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高压直流输电陆继明lujiming@mail.hust.edu.cn毛承雄cxmao@mail.hust.edu.cn王丹wangdan@mail.hust.edu.cn办公电话：87542669办公地点：西九楼302室华中科技大学电气与电子工程学院电力工程系2014年9月～2014年10月教材与参考书1．浙江大学发电教研组直流输电北京：水利电力出版社1985年6月2．戴熙杰直流输电基础（网上有电子书下载）北京：水利电力出版社1990年1月3．赵畹君高压直流输电工程技术（网上有第1版的电子书下载，现已出版第2版）北京：中国电力出版社2004年8月教材与参考书4．李兴源高压直流输电系统的运行和控制科学出版社1998年（网上有电子书下载），2010年又出新版：高压直流输电系统5．王官洁任震高压直流输电技术1997重庆大学出版社（网上有电子书下载）6．韩民晓高压直流输电原理与运行（教材）2010年机械工业出版社7．张勇军高压直流输电原理与应用2012年8月，清华大学出版社8．中国电力科学研究院特高压输电技术直流输电分册2012年5月，中国电力出版社主要讲课内容及课时安排（总24学时，1.5学分，考查）1、高压直流输电系统概述（学时2.0）2、高压直流输电系统基本构成（1.0）3、换流技术复习（3.5）4、谐波分析（3.5）5.功率因数计算（2.0）6．高压直流输电系统主设备（2.0）7、高压直流输电系统控制与运行（6.0）8、直流输电不对称运行对交流系统的影响及对策（2.0）9、新型高压直流输电系统简介（柔性直流输电）（2.0）一、概述1.1、何谓“高压直流输电”？1.2、高压直流输电的特点；1.3、直流输电发展简史；1.4、对直流输电的基本要求。1.1何谓高压直流输电？高压直流输电=输电、直流输电、高压直流输电1.高压输电的好处？2.我国电压等级的划分？3.整流与逆变的基本方法？1.2高压直流输电的特点1、换流器控制复杂，造价高；2、直流输电线路造价低，输电距离越远越经济；3、没有交流输电系统的功角稳定问题，适合远距离输电；4、适合海底电缆（海岛供电、海上风电）和城市地下电缆输电；5、能够非同步（同频不同相位，或不同频）连接两个交流电网，且不增加短路容量；6、传输功率的可控性强，控制速度快，可有效支援交流系统；7、换流器大量消耗无功，且产生谐波；8、双极不对称大地回线运行时存在直流偏磁问题和电化学腐蚀问题；9、不能向无源系统供电，构成多端直流系统困难。直流输电与交流输电的等价距离架空线路等价距离约在640~960km地下电缆线路的等价距离为56~90km海底电缆线路的等价距离为24~48km1.3.1世界上的直流输电工程大事1954年，瑞典果特兰岛（Gotland）直流工程，采用汞弧阀进行换流，是世界上第一个直流输电工程；1970年，瑞典果特兰岛直流试验工程，第一次采用晶闸管进行换流；1972年，加拿大伊尔河背靠背直流工程，是世界上第一个全部采用晶闸管的背靠背直流工程；1997年，世界上第一个轻型直流输电试验工程在瑞典建成；1.3.1世界上的直流输电工程（续）到2000年为止，世界上已投入运行的直流工程（含汞弧阀）共63项（含我国5项），其中，背靠背26项，电缆线20项，架空线17项。1.3.2我国直流输电工程（1）1987年，（浙江）舟山直流输电工程，海底电缆，－100kV，50MW，54km；（2）1989年，葛（州坝）上（海南桥）直流输电工程，±500kV，1200MW，1046km；（3）2001年，天（生桥）广（州）直流输电工程，±500kV，1800MW，960km；（4）2003年，（上海）嵊泗直流输电工程，海底电缆，±50kV，60MW，66km；1.3.2我国直流输电工程（续1）（5）2003年，三（峡）常（州）直流输电工程，±500kV，3000MW，860km