高壓直流輸電技術(shù)介紹

新型輸電技術(shù)重慶大學(xué)電氣工程學(xué)院電力系統(tǒng)及其自動化系周念成緒論電力網(wǎng)絡(luò)是當(dāng)今世界覆蓋面最廣、涉及面最大、技術(shù)先進和裝備復(fù)雜的人造系統(tǒng)，所具備的特點是：①同時性②同步性③隨機性1)多相輸電在1972年由美國學(xué)者提出。在輸電過程中采用三相輸電的整倍數(shù)相，如6、9、12相輸電以大幅度地提高輸送功率極限2)緊湊型輸電在1980年代由前蘇聯(lián)學(xué)者提出。它從優(yōu)化輸電線和桿塔結(jié)構(gòu)著手，通過增加分裂導(dǎo)線的根數(shù)，優(yōu)化導(dǎo)線排列，盡力使輸電線附近的電場均勻，從而減小線路的線間距離，提高線路的自然功率。3)超導(dǎo)輸電是超導(dǎo)技術(shù)在電力工業(yè)中的應(yīng)用，目前在國際上已能制造小容量的超導(dǎo)發(fā)電機、超導(dǎo)變壓器和超導(dǎo)電纜，但是距離工業(yè)應(yīng)用還有一段距離。4)無線輸電現(xiàn)代主要研究和有希望在未來實理工業(yè)化應(yīng)用的無線輸電方式包括微波輸電、激光輸電和真空管道輸電。新型輸電技術(shù)的主要內(nèi)容高壓直流輸電HighVoltageDirectCurrent,HVDC靈活交流輸電(柔性輸電)FlexibleACTransmissionSystem,FACTS都是電力電子技術(shù)介入電能輸送的技術(shù)緒論在發(fā)電和變壓上，交流有明顯的優(yōu)越性，但是在輸電問題上，直流有其交流所沒有的優(yōu)點。和交流輸電相比，直流輸電有三個主要優(yōu)點：1)當(dāng)輸電距離足夠長時，直流輸電的經(jīng)濟性將優(yōu)于交流輸電2)直流輸電通過對換流器的控制可以快速地（時間為毫秒級）調(diào)整直流線路上的功率，從而提高交流系統(tǒng)的穩(wěn)定性3)可以聯(lián)接兩個不同步或頻率不同的交流系統(tǒng)緒論靈活交流輸電（柔性輸電）是利用大功率電力電子元器件構(gòu)成的裝置來控制或調(diào)節(jié)交流電力系統(tǒng)的運行參數(shù)和／或網(wǎng)絡(luò)參數(shù)從而優(yōu)化電力系統(tǒng)的運行狀態(tài)，提高電力系統(tǒng)的輸電能力的技術(shù)。其概念最初由美國學(xué)者亨高羅尼（N.G.Higorani）提出，約形成于20世紀80年代末。緒論產(chǎn)生和應(yīng)用靈活交流輸電技術(shù)的主要背景：１）挖掘已有輸電網(wǎng)絡(luò)的潛力的需要２）電力系統(tǒng)運營機制的市場化需要條件：１）大功率電力電子元器件的制造技術(shù)日益發(fā)展，價格日趨低廉－－經(jīng)濟上２）計算技術(shù)和控制技術(shù)方面的快速發(fā)展和計算機的廣泛應(yīng)用－－技術(shù)上緒論研究意義：高壓直流輸電和靈活交流輸電的基本特點都是控制十分迅速，因而當(dāng)系統(tǒng)中含有HVDC線路和／或FACTS裝置時，電力系統(tǒng)的暫態(tài)和動態(tài)調(diào)控手段都大大加強。研究HVDC和FACTS的原理和在各種運行工況下的分析方法、控制技術(shù)及含有HVDC和FACTS的電力系統(tǒng)的潮流計算方法及控制策略等成為電力科學(xué)研究的一個重要領(lǐng)城。緒論本課程講述的主要內(nèi)容：１、高壓直流輸電的基本概念２、換流電路的工作原理，換流站及其主設(shè)備３、高壓直流輸電線路４、諧波與濾波器５、高壓直流輸電系統(tǒng)的控制６、靈活交流輸電技術(shù)及其應(yīng)用第一章

