柔性高壓直流輸電

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3、高壓直流輸電工程的系統(tǒng)構成4、柔性直流輸電5、高壓直流輸電系統(tǒng)構成方式6、中國的高壓直流輸電工程2023年12月20日22023年12月20日3HVDCRectifierInverterLine/CableACsystemACsystemHVDCHighVoltageDirectCurrent高壓直流輸電1.適用于大系統(tǒng)互聯(lián)，兩端交流系統(tǒng)無需同步運行，無需同頻率，不存在穩(wěn)定問題

2.直流線路造價低

3.能量損耗小

4.控制快速簡便1.換流站造價高

2.換流產(chǎn)生諧波，惡化電能質(zhì)量干擾通信，需要濾波

3.電流沒有過零點，熄弧困難，HVDC斷路器研制困難背靠背直流輸電系統(tǒng)（backtobackDCtransmissionsystem）是輸電線路長度為零的直流輸電系統(tǒng)。這種類型的直流輸電主要用于兩個非同步運行（不同頻率或相同頻率但非同步）的交流電力系統(tǒng)之間的聯(lián)網(wǎng)或送電，也稱為非同步聯(lián)絡站。

2023年12月20日電力技術的發(fā)展是從直流電開始的，早期的直流輸電是從直流電源送往直流負荷，不需要經(jīng)過換流，如1882年在德國建成的2kV、1.5kW、57km向慕尼黑展覽會的送電工程。采用直流輸電，必須解決換流問題。因此，直流輸電的發(fā)展與換流技術的發(fā)展有密切的聯(lián)系。直流輸電的發(fā)展可分為以下幾個時期：2023年12月20日一、HVDC的發(fā)展1、汞弧閥換流時期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，而且還可以進行逆變。大功率汞弧閥的問世是直流輸電成為現(xiàn)實。但是，汞弧閥制造技術復雜、價格昂貴、逆弧故障率高，可靠性低、運行維護不方便，這些使得直流輸電的發(fā)展受到限制。2023年12月20日72、晶閘管換流時期20世紀70年代以后，電力電子技術與微電子技術的發(fā)展，高壓大功率晶閘管的問世，晶閘管換流閥和微機控制技術在直流輸電工程中的應用，這些進步有效地促進了直流輸電技術的發(fā)展。晶閘管換流閥比汞弧閥有明顯的優(yōu)勢，以后所建的直流工程均采用晶閘管換流閥。2023年12月20日83、新型半導體換流設備的應用20世紀90年代以后，新型半導體器件絕緣柵雙極晶體管（IGBT）得到廣泛應用。1997年3月，世界第一個采用IGBT組成電壓源換流器的直流輸電工業(yè)性試驗工程在瑞典中部投入運行。2023年12月20日9由于IGBT單個元件的功率小，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、損耗低、體積小、可靠性高，并且具有自關斷能力。因此，這些新型的半導體器件將會取代普通晶閘管，將在高壓直流輸電的發(fā)展中起到關鍵的推動作用。2023年12月20日102023年12月20日11HVDC技術的發(fā)展歷史汞弧整流器，50kV/200A真空管控制裝置第一個可控硅閥，50kV/200A用作監(jiān)控的顯示器懸掛式可控硅閥，150kV/914A采用微型機的控制系統(tǒng)HVDC的發(fā)展二、直流輸電工程的特點與高壓交流輸電相比較，直流輸電具有以下優(yōu)點：1、輸送相同功率時，線路造價低；2、線路損耗小；3、適宜于海底輸電；4、沒有系統(tǒng)穩(wěn)定問題；5、能限制系統(tǒng)的短路電流；2023年12月20日126、調(diào)節(jié)速度快，運行可靠；7、實現(xiàn)交流系統(tǒng)的異步連接；8、直流輸電可方便的進行分期建設和增容擴建，有利于發(fā)揮投資效益。2023年12月20日13直流輸電工程的缺點與高壓交流輸電相比較，直流輸電具有以下缺點：1、換流站的設備較昂貴；2、換流裝置要消耗大量的無功功率；3、產(chǎn)生諧波影響；4、換流裝置幾乎沒有過載能力，對直流系統(tǒng)的運行不利；5、缺乏高壓直流開關；2023年12月20日146、直流輸電利用大地或海水為回路帶來了一些技術問題；7、直流輸電線路難于引出分支線路，絕大部分只用于端對端送電。2023年12月20日15直流輸電應用的場合：1、遠距離大功率輸電；2、海底電纜送電；3、不同頻率或同頻率非周期運行的交流系統(tǒng)之間的聯(lián)絡；4、用地下電纜向大城市供電；5、配合新能源輸電；2023年12月20日162023年12月20日17高壓直流輸電系統(tǒng)的經(jīng)濟優(yōu)勢：等價距離高壓直流輸電系統(tǒng)的經(jīng)濟優(yōu)勢：等價距離直流輸電線造價低于交流輸電線路但換流站造價卻比交流變電站高得多。一般認為架空線路超過600-800km，電纜線路超過40-60km直流輸電較交流輸電經(jīng)濟。隨著高電壓大容量可控硅及控制保護技術的發(fā)展，換流設備造價逐漸降低，等價距離縮短，使直流輸電近年來發(fā)展較快。我國葛洲壩一上海1100km。2023年12月20日182023年12月20日19高壓直流輸電系統(tǒng)的經(jīng)濟優(yōu)勢：線損2023年12月20日20高壓直流輸電系統(tǒng)的經(jīng)濟優(yōu)勢：環(huán)境三相電源換流站輸電電纜或者架空線換流站交流電網(wǎng)2023年12月20日21三、HVDC系統(tǒng)的組成高壓直流輸電的主要設備是兩個換流站和直流輸電線。兩個換流站分別與兩端的交流系統(tǒng)相連接。HVDC的核心有兩個：整流與逆變2023年12月20日22HVDC系統(tǒng)的組成換流站的主要設備包括換流器、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設備等。換流器又稱換流閥是換流站的關鍵設備，其功能是實現(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。