第10章23節(jié)直流輸電FACTS(10-2)

21世紀(jì)輸電技術(shù)發(fā)展

特高壓交流輸電技術(shù)

高壓直流輸電技術(shù)

大截面導(dǎo)線制造技術(shù)

緊奏型輸電技術(shù)

輕型直流輸電技術(shù)

柔性化輸電技術(shù)

第二節(jié)

高壓直流輸電一、直流輸電的接線方式換流變壓器換流變壓器整流器逆變器交流電力系統(tǒng)I交流電力系統(tǒng)II逆變站整流站直流線路直流輸電系統(tǒng)

單極直流輸電

單極兩線直流輸電

雙極直流輸電接線方式：1.單極直流輸電特點(diǎn):

結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)

地電流對(duì)地下埋設(shè)設(shè)備的金屬物腐蝕嚴(yán)重

對(duì)交流系統(tǒng)的影響極：換流站與直流線路的連接端點(diǎn)陽極(鐵)陰極不腐蝕陰極2.單極兩線直流輸電

無大地回流3.雙極直流輸電一、直流輸電系統(tǒng)換流站把三相交流電變換成直流電的換流站逆變站把直流線路送來的直流電變換成交流電的換流站整流站第二節(jié)

高壓直流輸電國家電網(wǎng)公司四川-上海±800kV特高壓直流輸電示范工程額定輸送容量為6400MW

(7200MW)葛洲壩－上海直流輸電工程是中國第一條±500KV超高壓直流輸電工程，輸送功率為1200MW±500KV超高壓直流輸電3000MW表2

國網(wǎng)“十二五”特高壓直流線路規(guī)劃注：特高壓直流輸電相比交流在遠(yuǎn)距離輸電上更具技術(shù)與經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)較低，目前爭(zhēng)議較少。1.換流站的組成

換流變壓器

換流器

平波電抗器二、換流站的工作原理可控硅導(dǎo)通條件1.閥承受正向電壓2.控制極得到觸發(fā)脈沖信號(hào)1.閥承受反向電壓2.電流過零可控硅導(dǎo)通后關(guān)斷條件假設(shè)1）三相電源對(duì)稱2）平波電抗很大,負(fù)載電流Id無紋波在直流線路內(nèi)減小諧波電壓和電流

防止逆變器的換相失敗防止輕載時(shí)的電流不連續(xù)

在直流線路上短路時(shí)，限制整流器的峰值電流3）可控硅閥K1~K6為理想狀態(tài)

Ls=0導(dǎo)通時(shí)壓降為零關(guān)斷后阻抗為無窮大假設(shè)1）三相電源對(duì)稱2）平波電抗很大,負(fù)載電流Id無紋波換流器的原理接線圖三相橋式整流電路（1）整流工作狀態(tài)控制角：可控硅承受正向電壓起到加觸發(fā)脈沖使其道通的瞬間所對(duì)應(yīng)的電角度換相：從一個(gè)可控硅導(dǎo)通變換為另一個(gè)可控硅導(dǎo)通的過程K6K1導(dǎo)通—K6斷開—K2開通—K1K2導(dǎo)通

過程演示六組輪流導(dǎo)通K6、K1（Uab)K1、K2（Uac)K3、K4（Uba)K4、K5（Uca)

每組可控硅導(dǎo)通時(shí)間電角度

每一可控硅導(dǎo)通時(shí)間為電角度

六脈動(dòng)整流電路直流輸出電壓平均值

Edr直流輸出電壓隨控制角的增加而減少直流輸出電壓為零整流狀態(tài)控制角的變化范圍：0~90°Ls>0

換相角：從開始觸發(fā)換相到完全換相所經(jīng)過的電角度換相壓降整流電壓、電流波形圖

無功諧波逆變失敗（2）逆變工作狀態(tài)(90°<α<180°)Vd<0,Id>0,直流側(cè)吸收負(fù)的功率

特點(diǎn)