高壓直流輸電的基本概念1.1直流輸電的基本原理1.2直流輸電系統(tǒng)的分類1.3高壓直流輸電的發(fā)展歷史1.4直流輸電的優(yōu)缺點1.5交流輸電與直流輸電比較的等價距離1.6直流輸電的發(fā)展前景1.1直流輸電的基本原理HVDC系統(tǒng)的主要元件如圖所示，以雙極系統(tǒng)為例，其它結(jié)構(gòu)的元件與該圖所示基本類同。直流輸電的基本原理直流輸電的基本原理１）換流器它們完成交－直流和直一交流轉(zhuǎn)換，由閥橋和有抽頭切換器的變壓器構(gòu)成。直流輸電的基本原理２）直流平波電抗器這些大電抗器具有高達1H的電感，在每個換流站與每極串聯(lián)。直流輸電的基本原理３）諧波濾波器換流器在交流和直流兩側(cè)均產(chǎn)生諧波電壓和諧波電流。直流輸電的基本原理４）無功功率支持換流器內(nèi)部要吸收無功功率，穩(wěn)態(tài)條件下，所消耗的無功功率是傳輸功率的50％左右。直流輸電的基本原理５）接地極直流輸電的基本原理６）直流輸電線可以是架空線，也可以是電纜。除了導(dǎo)體數(shù)和間距的要求有差異外，直流線路與交流線路十分相似。直流輸電的基本原理７）交流斷路器為了排除變壓器故障和使直流聯(lián)絡(luò)線停運，在交流側(cè)裝有斷路器，它們不是用來排除直流故障的，因為直流故障可以通過換流器的控制更快地清除。直流輸電的基本原理直流系統(tǒng)的電流和功率1.2直流輸電系統(tǒng)的分類由于目前各種類型的直流斷路器都還處于研制階段，致使直流輸電系統(tǒng)還不能像交流系統(tǒng)一樣構(gòu)成各種復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)，所以目前直流輸電大多是兩端供電系統(tǒng)。該系統(tǒng)常見的接線類型有：直流輸電系統(tǒng)的分類１）單極線路方式是用一根架空導(dǎo)線或電纜線，以大地或海水作為返回線路組成的直流輸電系統(tǒng)直流輸電系統(tǒng)的分類2)雙極線路方式雙極線路方式有兩根不同極性（即正、負極）的導(dǎo)線，可具有大地回路或中性線回路。Ａ雙極兩線中性點兩端接地方式Ｂ雙極兩線中性點單端接地方式直流輸電系統(tǒng)的分類Ｃ雙極中性線方式將雙極兩端的中性點用導(dǎo)線連接起來，就構(gòu)成雙極中性線方式。這種方式由于增加了一根導(dǎo)線．在經(jīng)濟上將增加一定的投資直流輸電系統(tǒng)的分類D“背靠背”(back-to-back）換流方式?jīng)]有直流輸電線路，而將整流站和逆變站建在一起的直流系統(tǒng)稱為“背靠背”換流站。這種方式適用于不同額定頻率或者相同額定頻率非同步運行的交流系統(tǒng)之間的互聯(lián)。因為沒有直流輸電線路，所以直流系統(tǒng)可選用較低的額定電壓。這樣，整個直流系統(tǒng)的絕緣費用可降低。目前世界各國已修建和準備投建的“背靠背”直流工程較多，其主要用途是系統(tǒng)的增容時限制短路容量，從而不致更換大量的電氣設(shè)備。1.3高壓直流輸電的發(fā)展歷史一、國外的發(fā)展概況1954年瑞典大陸－－－哥特蘭島，９０ｋＭ水下電纜，２０ＭＷ汞弧閥、晶閘管（可控硅）高壓直流輸電的發(fā)展歷史１、１９５４年以前－－試驗性階段１）參數(shù)較低幾十千伏、幾兆瓦－－幾十兆瓦、幾十千米－－一百多千米２）換流裝置采用汞弧閥３）發(fā)展較慢