；（6）2004年，三（峡）广（东惠州）直流输电工程，±500kV，3000MW，975km；（7）2004年，贵（州安顺）广（东肇庆）直流输电工程（贵广I），±500kV，3000MW，900km；（8）2005年，（河南）灵宝背靠背直流输电工程，±120kV，360MW；1.3.2我国直流输电工程（续2）（9）2006年，三峡到上海（三沪）±500kV，3000MW，1050km；（10）2007年，贵广II回，±500kV，3000MW，1194km；截至2007年，我国直流输电工程已达到十个，其中七个为架空线，一个背靠背，两个电缆线。总输送容量达到18360MW，输电线路总长度达到13970公里。我国在直流输电线路总长度、输送总容量方面，位居世界第一。1.3.3特高压直流输电工程±800kV云南—广东的特高压直流电输电工程（南网），5000MW，±800kV，1418km，从云南楚雄到广东穗东。工程静态总投资超100亿元，2009年12月28日，世界上第一个±800千伏特高压直流输电工程——云南至广东特高压直流输电工程成功实现单极投产开始单极投入运行。2010年6月18日，双极竣工投运。（四川宜宾）向家坝—上海±800kV特高压直流输电示范工程（国网）投入运行。2010年7月8日。1907km，6400MW，从云南宜宾复龙换流站到上海奉贤换流站。是我国自主研发、自主设计和自主建设的，是世界上电压等级最高、输送容量最大、送电距离最远、技术水平最先进的直流输电工程，也是我国能源领域取得的世界级创新成果，代表了当今世界高压直流输电技术的最高水平。目前，世界上只有日本和俄罗斯拥有1000kV特高压交流输电网络，且都是短距离输电。±800kV的特高压直流输电工程在世界上尚无先例。世界的直流在中国！特高压直流输电工程：世界首个±660kV直流输电工程投运2011年2月28日，中国“西电东送”的北通道“宁东－山东”660千伏直流输电工程正式投运。这一工程西起宁夏银川，东至山东青岛，全长1333公里，总投资近104亿元，是世界首个660千伏等级的直流输电工程。截止2011年，中国直流工程:已建成直流输电工程18项总输送容量4638万千瓦线路全长15008公里正在建设的HVDC工程有7个，HVDC-LIGHT工程有2个在世界上率先建成±800kV和±660kV直流示范工程，中国已成为世界上投运直流输电工程最多、直流输电技术应用最全面的国家，在高压直流输电领域实现了“中国创造”和“中国引领”。中国已投运18项直流工程（截止2011年）工程名称直流电压输送容量输送距离投运时间投资方葛南直流±500kV1200MW1045km1990国网天广直流±500kV1800MW960km2001南网三常直流±500kV3000MW860km2003国网贵广I回±500kV3000MW899km2004南网三广直流±500kV3000MW975km2004国网灵宝背靠背及其扩建120/167kV360+750MW02005/2009国网三沪直流±500kV3000MW1048.6km2006国网贵广II回±500kV3000MW1225km2007南网高岭背靠背±125kV750MW02008国网德阳宝鸡直流±500kV3000MW574km2009国网呼伦贝尔辽宁直流±500kV3000MW908km2010国网云广直流±800kV5000MW1437km2010南网向上直流±800kV6400MW1907km2010国网宁东直流±660kV4000MW1335km2011国网三沪II回±500kV3000MW1106km2011国网青藏直流400kV600MW1038km2011国网南汇风电场柔性直流30kV20MW8.4km2011国网黑河背靠背±125kV750MW02011国网1.3.4我国直流输电工程规划（“十二五”直流输电工程）序号项目起点落点电压等级（千伏）输送容量(万千瓦)长度（公里）1锦屏