高压直流输电 直流输电新技术

2020/5/15Chap.6直流输电新技术高压直流输电chap.6直流输电新技术2020/5/152课程安排第六章直流输电新技术6.1高压直流三极输电6.2特高压直流输电6.3柔性直流输电6.4电容换相换流器chap.6直流输电新技术2020/5/1536.1高压直流三极输电高压直流三极输电技术TripoleHVDCHVDC线路HVAC线路？高压直流输电chap.6直流输电新技术2020/5/1546.1高压直流三极输电提高交流输电传输容量的典型措施新建交流输电线路；改造为紧凑型交流输电线路；提高导线允许温度；利用电力电子技术，提高输送功率；增大导线截面积；提高输电电压等级。chap.6直流输电新技术2020/5/1556.1高压直流三极输电交直流转换技术交改双极直流；交改三极直流；交改双极与单极并联直流。HVAC线路HVDC线路chap.6直流输电新技术2020/5/1566.1高压直流三极输电交直流转换的意义新建输电线路的许可越来越难以获得，只好转为充分挖掘现有线路走廊潜力，增大输送功率；HVDC单位走廊的输送容量高于（甚至远高于）HVAC，且有利于提高系统的稳定性；交直流转换无技术障碍，投资增加有限，但增容显著。chap.6直流输电新技术2020/5/1576.1高压直流三极输电交直流转换的研究现状1997年首次提出三极直流输电的概念；2004年，Cigre发表了关于将220kV交流输电线路改造为直流输电线路对系统容量可能提升的研究报告；2005年，美国电科院与BPA合作，开展双向阀及三极直流输电的研究；2005年以来，在Cigre和IEEE会议刊物上发表文章10多篇，专利4个；主要研究人员：约8人。chap.6直流输电新技术2020/5/1586.1高压直流三极输电高压直流三极输电系统原理图chap.6直流输电新技术2020/5/1596.1高压直流三极输电三极直流输电原理电流调制控制b)电流调制波形a)三极直流原理图chap.6直流输电新技术2020/5/15106.1高压直流三极输电三极直流输电的特点较交流输电线路的传输容量提高近一倍；较常规HVDC的传输容量提高37%；对线路进行有限改造；设备利用率较常规HVDC的更高；属于前瞻性研究，尚无规模性试验。chap.6直流输电新技术2020/5/15116.1高压直流三极输电三极直流输电的关键问题直流电流的确定；直流电压的确定：电磁场限制；交流线路改造力度；投资；线路走廊。chap.6直流输电新技术2020/5/15126.2特高压直流输电特高压电网由特高压骨干网架、超高压、高压输电网、配电网以及高压直流输电系统共同构成的分层、分区，结构清晰的大电网。（国家电网）特高压骨干网架由1000kV级交流输电网和800kV级以上直流输电系统构成的电网。特高压输电分类特高压交流输电（UHVACtransmission）特高压直流输电（UHVDCtransmission）2005年同步电网图chap.6直流输电新技术2020/5/15136.2.1特高压电网建设的必要性1、发电能源资源和经济发展呈逆向分布，决定了能源资源必须在全国范围内优化配置运煤发电环境污染严重。运煤发电交通运输压力大。一座5GW的电厂日耗煤达4.1万吨，对铁路、公路的运输压力极大2、提高输送容量一回1000kV输电线路的自然功率接近5GW，约为500kV输电线路的5倍。±800kV直流输电线路的输电能力为6.4GW，是±500kV的2.1倍。能源分布，水能分布chap.6直流输电新技术2020/5/15146.2.1特高压电网建设的必要性3、缩短电气距离，提高稳定极限1000kV输电线路的电气距离相当于同长度500kV的1/4～1/5。即输送相同功率下，1000kV输电线路的最远送电距离是后者的4倍。±800kV直流的经济输电距离为2500km及以上。4、降低线路损耗相同条件下，1000kV线损是500kV的四分之一。相同条件下，±800kV线损是±500kV的39％。chap.6直流输电新技术2020/5/15156.2.1特高压电网建设的必要性5、减少工程投资单位输送容量综合造价：1000kV输电方案约为500kV的四分之三。±800kV输电方案约为±500kV的四分之三。6、节省走廊面积一回1000kV输电线路的单位走廊输送能力约为同类型500kV线路的3倍。±800kV直流输电线路的单位走廊输送能力是±500kV的1.29倍。chap.6直流输电新技术2020/5/15166.2.1特高压电网建设的必要性7、降低短路电流特高压长距离送电可减少负荷中心区装机需求，从而降低当地电网的短路电流幅值。实现分层分区布局，优化系统结构，从根本上解决短路电流超标问题。8、加强联网能力UHVAC同步联网可大大缩短电网间电气距离，提高稳定水平，发挥大同步电网的各项综合效益。增强电网间功率交换能力，实现更大范围内优化能源资源配置。chap.6直流输电新技术2020/5/15176.2.2特高压输电研究和应用概况6.2.2.1国外特高压输电研究和应用特高压直流输电技术起源于20世纪60年代，瑞典Chalmers大学1966年开始研究±750kV导线美国邦德维尔电力局（BPA）1970年规划建设1100kV远距离输电线路，建成2个试验场。美国电力公司（AEP）规划在765KV电网之上建设1500kV特高压输电骨干电网，建成特高压试验场。chap.6直流输电新技术2020/5/15186.2.2.1国外特高压输电研究和应用前苏联上世纪70年代规划，1981年起开始建设，建成1150kV线路900km，在额定电压下累积运行超过5年。1978年计划建设±750kV直流特高压，试制出工程所用的全套设备，两端换流站完成了大部分土建及设备安装工作，直流线路建成1090km。