高壓直流輸電的發(fā)展歷史這一階段的代表性工程有：１）德國的愛爾巴－－柏林工程（1945年）其主要參數(shù)為：電壓士220kV，輸送容量6OMW，輸送距離115km（電纜），采用汞弧閥。２）瑞典的脫羅里赫坦－－密里路特工程（1945年）其主要參數(shù)為：電壓士45kV，輸送容過６.５MW．架空線路長度５０km，采用汞弧閥。高壓直流輸電的發(fā)展歷史３）原蘇聯(lián)的卡希拉－－莫斯科工程（1950年）其主要參數(shù)為：電壓士２００kV、輸送容量30MＷ、輸送距離１１２kｍ（電纜），采用汞弧閥（現(xiàn)已改為晶閘管閥）。

高壓直流輸電的發(fā)展歷史2、1954年至1972年－－發(fā)展階段1)換流裝置仍采用汞弧閥，不僅參數(shù)有很大的提高，而且質(zhì)量也有很大的改善,直流輸電進入了工業(yè)實用階段2)采用直流輸電具有多方面的目的:水下輸電不同頻率連接遠距離，大功率（1970年美國的太平洋聯(lián)絡(luò)線工程，其架空線路長度達1362km、電壓為士４００kV，輸送容雖為1440MW）

高壓直流輸電的發(fā)展歷史３、1972年到現(xiàn)在－－大力發(fā)展階段1972年，加拿大的伊爾河直流輸電工程首次采用晶閘管閥（可控硅閥）。１）新建設(shè)的直流工程幾乎全部采用晶閘管２）直流輸電工程幾乎全是超高壓工程３）單回線路的輸電能力比前階段有了很大增加４）發(fā)展速度很快，且規(guī)模越來越大高壓直流輸電的發(fā)展歷史二、我國高壓直流輸電的發(fā)展情況１、實驗裝置建設(shè)及換流設(shè)備研制中國的直流輸電是在1958年考慮長江三峽水利資源的開發(fā)以及三峽電站的電力外送問題時提出的。1963年在中國電力科學(xué)研究院建成１０００V、５A(chǔ)的直流輸電物理模擬裝置。20世紀70年代以后，對該套裝置進行了技術(shù)更新和改造，用晶閘管替換了原來的閘流管并采用了數(shù)字式的控制保護系統(tǒng)。高壓直流輸電的發(fā)展歷史８０年代，葛－－南大型直流輸電工程的技術(shù)引進．從瑞士ＢＢＣ公司引進了一套先進的大型直流輸電模擬裝置90年代，在該套裝置上又增加了全數(shù)字化的直流輸電仿真系統(tǒng)（ＲＴＤＳ），并且與暫態(tài)網(wǎng)絡(luò)分析裝置（ＴＮＡ）相連，從而具備了進行更大規(guī)模試驗研究工作的能力。高壓直流輸電的發(fā)展歷史２、直流輸電工程建設(shè)20世紀80年代，中國開始建設(shè)直流輸電工程，到2005年已有８項直流輸電工程投入運行。高壓直流輸電的發(fā)展歷史1）舟山直流輸電工程１９８０年國家確定全部依靠自己的力量建設(shè)中國第一項直流輸電工程，它既解決了浙江大陸向舟山本島的輸電問題，又具有向建設(shè)大型直流輸電工程過渡的工業(yè)性試驗性質(zhì)。工程的第一期為單極金屬回線方式，-100kV,500A,50MW。第一期工程于1984年開始施工，1987年進行調(diào)試并投入試運行，1989年正式投人商業(yè)運行。工程的最終規(guī)模為雙極±100kV,500A,100MW，線路全長54km。高壓直流輸電的發(fā)展歷史高壓直流輸電的發(fā)展歷史2、葛洲壩一南橋直流輸電工程（簡稱葛一南直流工程）1982年開始對葛洲壩水電站向華東送電進行可行性研究，由于直流輸電在遠距離輸電和聯(lián)網(wǎng)方面的優(yōu)點，最終選擇了直流輸電方案。該工程既解決了葛洲壩電站向華東上海地區(qū)的送電問題，又實現(xiàn)了華中與華東兩大電網(wǎng)的非同期聯(lián)網(wǎng)，它具有輸電和聯(lián)網(wǎng)的雙重性質(zhì)。高壓直流輸電的發(fā)展歷史葛－－南直流工程為雙極±５００kV、１200A、1200MW，輸送距離約１０４５ｋＭ。1985年10月開工，1989年9月極１投入運行，1990年8月全部工程建成，并投人商業(yè)運行。原瑞士BBC公司和德國西門子公司