～苏南锦屏苏南±80072020832高岭背靠背高岭高岭±1257503哈密～河南哈密郑州±80076022104溪洛渡～浙江溪洛渡浙西±80076016805宝清～唐山宝清唐山±80076015006酒泉～湖南酒泉湘潭±80076023007呼盟～山东呼盟青州±80076016008陕西～山东彬长临沂±80076012009哈密北～重庆哈密重庆±800760230010宁东-浙江宁东绍兴±800760200011锡盟～江苏锡盟泰州±800760160012蒙西～湖北蒙西武汉±800760145013陇东～江西陇东新余±800760140014准东～成都准东成都±1100105026871.3.4最近已投运或即将投运的直流输电工程•锦屏-苏南±800kV，2012.12.12投运；•高岭背靠背±125kV（二期扩建），2012.11.6投运；•哈密-河南郑州±800kV，2012.5开工，2014.1.27投运；•溪洛渡～浙江±800kV，2012.7开工，2014.7.3投运；•哈密北～重庆±800kV，2012.5开工，预计2014年下半年投运；•宁东-浙江±800kV，已获准开工；1.4对直流输电的基本要求•能够灵活控制输送的（直流）电功率（大小可调；一般情况下，应能够正反双向传送电功率（功率方向可变）；•维持直流线路电压在额定值附近；•尽可能降低对交流系统的谐波污染；•尽可能平衡换流器吸收的无功功率；•尽可能降低流入大地的电流；第一次作业•交流输电或直流输电线路的额定电压提高一倍，其功率输送能力能够提高多少倍？为什么？请予以证明。•为什么电缆的交流输电距离不能长？•由电力电子技术知，换流器有：二极管换流器、晶闸管换流器和IGBT换流器。试问：能否用不同形式的换流器构成混合式直流输电？分析所构成的直流输电系统能否双向传输功率？二、高压直流输电系统的基本构成2.1基本概念：（1）单极（相对大地，只有一个正极或负极）、双极；（2）双端（两个换流站：一个整流站和一个逆变站）、多端；（3）金属回线、大地回线；（4）背靠背（无输电线路）；2.2双端直流输电的典型构成1.单极大地回线；2.单极金属回线；3.双极大地回线（最常用）；4.双极单端接地（很少用）；5.双极金属回线（较少用）；6.并联式背靠背；7.串联式背靠背。2.3多端直流输电的型式1.三端并联型；2.三端串联型；双端、多端=所接换流站的个数（交流电网接入点的个数）多端直流输电的特点1.可以经济地连接多个交流系统；2.因缺少大容量直流断路器，无法切除输电线路的短路故障，因而限制了它的发展；•意大利到撒丁岛和柯西岛的三端直流输电于80年代投运；•美国波士顿经加拿大魁北克到詹姆斯湾拉迪生的五端直流输电工程，1992年全部建成投运。•目前世界上的直流输电系统基本上都是双端系统。本课程也主要介绍双端系统。第二次作业•为什么双极大地回线的运行方式最为常用？•大地回线与金属回线相比，有何优点和缺点？•过多的大地电流有何不利影响？•背靠背直流输电有何作用？•怎样区分两端直流输电和多端直流输电？•多端直流输电系统有什么优点和不便？三、换流技术复习1.晶闸管三相全控整流桥的电路图；2.三相全控桥的波形图（直流电压、直流电流、晶闸管电流、交流线电流）；3.三相全控桥的计算公式（直流电压、晶闸管额定电压、晶闸管有效电流、平均电流和额定电流、交流线电流有效值）；4.三相全控桥的外特性和等值电路（变压器漏抗的影响，整流和逆变工况）；5.双桥换流器（电路、波形、公式、外特性和等值电路等）；3.1三相全控整流电路原理图3.1三相全控桥电路图电路图要点：（1）大电感负载（符合直流输电工程实际）；（2）交流输入电压的相序与晶闸管触发顺序的关系；（3）阀的组成、静态均压和动态均压原理与电路；（4）均压系数、电压裕度系数；（5）阀串联元件数的确定；（6）电压变化率限制和电流变化率限制。3.2三相全控桥的波形图（1）直流输出电压（不同控制角）；（2）直流电流；（3）