chap.6直流输电新技术2020/5/15196.2.2.1国外特高压输电研究和应用日本上世纪70年代规划，80年代初开始技术研究，建成1000kV同塔双回线路427km，目前降压500kV运行。意大利规划建设1050kV特高压输电骨干网，建成试验站加拿大、巴西、印度加拿大、巴西分别研究过UHVAC和UHVDC技术，近年来，印度开始考虑UHVDC。chap.6直流输电新技术2020/5/15206.2.2.2国内特高压输电研究和应用2005年初，国网公司启动特高压输电工程关键技术问题的研究（研究内容共113项，其中直流56项，交流57项）。北京特高压直流试验基地于2007年5月投入使用。西藏高海拔直流试验基地于2008年建成。我国具备±1000kV及以下特高压直流输电工程在不同海拔高度下的电磁环境、空气间隙放电特性、绝缘子污秽放电特性、直流避雷器等设备关键技术的试验研究能力，试验功能达到了世界领先水平。chap.6直流输电新技术2020/5/15216.2.3特高压直流输电系统UltraHighVoltageDirectCurrenttransmission---UHVDCUHVDC的系统组成形式与超高压直流输电(EHVDC)相同，但单桥个数、输送容量、电气一次设备的容量及绝缘水平等相差很大。chap.6直流输电新技术2020/5/15226.2.3特高压直流输电系统1、换流站主接线典型方式:每极2组12脉动换流单元串联(图a)其他方式:每极2组12脉动换流单元并联(图b)400kV＋400kV6英寸ETT阀运行方式灵活平抗分布在极线和中性线chap.6直流输电新技术2020/5/15236.2.3特高压直流输电系统2、换流阀二重阀，空气绝缘，水冷却；控制角：整流器触发角15°，逆变器关断角17°chap.6直流输电新技术2020/5/15246.2.3特高压直流输电系统3、换流变压器型式:单相双绕组，油浸式短路阻抗：16%-18%有载调压开关:29档，每档1.25%chap.6直流输电新技术2020/5/15256.2.3特高压直流输电系统4、噪音治理换流变采用BOX-IN；平抗采取“穿衣戴帽”；换流站围墙加装隔音屏。换流变平抗chap.6直流输电新技术2020/5/15266.2.3特高压直流输电系统5、换流站平面布置高、低压阀厅及其换流变压器采用面对面布置方式，高压阀厅布置在两侧，低压阀厅布置在中间。chap.6直流输电新技术2020/5/15276.3柔性直流输电定义以可关断器件和PWM技术为基础的第三代直流输电技术，CIGRE和IEEE将其正式命名为“VSC-HVDC”，即“电压源换流器型高压直流输电”。名称CIGRE和IEEE：VSC-HVDCABB：HVDCLightSiemens：HVDCplus中国：柔性直流(HVDC-Flexible)输电（2006年5月后），轻型直流输电（2006年5月前）chap.6直流输电新技术2020/5/15286.3柔性直流输电已有柔性直流输电工程采用的VSC结构两电平换流器二级管箝位型三电平换流器模块化多电平换流器（MMC）chap.6直流输电新技术2020/5/15296.3.1电压源换流器工作原理1.两电平换流器工程应用：9个工程，如Heallsjon(3MW，瑞典)，Estlink（350MW，艾沙尼亚-芬兰）。图6-7调制电路V1V2V3V4VD1VD2VD3VD4ucV6VD6V5VD5VUWNN'C+C+urUurVurW2Ud2Uda)两电平换流器拓扑结构b)两电平换流器单相输出电压波形+Us-UdUd+Uo-+Ud-Udchap.6直流输电新技术2020/5/15306.3.1电压源换流器工作原理2.二级管箝位型三电平换流器工程应用：4个工程，如EaglePass（36MW，美国-墨西哥），EastWestInterconnector（500MW，爱尔兰）。a)换流器基本结构b)单相输出电压波形chap.6直流输电新技术2020/5/15316.3.1电压源换流器工作原理3.MMC工程应用：2个工程，如TransBayCable（400MW，美国），上海南汇（20MW，中国）a)MMC的基本结构b)子模块c)MMC的单相输出电压波形chap.6直流输电新技术2020/5/15326.3.2柔性直流输电的特点优点1）没有无功补偿问题；2）不存在换相失败故障；3）可向无源系统供电；4）可同时分别调节有功和无功；5）谐波水平低；6）适合构成多端直流系统；7）占地面积小。0sinsUUPX0(cos)ssUUUQXchap.6直流输电新技术2020/5/15336.3.2柔性直流输电的特点缺点1）损耗较大：常规换流站损耗0.8%，2电平或3电平换流站损耗≈2%，MMC换流站损耗≈1.5%；2）投资大；3）容量较小：目前已投运或即将投运的最大工程容量约1000MW左右；4）可同时分别调节有功和无功；5）不太适合长距离架空线路输电。2电平，3电平，MMCchap.6直流输电新技术2020/5/15346.3.3柔性直流输电的主要应用领域向偏远地区供电；离岸发电的联网；城市配电网增容改造；可再生能源发电；非同步运行的独立电网之间的联网；推动多端直流输电系统的发展；提高配电网电能质量。目前，已投运的柔性直流输电工程约15个，我国首个工程（上海南汇风电场，±30kV,300A）于2011年7月25日投运。1st试验工程,chap.6直流输电新技术2020/5/15356.4电容换相换流器起因：电网换相换流器要消耗大量无功功率换流器吸收无功功率:30%-50%Pd(整流器）40%-60%Pd(逆变器)因此，20世纪50年代有人提出强迫换相来降低换流器的无功消耗。方法：在换流器和换流变压器之间串联电容器来进行强迫换相chap.6直流输电新技术2020/5/15366.4电容换相换流器类型电容换相换流器（CCC-