高壓直流輸電系統(tǒng)課件

高壓直流輸電系統(tǒng)ppt課件56、極端的法規(guī)，就是極端的不公?！魅_57、法律一旦成為人們的需要，人們就不再配享受自由了?！呥_哥拉斯58、法律規(guī)定的懲罰不是為了私人的利益，而是為了公共的利益；一部分靠有害的強制，一部分靠榜樣的效力?！窭闲闼?9、假如沒有法律他們會更快樂的話，那么法律作為一件無用之物自己就會消滅?！蹇?0、人民的幸福是至高無個的法。——西塞羅高壓直流輸電系統(tǒng)ppt課件高壓直流輸電系統(tǒng)ppt課件56、極端的法規(guī)，就是極端的不公?！魅_57、法律一旦成為人們的需要，人們就不再配享受自由了?！呥_哥拉斯58、法律規(guī)定的懲罰不是為了私人的利益，而是為了公共的利益；一部分靠有害的強制，一部分靠榜樣的效力?！窭闲闼?9、假如沒有法律他們會更快樂的話，那么法律作為一件無用之物自己就會消滅?！蹇?0、人民的幸福是至高無個的法。——西塞羅高壓直流輸電系統(tǒng)

TheuseofHVDCat800kV,hasbeenfoundefficient,environmentallyfriendlyandeconomicallyattractiveforlargepointtopointpowertransmissionsoftheorderof6400MWandmore,withdistancesofmorethan1000km.WorldwidethereisanincreasinginterestintheapplicationofHVDCat800kV.1、了解直流輸電的歷史以及直流輸電技術在我國的應用；2、直流輸電與交流輸電的性能比較；3、高壓直流輸電聯(lián)絡線的分類及直流輸電的基本原理。

第二階段：晶閘管閥換流時期20世紀70年代以后，電力電子技術和微電子技術的迅速發(fā)展，高壓大功率晶閘管的問世，晶閘管換流閥和計算機控制技術在直流輸電工程中的應用，這些進步有效地改善了直流輸電的運行性能和可靠性，促進了直流輸電技術的發(fā)展。第一個采用晶閘管閥的HVDC系統(tǒng)是加拿大1972年建立的依爾河系統(tǒng)，運行電壓80kV、輸送容量為320MW背靠背直流輸電系統(tǒng)。目前，國外輸送容量最大的是1984年巴西建設伊泰普水電站±600kV超高壓直流輸電工程，兩回共6300MW，線路全長1590km。以后建的直流輸電工程均采用晶閘管換流閥，晶閘管閥已成為直流換流站的標準設備。2010年07月08日正式投運的向家壩至上海±800kV特高壓直流輸電工程，是中國自主研發(fā)、設計和建設的，是世界上電壓等級最高、額定容量最大6400MW(最大輸送能力7000MW)、送電距離最遠1907km、額定電流達到4000A、技術水平最先進的直流輸電工程，代表了當今世界高壓直流輸電技術的最高水平。晶閘管換流閥的特點:體積減小、成本降低；可靠性提高；晶閘管換流閥沒有逆弧故障，而且制造、試驗、運行維護和檢修都比汞弧閥簡單而方便。ThyristorValvehallinterior第三階段新型半導體換流設備的應用20世紀90年代以后，IGBT得到廣泛應用，1997年世界上第一個采用IGBT組成電壓源換流器的直流輸電工程在瑞典投入運行。目前，世界上最大的IGBT輕型HVDC是北歐地區(qū)的Estlink海底電纜工程，運行電壓±150kV，傳輸容量350MW，電纜全長105km。LHVDC采用IGBT器件組成換流器，功能強、體積小，可以減少換流站的濾波裝置，省去了換流變壓器，整個換流站可以搬遷。此外，采用可關斷器件換流器，可以避免換相失敗。但是IGBT功率小、損耗大，不利于大型直流輸電工程采用。最新研制的門極換相晶閘管（IGCT）和大功率碳化硅元件，該元件電壓高、通流能力強、損耗低、可靠性高。何謂輕型高壓直流？輕型高壓直流輸電技術是近幾十年來發(fā)展的最為振奮人心的輸電技術HVDCLight?是為采用地下或水下輸電而設計的最新的輸電系統(tǒng)，也可適合于遠距離輸電。該技術提供了很多對環(huán)境的好處，包括電力線路不可見，中性的電磁場，干式電纜和緊湊型的換流站。輕型直流提高了電網(wǎng)的可靠性，該技術提高了高壓直流輸電的經(jīng)濟功率低到幾十兆瓦。輕型直流的容量上限可達到1200MW，±320kV。

