超高压直流输电技术.ppt

15:29115:292目录一、发展特高压电网的必要性二、直流输电技术的发展三、直流输电与交流输电的性能比较四、高压直流输电系统的结构和元件电压等级的划分：交流：330kV、500kV和750kV–超高压；1000kV-特高压。直流：±500kV、±600kV–超高压；±660kV、±800kV和±1000kV-特高压。一、发展特高压电网的必要性1、发展特高压电网是满足电力持续快速增长的客观需要。随着国民经济的持续快速发展，我国电力工业呈现加速发展态势，近几年发展更加迅猛。按照在建规模和合理开工计划，全国装机容量2010年达到9.5亿千瓦，2020年达到14.7亿千瓦；用电量2010年达到4.5万亿千瓦时，2020年达到7.4万亿千瓦时。电力需求和电源建设空间巨大，电网面临持续增加输送能力的艰巨任务。一、发展特高压电网的必要性0.020.00431.030.492.170.993.191.353.911.894.422.185.172.486.222.829.54.514.77.401949198719952000200320042005200620102020全国发电装机容量（亿千瓦）全社会用电量（万亿千瓦时）1949年～2020年我国发电装机容量、用电量图一、发展特高压电网的必要性2、发展特高压电网是电源结构调整和优化布局的必然要求。我国发电能源以煤、水为主。西部地区资源丰富，全国四分之三以上经济可开发水能资源分布在西南地区，煤炭资源三分之二以上分布在西北地区；东部地区经济发达，全国三分之二以上的电力负荷集中在京广铁路以东经济发达地区，未来的负荷增长也将保持这一趋势。一、发展特高压电网的必要性华北南方东北西藏台湾西北华中华东煤电基地水电基地负荷中心我国能源资源分布图一、发展特高压电网的必要性西部能源基地与东部负荷中心距离在800-3000公里左右，远距离、大容量输电是我国未来电网发展的必然趋势。2、发展特高压电网是电源结构调整和优化布局的必然要求。一次能源远离负荷中心，超出现有500千伏系统的输送能力。必须发展新的高效的大容量长距离输电系统。土地资源短缺，输电走廊的获取越来越困难。输送煤炭的运输压力。环境保护面临越来越大的困难和压力。特高压输电是必然选择一、发展特高压电网的必要性特高压输电具有超远距离、超大容量、低损耗送电、节约线路走廊、降低工程造价等特点。建设特高压电网，可促进大媒电、大水电、大核电、大规模可再生能源的建设，能够推进资源的集约开发和高效利用，缓解煤炭运输和环境的压力，节约土地资源，在全国乃至更大范围的优化配置，具有显著的经济效益和社会效益。一、发展特高压电网的必要性电力技术的发展是从直流电开始的；随着三相交流发电机、感应电动机、变压器的迅速发展，发电和用电领域很快被交流电所取代；但是直流还有交流所不能取代之处，如远距离大容量输电，不同频率电网之间的联网、海底电缆和大城市地下电缆等。二、直流输电技术的发展二、直流输电技术的发展直流输电的发展与换流技术有密切的关系。(特别与高电压、大功率换流设备的发展)第一阶段：汞弧阀换流时期1901年发明的汞弧整流管只能用于整流。1928年具有栅极控制能力的汞弧阀研制成功，它不但可用于整流，同时也解决了逆变问题。因此大功率汞弧阀使直流输电成为现实。1954年世界上第一个采用汞弧阀性直流输电工程(哥特兰岛直流工程)在瑞典投入运行，1977年最后一个采用汞弧阀换流的直流输电工程(纳尔逊河I期工程)建成。二、直流输电技术的发展直流输电的发展与换流技术有密切的关系。(特别与高电压、大功率换流设备的发展)第一阶段：汞弧阀换流时期世界上共有12项汞弧阀换流的直流工程投入运行，其中最大的输送容量为1600MW(美国太平洋联络线I期工程)，最高输电电压为±450kV(纳尔逊河l期工程)，最长输电距离为1362km(太平洋联络线)。但是汞弧阀制造技术复杂、价格昴贵、逆弧故障率高、可靠性较差、运行维护不便等因素，使直流输电的应用和发展受到限制。