只輸送有功功率，不輸送無功功率

換流閥在運(yùn)行時(shí)，它對(duì)交流、直流系統(tǒng)兩側(cè)都將產(chǎn)生諧波在換流站兩側(cè)均必須采用濾除諧波的措施∴直流輸電系統(tǒng)的原理接線圖（雙極）換流器換流閥閥閥臂一、換流站的工作原理交流電力系統(tǒng)I交流電力系統(tǒng)II直流輸電線路換流站1換流站21-換流變壓器6—直流濾波器2-換流器7—控制保護(hù)系統(tǒng)3-平波電抗器8—接地極線路4-交流濾波器9—接地極5-靜電電容器10—遠(yuǎn)動(dòng)通信系統(tǒng)112233445566778899103惠州鵝城換流站

建于博羅響水的惠州鵝城換流站，是國家電網(wǎng)專為廣東輸送三峽電建設(shè)的巨大工程，是三峽送電廣東的惟一通道，也是全國聯(lián)網(wǎng)和西電東送的重要組成部分。該換流站是目前全國最大的長(zhǎng)途輸變電換流站，總?cè)萘窟_(dá)300萬千瓦。3.兩端直流輸電系統(tǒng)的構(gòu)成原理圖換流站全貌

兩端直流輸電系統(tǒng)的構(gòu)成原理圖換流站內(nèi)晶閘管閥廳換流站內(nèi)晶閘管閥廳高壓直流輸電技術(shù)換流站閥廳外的換流變壓器換流站外場(chǎng)地上的直流濾波電容組二、直流輸電的優(yōu)缺點(diǎn)及適用場(chǎng)合一、高壓直流輸電與高壓交流輸電的比較（一）經(jīng)濟(jì)上線路兩端設(shè)備（二）技術(shù)上接線方式電容電流可靠性和靈活性穩(wěn)定性潮流的調(diào)節(jié)短路電流聯(lián)絡(luò)線二、高壓直流輸電與高壓交流輸電的比較線路兩端設(shè)備架空線路>500km，電纜線路>50km時(shí)采用直流輸電具有更高的經(jīng)濟(jì)性

經(jīng)濟(jì)技術(shù)第二節(jié)

高壓直流輸電三相交流輸送功率:（架空線路）

雙極直流導(dǎo)體允許通過的交流電流有效值當(dāng)時(shí)直流對(duì)地電壓導(dǎo)體允許通過的電流功率損耗:輸送功率相同時(shí),直流功率損耗為交流輸電功率損耗的倍

雙極直流三相交流結(jié)論1.當(dāng)輸送功率相同時(shí),其線路造價(jià)低（建設(shè)費(fèi)用）線路：2根架空線路桿塔結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單線路走廊較窄2.當(dāng)輸送功率相同時(shí),其功率損耗?。ㄟ\(yùn)行費(fèi)用）兩端設(shè)備換流器濾波器無功補(bǔ)償設(shè)備直流斷路器換流站造價(jià)高交直流等價(jià)輸電距離10.3高壓直流輸電（一）經(jīng)濟(jì)上（二）技術(shù)上接線方式

電容電流可靠性和靈活性穩(wěn)定性潮流的調(diào)節(jié)短路電流聯(lián)絡(luò)線二、高壓直流輸電與高壓交流輸電的比較二、高壓直流輸電與高壓交流輸電的比較

技術(shù)比較：2.線路電容電流直流線路在正常運(yùn)行時(shí)紋波很小，即交流成分很少，所以基本上沒有電容電流，沿線電壓平穩(wěn)。交流系統(tǒng)中當(dāng)線路輕載或空載時(shí)，會(huì)有電容效應(yīng)，沿線電壓分布不均勻。二、高壓直流輸電與高壓交流輸電的比較

技術(shù)比較：3.可靠性和靈活性

三相交流輸電線路任何一相發(fā)生故障時(shí)，不能以非全相持續(xù)運(yùn)行。而直流輸電系統(tǒng)中，一個(gè)極發(fā)生故障，可利用另一個(gè)健全極和大地繼續(xù)供電。另外，由于直流線路的導(dǎo)線少，架空線路的絕緣子數(shù)量也更少，發(fā)生故障的幾率也減少。

因此直流輸電具有優(yōu)良的可靠性和靈活性。二、高壓直流輸電與高壓交流輸電的比較

技術(shù)比較：5.潮流調(diào)節(jié)