輕型直流輸電系統(tǒng)可以快捷地安裝，作為傳統(tǒng)的交流輸電系統(tǒng)和就地的發(fā)電的替代。輕型直流的應用包含以下各種可能：連接風力發(fā)電場和電力網(wǎng)地下電力輸送為海島或海上石油或天然氣的鉆油平臺提供電力連接異步的交流電網(wǎng)城市中心的供電

我國直流輸電的發(fā)展

1989年，我國自行研制的舟山直流輸電工程(士l00kV，100MW，54km)投入運行；葛洲壩—上海(葛上線)是我國的第一個高壓直流輸電工程（±500kV，1200MW，1064km）1990年投運。

90年代末，開始建設三廣直流工程、三峽—常州直流工程和貴廣直流工程。三廣直流工程于2004年投運；三常直流工程（±500kV，3000MW，962km）于2004年5月投入運行。

云南—廣東±800kV直流輸電工程，額定容量5000MW,2010年實現(xiàn)雙極投運。金沙江一期工程，向家壩、溪洛渡水電站至華中、華東三回±800kV直流輸電工程也在規(guī)劃和建設之中。向家壩至上?！?00kV特高壓直流輸電工程：ConnectionpointXiangjiaba:FuLongsubstationConnectionpointShanghai:FengXiansubstationOwnership:StateGridCorporationofChinaStartofproject:December2007Commissioningyear:Pole1andbipole:2010Transmissiontechnology:UHVDC,UltraHighVoltageDirectCurrentTransmissioncapacity:6400MWNo.ofpoles:2DCvoltage:±800kVLengthofoverheadDCline:2071kmACvoltage:525kV(bothends)The800kVvoltageisformedbytwo400kVseriesconnected12-pulseconverters.MainreasonforchoosingHVDC:Longdistance,networkstability,lowlosses,environmentalconcernsFormoreinformation,pleasevisit:abb/hvdc12脈波換流橋±800kV復龍換流站ThreeGorges-GuangdongHVDCTransmission

Jingzhouarealoverview

三廣直流工程惠州換流閥

Valvehallwithsixdoublevalvesfor

1,500MW.ThreeGorges-ShanghaiHVDCTransmission

DCyardandconverterbuildinginYidu截至2007年，我國直流輸電線路總長度達7085km，輸送容量達1856萬kW，線路總長度和輸送容量均居世界第一。與此同時，超高壓直流輸電工程的設計建設、運行管理和設備制造水平也達到國際領先地位。為優(yōu)化配置能源資源，我國正在實施發(fā)展特高壓輸電、大核電、大水電、大煤電的“一特三大”戰(zhàn)略。

到2020年，我國將建成覆蓋華北、華中、華東地區(qū)的特高壓交流同步電網(wǎng)，建成±800kV向家壩一上海、錦屏一蘇南、溪洛渡一株洲、溪洛渡一浙西等特高壓直流工程，包括特高壓直流換流站約30座，線路約2．6萬km，輸送容量達9440萬kW，成為世界上擁有直流輸電工程最多、輸送線路最長、容量最大的國家。

高壓直流輸電運行特性及其與交流輸電的比較技術性可靠性經(jīng)濟性1、

技術性能高壓直流輸電系統(tǒng)具有下列運行特性

（1）功率傳輸特性

交流為了滿足穩(wěn)定問題，常需采用串補、靜補、調(diào)相機、開關站等措施，有時甚至不得不提高輸電電壓。但是，這將增加很多電氣設備，代價昂貴。直流輸電沒有相位和功角，不存在穩(wěn)定問題，只要電壓降，網(wǎng)損等技術指標符合要求，就可達到傳輸?shù)哪康?，無需考慮穩(wěn)定問題，這是直流輸電的重要特點，也是它的一大優(yōu)勢。（2）線路故障時的自防護能力

交流線路單相接地后，其消除過程一般約0.4~0.8秒，加上重合閘時間，約0.6~1秒恢復。直流線路單極接地，整流、逆變兩側晶閘管閥立即閉鎖，電壓降為零，迫使直流電流降到零，故障電弧熄滅不存在電流無法過零的困難，直流線路單極故障的恢復時間一般在0.2~0.35秒內(nèi)。