二、直流输电技术的发展第二阶段：晶闸管阀换流时期20世纪70年代以后，电力电子技术和微电子技术的迅速发展，高压大功率晶闸管的问世，晶闸管换流阀和计算机控制技术在直流输电工程中的应用，这些进步有效地改善了直流输电的运行性能和可靠性，促进了直流输电技术的发展。二、直流输电技术的发展第二阶段：晶闸管阀换流时期第一个采用晶闸管阀的HVDC系统是加拿大1972年建立的依尔河系统，运行电压80kV、输送容量为320MW背靠背直流输电系统。目前，国外输送容量最大的是1984年巴西建设伊泰普水电站±600kV超高压直流输电工程，两回共6300MW，线路全长1590km。二、直流输电技术的发展第二阶段：晶闸管阀换流时期2010年07月08日正式投运的向家坝至上海±800kV特高压直流输电工程，是中国自主研发、设计和建设的，是世界上电压等级最高、额定容量最大6400MW(最大输送能力7000MW)、送电距离最远1907km、额定电流达到4000A、技术水平最先进的直流输电工程，代表了当今世界高压直流输电技术的最高水平。晶闸管换流阀的特点:体积减小、成本降低；可靠性提高；晶闸管换流阀没有逆弧故障，而且制造、试验、运行维护和检修都比汞弧阀简单而方便。二、直流输电技术的发展晶闸管换流阀二、直流输电技术的发展第三阶段新型半导体换流设备的应用20世纪90年代以后，IGBT得到广泛应用，1997年世界上第一个采用IGBT组成电压源换流器的直流输电工程在瑞典投入运行。目前，世界上最大的IGBT轻型HVDC是北欧地区的Estlink海底电缆工程，运行电压±150kV，传输容量350MW，电缆全长105km。二、直流输电技术的发展第三阶段新型半导体换流设备的应用LHVDC采用IGBT器件组成换流器，功能强、体积小，可以减少换流站的滤波装置，省去了换流变压器，整个换流站可以搬迁。此外，采用可关断器件换流器，可以避免换相失败。但是IGBT功率小、损耗大，不利于大型直流输电工程采用。最新研制的门极换相晶闸管（IGCT）和大功率碳化硅元件，该元件电压高、通流能力强、损耗低、可靠性高。二、直流输电技术的发展我国直流输电的发展1989年，我国自行研制的舟山直流输电工程(士l00kV，100MW，54km)投入运行；葛洲坝—上海(葛上线)是我国的第一个高压直流输电工程（±500kV，1200MW，1064km）1990年投运。90年代末，开始建设三广直流工程、三峡—常州直流工程和贵广直流工程。三广直流工程于2004年投运；三常直流工程（±500kV，3000MW，962km）于2004年5月投入运行。舟山工程地理位置三广直流工程惠州换流阀二、直流输电技术的发展我国直流输电的发展云南—广东±800kV直流输电工程，额定容量5000MW,2010年实现双极投运。向家坝-上海±800千伏特高压直流输电示范工程起于四川复龙换流站，止于上海奉贤换流站。额定输送功率640万千瓦，最大输送功率700万千瓦；直流输电线路途经八省市，全长约2000公里。特高压直流示范工程线路工程起于四川复龙换流站，途经四川、重庆、湖南、湖北、安徽、浙江、江苏、上海八省市，止于上海奉贤换流站。全长约2000公里，4次跨越长江。复龙换流站鸟瞰图高压阀厅500kVGIS交流滤波器组低压阀厅高端换流变户外直流场主控楼低端换流变高压阀厅直流滤波器本期建设规模：换流变压器28台，每台32.1万千伏安；交流滤波器及无功补偿装置4组，总容量308万千乏；500kV出线9回，采用GIS设备；奉贤换流站鸟瞰图高压阀厅低压阀厅交流滤波器组500kVGIS平波电抗器直流滤波器高端换流变低端换流变主控楼备用换流变站用变本期建设规模：换流变压器28台，每台29.7万千伏安；交流滤波器及无功补偿装置4组，总容量390万千乏；500kV出线3回，采用GIS设备；近期将开工的直流工程(1)呼盟－辽宁直流工程此工程计划近期开工。