一般由兩個或多個換流橋組成換流系統(tǒng)，實現(xiàn)交流變直流直流變交流的功能。2023年12月20日23HVDC系統(tǒng)的組成四、柔性直流輸電VSCHVDC，即電壓源型直流輸電，與傳統(tǒng)的直流輸電相比，濾波器要求更低，使用串聯(lián)電抗器而不是換流變壓器，并且可以連接到無源網(wǎng)絡。目前VSCHVDC在不同文獻中的稱謂也不一樣，如CIGREIEEE稱其為“基于電壓源換流器的高壓直流輸電”，ABB公司稱其為“輕型直流輸電”，即HVDCLight，西門子稱其為“新型直流輸電”，即HVDCplus，而國內(nèi)專家多稱其為“柔性直流輸電”，即HVDCFlexible柔性直流輸電的技術特點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)制技術為突出標志的新一代直流輸電技術，具有無需無功補償和電網(wǎng)支撐換相、占地面積和環(huán)境影響小等特點；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，特別是在風力發(fā)電并網(wǎng)方面，柔性直流輸電系統(tǒng)的綜合優(yōu)勢最為明顯；柔性直流輸電技術在提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性，增加系統(tǒng)動態(tài)無功支撐，改善電能質(zhì)量，解決非線性負荷、沖擊性負荷和三相不平衡等產(chǎn)生的問題，保障敏感設備供電等方面也都具有較強的技術優(yōu)勢；柔性直流輸電技術開發(fā)的作用和意義柔性直流輸電是構建智能化電網(wǎng)的重要裝備，對于堅強智能電網(wǎng)的建設和電網(wǎng)的經(jīng)濟、安全、可靠運行，有著顯著的促進作用。四、柔性直流輸電多端直流互聯(lián)風電場并網(wǎng)海上鉆井平臺/孤島供電電網(wǎng)互聯(lián)/電力交易太陽能發(fā)電并網(wǎng)特大城市供電柔性直流輸電典型應用領域柔性直流輸電技術是當今世界上電力電子應用技術的制高點；目前國際上還只有ABB一家公司有商業(yè)運行的柔性直流輸電工程；國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀我國在柔性直流輸電技術研究方面的起步相對較晚，與國際先進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，國內(nèi)多個科研機構和高校都積極開展了柔性直流輸電的相關研究工作，取得了顯著的成果。閥基控制器機柜換流閥機柜柔性直流輸電關鍵技術研究柔性直流輸電系統(tǒng)低壓樣機原理及實物圖2011年7月25日，亞洲首項柔性直流輸電示范工程——上海南匯風電場柔性直流輸電工程投入正式運行。這是我國第一條擁有完全自主知識產(chǎn)權、具有世界一流水平的柔性直流輸電線路，它的成功投運標志著我國在智能電網(wǎng)高端裝備方面取得重大突破。工程的投運將打破ABB在柔性直流輸電工程上的獨家壟斷地位。柔性直流輸電示范工程建設示范工程換流站效果圖示范工程原理圖2023年12月20日30五、HVDC系統(tǒng)構成方式MonopolarTransmissionLineTerminalATerminalBBipolarTransmissionLineTerminalATerminalBPole1Pole2單極系統(tǒng)雙極系統(tǒng)2023年12月20日31雙極系統(tǒng)：雙極運行方式Pole1Pole2TerminalATerminalBTransmissionLine1TransmissionLine22023年12月20日32雙極系統(tǒng)：單極運行、大地回路方式Pole1Pole2TerminalATerminalBTransmissionLine1TransmissionLine22023年12月20日33雙極系統(tǒng)：單極運行、金屬回路方式Pole1Pole2TerminalATerminalBTransmissionLine1TransmissionLine22023年12月20日34雙極系統(tǒng)：單極雙線并聯(lián)運行、大地回路方式Pole1Pole2TerminalATerminalBTransmissionLine1TransmissionLine22023年12月20日35雙極系統(tǒng)：單極開路試驗方式Pole1Pole2TerminalATerminalBTransmissionLine1TransmissionLine22023年12月20日36國內(nèi)已建成的HVDC線路

寧波－舟山群島（100kV，50MW，1988年投運）上海－嵊泗群島（

±50KV，60MW，2002年投運）葛洲壩－上海（

500kV，1200MW，1989年投運）天生橋－廣州（

500kV，1800MW，2001年雙極投運）三峽左岸－常州（

500kV，3000MW，2003年投運）三峽－廣東（

500kV，3000MW，2004年投運）貴州－廣東（

500kV，3000MW，2004年投運）靈寶背靠背（西北－華中聯(lián)網(wǎng)工程，2005年投運）六、我國的HVDC工程2023年12月20日37國內(nèi)部分在建及規(guī)劃的HVDC線路

三峽－上海（

500kV，3000MW，預計2007年投運）貴州－廣東二回（

500kV，3000MW，預計2007年投運）

金沙江向家壩、溪洛渡外送工程（更高電壓等級？）

瀾滄江水電外送工程

……三、我國的HVDC工程東北電網(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貴陽至廣東LongdistanceBTB±150kV2*750MW2008高齡BTB167kV750MW2009靈寶IIBTB我國正在運行的高壓直流輸電工程±500kV3000MW2009呼倫貝爾至遼寧±125kV750MW2009黑河BTB±800kV6400M