交流輸電系統(tǒng)的潮流調(diào)節(jié)是通過調(diào)節(jié)功率角的大小來實(shí)現(xiàn)的，實(shí)際上是調(diào)節(jié)輸入到發(fā)電機(jī)的機(jī)械功率，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子據(jù)有慣性，所以交流輸電中潮流調(diào)節(jié)較慢。

直流輸電系統(tǒng)中輸送的功率由兩端的直流電壓決定，直接改變換流器的觸發(fā)相角就可以實(shí)現(xiàn)功率調(diào)節(jié)迅速。二、高壓直流輸電與高壓交流輸電的比較

技術(shù)比較：4.運(yùn)行穩(wěn)定性

如果交流輸電線路輸送的功率接近穩(wěn)定極限時(shí)，在受到擾動(dòng)后發(fā)電機(jī)之間可能失去同步。

最大輸送功率與輸電距離近似成反比，所以系統(tǒng)穩(wěn)定性是限制交流遠(yuǎn)距離輸電的一個(gè)重要因素。

直流輸電系統(tǒng)不要求兩端的交流系統(tǒng)同步運(yùn)行。因此直流輸電的輸送距離和容量不受穩(wěn)定性限制。

優(yōu)點(diǎn)1.當(dāng)輸送功率相同時(shí),其線路造價(jià)低3.兩端交流電力系統(tǒng)不需要同步運(yùn)行,輸電距離不受電力系統(tǒng)同步運(yùn)行穩(wěn)定性的限制4.直流線路的電壓、電流、功率的調(diào)節(jié)比較容易和迅速2.當(dāng)輸送功率相同時(shí),其功率損耗小二、直流輸電的優(yōu)缺點(diǎn)及適用場(chǎng)合

優(yōu)點(diǎn)5.可以實(shí)現(xiàn)不同頻率或相同頻率交流系統(tǒng)之間的非同步聯(lián)系6.直流輸電線路在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)沒有電容電流

沿線電壓分布平穩(wěn)線路電壓降較小(僅電阻性壓降)線路部分不需要無功補(bǔ)償裝置７.每個(gè)極可以作為一個(gè)獨(dú)立回路運(yùn)行，便于檢修，分期投資和建設(shè)諧波消耗無功換流站造價(jià)高高壓直流斷路器大地回流造成的腐蝕及對(duì)交流系統(tǒng)的影響閉鎖

缺點(diǎn)直流輸電的主要用途1.遠(yuǎn)距離大功率輸電2.海底電纜送電3.不同頻率或相同額定頻率非同步運(yùn)行的交流系統(tǒng)之間的聯(lián)絡(luò)4.用地下電纜向用電密度高的城市供電特高壓輸電的優(yōu)越性提高傳輸容量和傳輸距離，線路的電壓等級(jí)是確定其傳輸能力的關(guān)鍵因素節(jié)約占地成本，采用特高壓輸電提高了走廊的利用率能有效限制系統(tǒng)的短路電流當(dāng)輸電距離和輸電容量達(dá)到一定數(shù)量時(shí)，特高壓輸電是比較經(jīng)濟(jì)的提高輸電電壓對(duì)減少線路損耗有明顯效果超高壓交流輸電技術(shù)的發(fā)展1965年魁北克電網(wǎng)建成735kV線路1969年美國AEP電力公司建成765kV線路80年代巴西伊泰普工程的765kV輸電系統(tǒng)前蘇聯(lián)建成的1150kV的特高壓線路1992年日本建成的1000kV的特高壓線路中國西北電網(wǎng)的750kV線路目前運(yùn)行的1000kV輸電系統(tǒng)(2008-12-30)超高壓直流輸電技術(shù)的發(fā)展1954年建成的瑞典的海底直流輸電1972年建成的Quebec與NewBrunswick之間的HVDC巴西伊泰普的±600kV的直流輸電系統(tǒng)前蘇聯(lián)埃基巴斯圖茲至歐洲中部±750kV的直流輸電系統(tǒng)±500kV的直流輸電系統(tǒng)已大規(guī)模應(yīng)用±800kV的直流輸電系統(tǒng)中國大容量交直流輸電技術(shù)我國用電需求和資源的極不平衡，長(zhǎng)距離、大容量的“西電東送”和“北電南送”，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過500kV經(jīng)濟(jì)輸電的范圍黃河上游千萬kW以上水電資源開發(fā)及陜北大坑口火電開發(fā)，迫切需要提高電壓等級(jí)，西北上750kV電壓等級(jí)中國大容量交直流輸電技術(shù)國家電網(wǎng)公司和南方電網(wǎng)公司正在醞釀1000kV交流輸電的建設(shè)南方電網(wǎng)公司正在醞釀±800kV直流輸電的建設(shè)上海電纜研究所開始研究輕型大截面導(dǎo)線技術(shù)緊奏型線路也在進(jìn)一步建設(shè)中我國各直流輸電工程的技術(shù)參數(shù)世界首個(gè)±800千伏特高壓直流輸電工程投產(chǎn)