從自身恢復的能力看，交流線路采用單相重合閘，需要滿足單相瞬時穩(wěn)定，才能恢復供電，直流則不存在此限制條件。若線路上發(fā)生的故障在重合（直流為再啟動）中重燃，交流線路就三相跳閘了。直流線路則可用延長留待去游離時間及降壓來進行第2、第3次再啟動，創(chuàng)造線路消除故障、恢復正常運行的條件。對于單片結緣子損壞，交流必然三相切除，直流則可降壓運行，且大都能取得成功。因此，對于占線路故障80~90%的單相（或單極）瞬時接地而言，直流比之交流具有響應快、恢復時間短、不受穩(wěn)定制約、可多次再啟動和降壓運行來創(chuàng)造消除故障恢復正常運行條件等多方面優(yōu)點。（3）過負荷能力交流輸電線路具有較高的持續(xù)運行能力，受發(fā)熱條件限制的允許最大連續(xù)電流比正常輸電功率大的多，其最大輸送容量往往受穩(wěn)定極限控制。直流線路也有一定的過負荷能力，受制約的往往是換流站。通常分2小時過負荷能力、10秒鐘過負荷能力和固有過負荷能力等。前兩者葛上直流工程分別為10%和25%，后者視環(huán)境溫度而異?？偟膩碚f，就過負荷能力而言，交流有更大的靈活性，直流如果需要更大的過負荷能力，則在設備選型時要預先考慮，此時需要增加投資。（4）潮流和功率控制交流輸電取決于網(wǎng)絡參數(shù)、發(fā)電機與負荷的運行方式，值班人員需要進行調(diào)度，但又難于控制，直流輸電則可全自動控制。直流輸電控制系統(tǒng)響應快速、調(diào)節(jié)精確、操作方便、能實現(xiàn)多目標控制。（5）短路容量兩個系統(tǒng)以交流互聯(lián)時，將增加兩側系統(tǒng)的短路容量，有時會造成部分原有斷路器不能滿足遮斷容量要求而需要更換設備。直流互聯(lián)時，不論在哪里發(fā)生故障，在直流線路上增加的電流都是不大的，因此不增加交流系統(tǒng)的斷路容量。（6）電纜電纜絕緣用于直流的允許工作電壓比用于交流時高兩倍，例如35kV的交流電纜容許在100kV左右直流電壓下工作，所以在直流工作電壓與交流工作電壓相同的情況下，直流電纜的造價遠低于交流電纜。CablelayingprojectConductorAluminumorcopperConductorscreenSemi-conductivepolymerInsulationCrosslinkedHVDCpolymerInsulationscreenSemi-conductivepolymerMetallicscreenCopperwiresSwellingtapeAluminumlaminateOutercovering/SheathPolyethylene（7）輸電線路的功率損耗比較

在直流輸電中，直流輸電線路沿線電壓分布平穩(wěn)，沒有電容電流，在導線截面積相同，輸送有用功率相等的條件下，直流線路功率損耗約為交流線路的2/3。并且不需并聯(lián)電抗補償。（8）調(diào)度管理由于通過直流線路互聯(lián)的兩端交流系統(tǒng)可以又各自的頻率，輸電功率也可保持恒定（恒功率、恒電流等）。對送端而言，整流站相當于交流系統(tǒng)的一個負荷。對受端而言，逆變站則相當于交流系統(tǒng)的一個電源?；ハ嘀g的干擾和影響小，運行管理簡單方便，對我國當前發(fā)展的跨大區(qū)互聯(lián)、合同售電、合資辦電等形成的聯(lián)合電力系統(tǒng)，尤為適宜。（9）線路走廊按同電壓500kV考慮，一條500kV直流輸電電線路的走廊約40m，一條500kV交流線路走廊約為50m，但是1條同電壓的直流線路輸送容量約為交流的2倍，直流輸電的線路走廊其傳輸效率約為交流線路的2倍甚至更多一點。

下列因素限制了直流輸電的應用范圍：（1）直流斷路器的費用高；（2）不能用變壓器來改變電壓等級；（3）換流設備的費用高；（4）由于產(chǎn)生諧波，需要交流和直流濾波器，從而增加了換流站的費用；（5）控制復雜。克服以上缺點，依賴技術是：（1）直流換流器的進展；（2）晶閘管的模塊化結構和額定值增加；（3）換流器采用12或24脈波運行；（4）采用氧化金屬變阻器；（5）換流器控制采用數(shù)字和光纖技術。2、可靠性整個系統(tǒng)的可靠性從強迫停運率和電能不可用率兩個方面進行衡量。（1）強迫停運率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換流站（次/年）0.5600.1204.800.200.60.061.40.25（2）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變壓（換流）站0.070.620.0070.002總計0.820.690.0570.018

