柔性高壓直流輸電課件

1、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(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、中國的高壓直流輸電工程2022/7/282HVDCRectifierInverterLine/CableAC systemAC systemHVDCHighVoltageDirectCurrent2022/7/283電力技術(shù)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(fù)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

2、換流技術(shù)的發(fā)展有密切的聯(lián)系。直流輸電的發(fā)展可分為以下幾個時期：一、HVDC的發(fā)展2022/7/281、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(jìn)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(shù)復(fù)雜、價格昂貴、逆弧故障率高，可靠性低、運行維護(hù)不方便，這些使得直流輸電的發(fā)展受到限制。2022/7/2852、晶閘管換流時期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世，晶閘管換流閥和微機控制技術(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)

3、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。2022/7/2863、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。2022/7/287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(guān)斷能力。因此，這些新型的半導(dǎo)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(guān)鍵的推動作用。202

4、2/7/288HVDC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2022/7/289二、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；2022/7/28106、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(jìn)行分期建設(shè)和增容擴建，有利于發(fā)揮投資效益。2022/7/2811直流輸電工程的缺點與高壓交流輸電相比

5、較，直流輸電具有以下缺點：1、換流站的設(shè)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(guān)；2022/7/28126、直流輸電利用大地或海水為回路帶來了一些技術(shù)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。2022/7/2813直流輸電應(yīng)用的場合：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；2022/7/2814高壓直流輸電系統(tǒng)的經(jīng)濟優(yōu)勢：等價距離2022/7/2815高壓直流輸電系統(tǒng)的經(jīng)濟優(yōu)勢：

6、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(rèn)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(hù)技術(shù)的發(fā)展，換流設(shè)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。 2022/7/2816高壓直流輸電系統(tǒng)的經(jīng)濟優(yōu)勢：線損2022/7/2817高壓直流輸電系統(tǒng)的經(jīng)濟優(yōu)勢：環(huán)境2022/7/2818三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2022/7/2819高壓直流輸電的主要設(shè)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)

7、相連接。 HVDC的核心有兩個：整流與逆變HVDC系統(tǒng)的組成2022/7/2820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。 HVDC系統(tǒng)的組成2022/7/2821柔性直流輸電的技術(shù)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(shù)為突出標(biāo)志的新一代直流輸電技術(shù)，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；

8、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)動態(tài)無功支撐，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)生的問題，保障敏感設(shè)備供電等方面也都具有較強的技術(shù)優(yōu)勢；柔性直流輸電技術(shù)開發(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，對于堅強智能電網(wǎng)的建設(shè)和電網(wǎng)的經(jīng)濟、安全、可靠運行，有著顯著的促進(jìn)作用。四、柔性直流輸電多端直流互聯(lián)風(fēng)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(yīng)用領(lǐng)域柔性直流輸電技術(shù)是當(dāng)今世界上電

9、力電子應(yīng)用技術(shù)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(shù)研究方面的起步相對較晚，與國際先進(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，國內(nèi)多個科研機構(gòu)和高校都積極開展了柔性直流輸電的相關(guān)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(guān)鍵技術(shù)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(fēng)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(quán)、具有世界一流水平的柔性直流輸電線路，它的成功投運標(biāo)志著我國在智能電網(wǎng)高端裝備方面取得重大

10、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(shè)示范工程換流站效果圖示范工程原理圖五、HVDC系統(tǒng)構(gòu)成方式MonopolarTransmission LineTerminal ATerminal BBipolarTransmission LineTerminal ATerminal BPole 1Pole 2單極系統(tǒng)雙極系統(tǒng)2022/7/2827雙極系統(tǒng)：雙極運行方式Pole 1Pole 2Terminal ATerminal BTransmission Line 1Transmission Line 22022/7/2828雙極系統(tǒng)：單極運行、大地回路

11、方式Pole 1Pole 2Terminal ATerminal BTransmission Line 1Transmission Line 22022/7/2829雙極系統(tǒng)：單極運行、金屬回路方式Pole 1Pole 2Terminal ATerminal BTransmission Line 1Transmission Line 22022/7/2830雙極系統(tǒng)：單極雙線并聯(lián)運行、大地回路方式Pole 1Pole 2Terminal ATerminal BTransmission Line 1Transmission Line 22022/7/2831雙極系統(tǒng)：單極開路試驗方式Pole 1

12、Pole 2Terminal ATerminal BTransmission Line 1Transmission Line 22022/7/2832國內(nèi)已建成的HVDC線路 寧波舟山群島（100 kV，50 MW，1988年投運） 上海嵊泗群島（ 50KV，60MW，2002年投運） 葛洲壩上海（ 500 kV，1200 MW，1989年投運） 天生橋廣州（ 500 kV，1800 MW，2001年雙極投運） 三峽左岸常州（ 500 kV，3000 MW，2003年投運） 三峽廣東（ 500 kV，3000 MW，2004年投運） 貴州廣東（ 500 kV，3000 MW，2004年投運）

13、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2022/7/2833國內(nèi)部分在建及規(guī)劃的HVDC線路 三峽上海（ 500 kV，3000 MW，預(yù)計2007年投運） 貴州廣東二回（ 500 kV，3000 MW，預(yù)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2022/7/2834東北電網(wǎng)西藏電網(wǎng)西北電網(wǎng)南方電網(wǎng)500 kV1200 MW 1989葛洲壩至上海500 kV3000 MW 2004三峽至廣東華東電網(wǎng)120 kV360 MW 2005靈寶 BTB華北電網(wǎng)華中電網(wǎng)500 kV3000 MW2003三峽至常州500 kV3000 MW 2006三峽至上海500 kV, 1800 MW, 2001天生橋至廣東500 kV, 23000 MW 2007貴陽至廣東Long distanceBTB150 kV 2*750 MW 2008高齡 BTB167 kV750 MW 2009靈寶 II BTB我國正在運行的高壓直流輸電工程500 kV 3000 MW2009呼倫貝爾至遼寧 125 kV 750 MW2009黑河 BTB 800 kV6400 MW2010