世界上第一個(gè)±800千伏特高壓直流輸電工程——云南至廣東特高壓直流輸電工程近日成功實(shí)現(xiàn)單極投產(chǎn)，這標(biāo)志著我國電力技術(shù)、裝備制造達(dá)到國際先進(jìn)水平，在世界輸變電領(lǐng)域占領(lǐng)了新的制高點(diǎn)，也是向中央提出西部大開發(fā)戰(zhàn)略10周年獻(xiàn)出了一份厚禮。當(dāng)天，云廣特高壓直流輸送容量達(dá)到260萬千瓦。明年雙極投產(chǎn)后，輸送容量達(dá)到500萬千瓦。

云廣特高壓直流工程是世界上首個(gè)±800千伏直流輸電工程，也是我國特高壓直流輸電示范項(xiàng)目，工程自主化率超過60%。

云廣特高壓直流工程的建成投產(chǎn)，讓我國的電壓等級(jí)、電力技術(shù)、裝備制造以及電網(wǎng)建設(shè)均上了新水平、新臺(tái)階，輸變電技術(shù)管理水平進(jìn)入了世界領(lǐng)先行列；將大大增強(qiáng)云南水電送廣東的能力，對(duì)于促進(jìn)西部大開發(fā)戰(zhàn)略、優(yōu)化資源配置、利用清潔能源、推動(dòng)區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展、保障廣東珠三角負(fù)荷中心的電力供應(yīng)，將發(fā)揮十分重要的作用。工程投產(chǎn)后，南方電網(wǎng)形成了“八交五直”共13條500千伏及以上的西電東送大通道，輸電能力超過2300萬千瓦。

中國大區(qū)電網(wǎng)的互聯(lián)方案西北華北東北山東川渝華中華東南方福建海南西藏ACBacktobackorDCBacktobackACACDC3DCACDCACBacktobackDCBacktobackseacable2003.9聯(lián)網(wǎng)新疆小結(jié)第三節(jié)

靈活交流輸電系統(tǒng)FlexibleAlternativeCurrentTransmissionSystems靈活交流輸電系統(tǒng)FACTS(柔性交流輸電系統(tǒng))

靈活的柔性的GenerationDistribution傳輸、輸電交流傳統(tǒng)交流輸電系統(tǒng)存在的問題電力系統(tǒng)局部故障如果處理不當(dāng)，則會(huì)造成事故擴(kuò)大，甚至危及整個(gè)系統(tǒng)由于穩(wěn)定性問題而使線路得不到充分利用短路電流隨系統(tǒng)容量增大，斷路器在斷流容量和動(dòng)熱穩(wěn)定性方面可能滿足不了要求電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，調(diào)控手段缺乏，安全運(yùn)行管理難度大Definitions&Terms(IEEEdefinition)FlexibilityofElectricPowerTransmissionTheabilitytoaccommodatechangesintheelectrictransmissionsystemoroperatingconditionswhilemaintainingsufficientsteady-stateandtransientmargins.電力傳輸系統(tǒng)在維持足夠穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)穩(wěn)定裕度的條件下適應(yīng)電網(wǎng)及其運(yùn)行方式變動(dòng)的能力FACTS