從可靠性和可用率兩個指標來看，交、直流兩種輸電方式是相當?shù)?，都是可行的?、經(jīng)濟性

交、直流兩種輸電方式，就其造價而言，各具特色：（1）輸送容量確定后，直流換流站的規(guī)模隨之確定，其投資也即確定下來，距離的增加，只與線路的造價有關。交流輸電則不同，隨著輸電距離的增加，由于穩(wěn)定、過電壓等要求，需要設備中間開關站。因此，對于交流輸電方式，輸電距離不單影響線路投資，同時也影響變電部分投資。（2）就變電和線路兩部分看，直流輸電換流站投資占比重很大，而交流輸電的輸電線路投資占主要成分。（3）直流輸電功率損失比交流輸電小得多。（4）當輸送功率增大時，直流輸電可以采用提高電壓、加大導線截面的辦法，交流輸電則往往只好增加回路數(shù)。結論

直流換流站的造價遠高于交流輸電，而直流輸電線路的造價則明顯低于交流輸電線路。同時，直流輸電的網(wǎng)損又比交流小得多。因此，隨著輸電距離的改變，交、直流兩種輸電方式的造價和總費用將相應作增減變化。在某一輸電距離下，兩者總費用相等，這一距離稱為等價距離。這是一個重要的工程初估數(shù)據(jù)。概括地說，超過這一距離時，采用直流有利；小于這一距離時，采用交流有利。

對于超高壓輸電系統(tǒng)，典型架空線路的等價距離大約為700~800km。三、

高壓直流輸電系統(tǒng)的結構和元件3.1高壓直流聯(lián)絡線的分類高壓直流聯(lián)絡線大致分以下幾類：（1）單極聯(lián)絡線；（2）雙極聯(lián)絡線；（3）同極聯(lián)絡線。單極聯(lián)絡線的基本結構如圖1所示，通常采用一根負的導線，而由大地或水提供回路。考慮造價，常采用這類系統(tǒng)，對電纜傳輸來說尤其如此。這類結構也是建立雙極系統(tǒng)的第一步。當大地電阻率過高，或不允許對地下（水下）金屬結構產(chǎn)生干擾時，可用金屬回路代替大地作回路，形成金屬性回路的導體處于低電壓。

雙極聯(lián)絡線結構如圖，有兩根導線，一正一負，每端有兩個為額定電壓的換流站串聯(lián)在直流側，兩個換流器間的連接點接地。正常時，兩極電流相等，無接地電流。兩極可獨立運行。若因一條線路故障而導致一極隔離，另一極可通過大地運行，能承擔一半的額定負荷，或利用換流器及線路的過載能力，承擔更多的負荷。特點:1、從雷電性能方面看，一條雙極HVDC線路能有效地等同于兩回交流傳輸線路。正常情況下,它對鄰近設備的諧波干擾遠小于單極聯(lián)絡線。通過控制（不需要機械開關）改變兩極的極性來實現(xiàn)潮流反向。2、當接地電流不可接受時，或接地電阻高而接地電極不可行時，用第三根導線作為金屬性中性點，在一極退出運行或雙極運行失去平衡時，此導線充當回路。第三條導線的絕緣要求低，還可作為架空線的屏蔽線。如果它完全絕緣，可作為一條備用線路。同極聯(lián)絡線：

導線數(shù)不少于兩根，所有導線同極性。通常最好為負極性，因為它由電暈引起的無線電干擾小。系統(tǒng)采用大地作為回路。當一條線路發(fā)生故障時，換流器可為余下的線路供電，這些導線有一定的過載能力，能承擔比正常情況更大的功率。相反，對雙極系統(tǒng)來說，重新將整個換流器連接到線路的一極上要復雜得多，通常的不可行的。在考慮連續(xù)的地電流的可接受的情況下，同極聯(lián)絡線有突出的優(yōu)點。接地電流對位于系統(tǒng)電極幾千米范圍的油、氣管道有附帶的影響。這些管道充當?shù)仉娏鞯膶w會引起金屬腐蝕。因此，應用大地作回路的結構并非總是可行的。

背靠背的高壓直流系統(tǒng)

用于非同步聯(lián)接，無直流線路系統(tǒng)。它可以設計成單極或雙極運行，每極帶有不同數(shù)目的閥組，其數(shù)目取決于互聯(lián)的目的和要達到的可靠性。多端和多饋入直流系統(tǒng)將直流系統(tǒng)聯(lián)接到交流電網(wǎng)上的節(jié)點多于兩個，就構成了多端高壓直流系統(tǒng)。如果兩個直流系統(tǒng)接到一個共同的交流系統(tǒng)上，并且兩個直流系統(tǒng)之間的交流阻抗較小，就構成了多饋入直流系統(tǒng)。3.2高壓直流輸電系統(tǒng)的元件（1）換流器它們完成交-直流和直-交流轉換，由閥橋和有抽頭切換器的變壓器構成。閥橋包括6脈波或12脈波的高壓閥。換流變壓器向閥橋提供適當?shù)燃壍牟唤拥厝嚯妷涸?。由于變壓器閥換流器的正端或負端接地。（