这是我国第八个长距离、大容量高压直流输电工程。额定直流电压为500kV、额定直流电流3kA、额定输送直流功率3000MW。直流线路西起内蒙呼盟、东至辽宁沈阳，全长约908km。通过此工程，内蒙地区的富裕能源将源源不断地送往东北工业基地。二、直流输电技术的发展(2)宁东－山东直流工程这将是是我国第九个长距离、大容量高压直流输电工程。也是第九个西电东送的高压直流输电工程。此工程额定直流电压为500kV、额定直流电流3kA、额定输送直流功率3000MW。直流线路西起宁夏银川、东至山东潍坊，全长约1043km。目前正处于规范书编制阶段。通过此工程，西北地区的富裕能源将源源不断地送往东部工业基地。二、直流输电技术的发展近期将开工的直流工程(3)葛沪直流工程这是我国第十个长距离、大容量高压直流输电工程。也是第十个西电东送的高压直流输电工程。计划2010年投运。额定直流电压为500kV、额定直流电流3kA、额定输送直流功率3000MW。直流线路西起湖北宜昌荆门换流站、东至上海沪西换流站，全长约976km。与现在的葛南直流同杆并架（914km），共用线路走廊。节约线路走廊5000公顷土地。二、直流输电技术的发展近期将开工的直流工程(4)宝鸡－德阳直流工程这是我国第十一个长距离、大容量高压直流输电工程。额定直流电压为500kV、额定直流电流3kA、额定输送直流功率3000MW。直流线路北起陕西宝鸡、南至四川德阳，全长约550km。水火互济作用明显。二、直流输电技术的发展近期将开工的直流工程(5)灵宝直流背靠背2期工程这是我国第四个高压直流背靠背联网工程。扩大西北电网和华中电网功率交换的能力。本期额定直流功率750MW，额定直流电流3kA。建设一个12脉动±125kV、750MW背靠背换流单元。二、直流输电技术的发展近期将开工的直流工程(6)锦屏－苏南工程这是我国第三个长距离、大容量特高压直流输电工程。也是第十一个西电东送的高压直流输电工程。额定直流电压800kV，额定直流电流4kA，额定直流功率6400MW。直流线路西起四川西昌换流站，东至江苏苏南换流站，线路全长约2093kM。计划2012年8月投产。工程可研报告已于2007年8月通过审查。二、直流输电技术的发展近期将开工的直流工程东北西藏西北华北南方华中华东台湾近期开工的直流输电工程锦屏－苏南灵宝2宝鸡－德阳呼辽宁东－山东葛沪三、直流输电与交流输电的性能比较技术性可靠性经济性（1）功率传输特性交流为了满足稳定问题，常需采用串补、静补、调相机、开关站等措施，有时甚至不得不提高输电电压。但是，这将增加很多电气设备，代价昂贵。直流输电没有相位和功角，不存在稳定问题，只要电压降，网损等技术指标符合要求，就可达到传输的目的，无需考虑稳定问题，这是直流输电的重要特点，也是它的一大优势。三、直流输电与交流输电的性能比较3.1技术性能三、直流输电与交流输电的性能比较3.1技术性能（2）线路故障时的自防护能力交流线路单相接地后，其消除过程一般约0.4~0.8秒，加上重合闸时间，约0.6~1秒恢复。直流线路单极接地，整流、逆变两侧晶闸管阀立即闭锁，电压降为零，迫使直流电流降到零，故障电弧熄灭不存在电流无法过零的困难，直流线路单极故障的恢复时间一般在0.2~0.35秒内。三、直流输电与交流输电的性能比较3.1技术性能（3）过负荷能力交流输电线路具有较高的持续运行能力，受发热条件限制的允许最大连续电流比正常输电功率大的多，其最大输送容量往往受稳定极限控制。直流线路也有一定的过负荷能力，受制约的往往是换流站。通常分2小时过负荷能力、10秒钟过负荷能力和固有过负荷能力等。前两者葛上直流工程分别为10%和25%，后者视环境温度而异。三、直流输电与交流输电的性能比较3.1技术性能（3）过负荷能力总的来说，就过负荷能力而言，交流有更大的灵活性，直流如果需要更大的过负荷能力，则在设备选型时要预先考虑，此时需要增加投资。三、直流输电与交流输电的性能比较3.1技术