---flexibleACTransmissionSystemFACTSControllerDefinitions&Terms(IEEEdefinition)FlexibilityofElectricPowerTransmissionFACTS

---flexibleACTransmissionSystemAlternatingcurrenttransmissionsystemsincorporatingpowerelectronic-basedandotherstaticcontrollerstoenhancecontrollabilityandincreasepowertransfercapability.具有基于電力電子技術(shù)的或其他靜態(tài)的控制器以提高可控性和傳輸容量的交流輸電系統(tǒng)。FACTSControllerDefinitions&Terms(IEEEdefinition)FlexibilityofElectricPowerTransmissionFACTS---flexibleACTransmissionSystemFACTSController

Apowerelectronic-basedsystemandotherstaticequipmentthatprovidecontrolofoneormoreACtransmissionsystemparameters.一種基于電力電子技術(shù)的系統(tǒng)或其他靜態(tài)的設(shè)備，它能對(duì)交流輸電系統(tǒng)的某個(gè)或某些參數(shù)進(jìn)行控制。PROPOSEDTERMSANDDEFINITIONSFOR(FACTS)·靈活交流輸電系統(tǒng)是應(yīng)用現(xiàn)代電力電子技術(shù)和現(xiàn)代控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)交流輸電系統(tǒng)參數(shù)以及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的靈活快速控制，實(shí)現(xiàn)輸送功率的合理分配，降低功率損耗和發(fā)電成本，大幅度提高系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性。FACTS技術(shù)涉及電力系統(tǒng)中有關(guān)暫態(tài)穩(wěn)定、動(dòng)態(tài)穩(wěn)定、電壓穩(wěn)定、次同步振蕩、電壓波動(dòng)、閃變抑制、潮流控制等多方面的技術(shù)問題。FACTSPowerelectronicsMaketransmissioncontrolbe

fast,frequent

andcontinuousUp-to-dateInformationtechnologyAdvancedcontrolFlexibility機(jī)械開關(guān)的局限調(diào)節(jié)速度慢調(diào)整頻率有限可靠性差，壽命短靈活交流輸電系統(tǒng)以大功率可控硅部件組成的電子開關(guān)代替現(xiàn)有的機(jī)械開關(guān)，靈活自如地調(diào)節(jié)電網(wǎng)電壓、功角和線路參數(shù)。使電力系統(tǒng)變得更加靈活、可控、安全可靠。從而能在不改變現(xiàn)有電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的情況下提高系統(tǒng)的輸送能力，增加其穩(wěn)定性FACTS控制設(shè)備接入電力系統(tǒng)的方式靜止無功補(bǔ)償器SVC（StaicVarCompensator）靜止同步調(diào)相器STATCOM（StaticSynchronousCompensator）并聯(lián)型

可控串聯(lián)補(bǔ)償器TCSC（ThyristorControlledSeriesCapacitor）串聯(lián)型

統(tǒng)一潮流控制器UPFC（UnifiedPowerFlowController）混合型一.可控并聯(lián)補(bǔ)償裝置

種類可控硅控制的電抗器TCR（ThyristorControlledReactor）可控硅操作的電容器TSC磁控式可調(diào)電抗器MCR（ThyristorSwitchedCapacitor）(MagneticallyControlledReactor)靜止（同步）調(diào)相器STATCOM

靜止（無功）補(bǔ)償器

SVC靜止補(bǔ)償器（SVC）1）TCR的原理結(jié)構(gòu)與電容器組并聯(lián)使用后能提供從容性到感性連續(xù)可調(diào)的無功補(bǔ)償既可提供感性又可提供容性的無功補(bǔ)償功率二.可控串聯(lián)補(bǔ)償裝置1.可控硅投切串聯(lián)電容(TSSC)2.可控硅控制串聯(lián)電容(TCSC)由C與TCR并聯(lián)組成,通過改變TCR的電抗值可實(shí)現(xiàn)等效串補(bǔ)電容值的連續(xù)變化。3.電壓源型串聯(lián)補(bǔ)償器SSSC三、潮流控制器1.統(tǒng)一潮流控制器UPFC

