成的HVDC線路

寧波－舟山群島（100kV，50MW，1988年投運(yùn)）上海－嵊泗群島（

±50KV，60MW，2002年投運(yùn)）葛洲壩－上海（

500kV，1200MW，1989年投運(yùn)）天生橋－廣州（

500kV，1800MW，2001年雙極投運(yùn)）三峽左岸－常州（

500kV，3000MW，2003年投運(yùn)）三峽－廣東（

500kV，3000MW，2004年投運(yùn)）貴州－廣東（

500kV，3000MW，2004年投運(yùn)）靈寶背靠背（西北－華中聯(lián)網(wǎng)工程，2005年投運(yùn)）六、我國(guó)的HVDC工程2023年8月2日33國(guó)內(nèi)已建成的HVDC線路寧波－舟山群2023年9月1日34國(guó)內(nèi)部分在建及規(guī)劃的HVDC線路

三峽－上海（

500kV，3000MW，預(yù)計(jì)2007年投運(yùn)）貴州－廣東二回（

500kV，3000MW，預(yù)計(jì)2007年投運(yùn)）

金沙江向家壩、溪洛渡外送工程（更高電壓等級(jí)？）

瀾滄江水電外送工程

……三、我國(guó)的HVDC工程2023年8月2日34國(guó)內(nèi)部分在建及規(guī)劃的HVDC線路三峽東北電網(wǎng)西藏電網(wǎng)西北電網(wǎng)南方電網(wǎng)±500kV1200MW1989葛洲壩至上?！?00kV3000MW

2004三峽至廣東華東電網(wǎng)120kV360MW2005靈寶BTB華北電網(wǎng)華中電網(wǎng)±500kV3000MW2003三峽至常州±500kV3000MW2006三峽至上?！?00kV,1800MW,2001天生橋至廣東±500kV,2×3000MW

2007貴陽(yáng)至廣東LongdistanceBTB±150kV2*750MW2008高齡BTB167kV750MW2009靈寶IIBTB我國(guó)正在運(yùn)行的高壓直流輸電工程?hào)|北電網(wǎng)西藏電網(wǎng)西北電網(wǎng)南方電網(wǎng)±500kV±500kV±500kV3000MW2009呼倫貝爾至遼寧±125kV750MW2009黑河BTB±800kV6400MW2010向家壩至上?！?00kV3000MW2009德陽(yáng)至寶雞Longdistance