2、特高壓直流輸電技術(shù)的主要特點(diǎn)3、為什么換流站要消耗大量無功？作業(yè)：1、什么是靈活交流輸電系統(tǒng)？問：建設(shè)特高壓直流輸電線路需要研究哪些關(guān)鍵技術(shù)問題？

答：直流架空線路與交流架空線路相比，在機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和計(jì)算方面，并沒有顯著差別。但在電氣方面，則具有許多不同的特點(diǎn)，需要進(jìn)行專門研究。對(duì)于特高壓直流輸電線路的建設(shè)，尤其需要重視以下三個(gè)方面的研究：

1.電暈效應(yīng)。直流輸電線路在正常運(yùn)行情況下允許導(dǎo)線發(fā)生一定程度的電暈放電，由此將會(huì)產(chǎn)生電暈損失、電場(chǎng)效應(yīng)、無線電干擾和可聽噪聲等，導(dǎo)致直流輸電的運(yùn)行損耗和環(huán)境影響。特高壓工程由于電壓高，如果設(shè)計(jì)不當(dāng)，其電暈效應(yīng)可能會(huì)比超高壓工程的更大。通過對(duì)特高壓直流電暈特性的研究，合理選擇導(dǎo)線型式和絕緣子串、金具組裝型式，降低電暈效應(yīng)，減少運(yùn)行損耗和對(duì)環(huán)境的影響。

2.絕緣配合。直流輸電工程的絕緣配合對(duì)工程的投資和運(yùn)行水平有極大影響。由于直流輸電的“靜電吸塵效應(yīng)”，絕緣子的積污和污閃特性與交流的有很大不同，由此引起的污穢放電比交流的更為嚴(yán)重，合理選擇直流線路的絕緣配合對(duì)于提高運(yùn)行水平非常重要。由于特高壓直流輸電在世界上尚屬首例，國內(nèi)外現(xiàn)有的試驗(yàn)數(shù)據(jù)和研究成果十分有限，因此有必要對(duì)特高壓直流輸電的絕緣配合問題進(jìn)行深入的研究。

3.電磁環(huán)境影響。采用特高壓直流輸電，對(duì)于實(shí)現(xiàn)更大范圍的資源優(yōu)化配置，提高輸電走廊的利用率和保護(hù)環(huán)境，無疑具有十分重要的意義。但與超高壓工程相比，特高壓直流輸電工程具有電壓高、導(dǎo)線大、鐵塔高、單回線路走廊寬等特點(diǎn)，其電磁環(huán)境與±500千伏直流線路的有一定差別，由此帶來的環(huán)境影響必然受到社會(huì)各界的關(guān)注。同時(shí)，特高壓直流工程的電磁環(huán)境與導(dǎo)線型式、架線高度等密切相關(guān)。因此，認(rèn)真研究特高壓直流輸電的電磁環(huán)境影響，對(duì)于工程建設(shè)滿足環(huán)境保護(hù)要求和降低造價(jià)至關(guān)重要。問：直流輸電線路有哪些基本類型？

答：就其基本結(jié)構(gòu)而言，直流輸電線路可分為架空線路、電纜線路以及架空——電纜混合線路三種類型。直流架空線路因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、線路造價(jià)低、走廊利用率高、運(yùn)行損耗小、維護(hù)便利以及滿足大容量、長(zhǎng)距離輸電要求的特點(diǎn)，在電網(wǎng)建設(shè)中得到越來越多運(yùn)用。因此直流輸電線路通常采用直流架空線路，只有在架空線線路受到限制的場(chǎng)合才考慮采用電纜線路。

問：什么是直流的“靜電吸塵效應(yīng)”？

答：在直流電壓下，空氣中的帶電微粒會(huì)受到恒定方向電場(chǎng)力的作用被吸附到絕緣子表面，這就是直流的“靜電吸塵效應(yīng)”。由于它的作用，在相同環(huán)境條件下，直流絕緣子表面積污量可比交流電壓下的大一倍以上。隨著污穢量的不斷增加，絕緣水平隨之下降，在一定天氣條件下就容易發(fā)生絕緣子的污穢閃絡(luò)。因此，由于直流輸電線路的這種技術(shù)特性，與交流輸