(完整版)高压直流输电

2020/11/12高压直流输电HVDCtransmissionchap.1绪论2020/11/122HVDCHighVoltageDirectCurrenttransmissionchap.1绪论2020/11/123主要参考书韩民晓，等编著．高压直流输电原理与运行．北京：机械工业出版社，2009．浙江大学发电教研组直流输电科研组．直流输电．北京：水利电力出版社，1985．赵畹君，等．高压直流输电工程技术．北京：中国电力出版社，2004．徐政．交直流电力系统动态行为分析．北京：机械工业出版社，2004．chap.1绪论2020/11/124课程安排第一章绪论第二章高压直流输电系统的主要设备第三章换流器工作原理第四章高压直流输电的谐波抑制与无功补偿第五章直流控制与保护第六章直流输电新技术chap.1绪论2020/11/125第一章绪论1.1高压直流输电的构成1.1.1高压直流输电的概念HVDC组成：整流站、直流输电线路、逆变站HVDC主要作用：远距离大功率输电，联网等。高压直流输电技术是电力电子技术在电力系统中应用最早、最成熟的技术。交流系统I交流系统IIchap.1绪论2020/11/1261.1.2高压直流输电的分类一、按工程结构分类分类I（按换流站数量分类）两端直流输电(或“点对点直流输电”)多端直流输电分类II（按线路长度分类）长距离直流输电背靠背直流输电分类III（按电压等级分类）（超）高压直流输电特高压直流输电chap.1绪论2020/11/1271.1.2高压直流输电的分类二、按工程性质分类远距离大容量直流架空线路工程;背靠背直流联网工程;跨海峡的直流海底电缆工程;向大城市送电的直流地下电缆工程;向孤立的负荷点送电或从孤立的电站向电网送电的直流工程;交直流并联输电系统。chap.1绪论2020/11/128我国主要直流输电工程类型我国直流输电工程类型工程名称额定功率/MW额定电压/kV投产年份按工程结构分类按工程性质分类葛-南1200±5001989双极两端工程远距离大容量直流架空线路工程天-广1800±5002000远距离大容量直流架空线路工程；交直流并联输电系统三-常3000±5002002远距离大容量直流架空线路工程三-广3000±5002004三-沪3000±5002006贵-广I、II3000±5002004/2007云-广5000±8002010向-上7200±8002010舟山50-1002010单极两端工程跨海峡的直流海底电缆工程；向孤立的负荷点送电的直流工程灵宝3601202005背靠背工程背靠背直流联网工程高岭1500±1252008chap.1绪论2020/11/1291.1.2高压直流输电的分类重点介绍：两端直流输电、多端直流输电目前，世界上90多个直流输电工程中，绝大部分为两端直流输电系统，只有2个工程为多端直流输电系统，另有2个为具有多端直流输电性质的直流工程。chap.1绪论2020/11/12101.1.2高压直流输电的分类类型：由两侧换流站及直流输电线路组成的交-直-交变换的系统，称为两端直流输电系统。两端直流输电多端直流输电单极双极同极长距离背靠背chap.1绪论2020/11/12111.1.2.1单极两端直流输电系统单极大地回线方式单极金属回线方式单极双导线并联大地回线方式地电流问题chap.1绪论2020/11/12121.1.2.1单极两端直流输电系统特点：接线简单、可靠性和灵活性差使用情况：较少有实际工程，多为：1）双极系统分期建设；2）双极系统一极停运时，健全极继续运运行时出现的运行方式。我国舟山直流工程为该类型。chap.1绪论2020/11/12131.1.2.2双极两端直流输电系统双极一端中性点接地式双极两端中性点接地式双极金属中线式chap.1绪论2020/11/12141.1.2.2双极两端直流输电系统特点：正常运行时，地电流小（1%IdN），一般不会引发地电流问题；可靠性和灵活性高；输电线路的电磁干扰小；传输功率大；投资大。因此，是使用最广泛的直流工程。1)地下金属电化学腐蚀;2)地下电磁干扰;3)变压器直流偏磁。双极方式HVDC原理图chap.1绪论2020/11/12151.1.2.3同极两端直流输电系统同极两端HVDC系统两组单极并联式HVDC系统Id－＋－＋－＋－＋IdI0chap.1绪论2020/11/12161.1.2.3同极两端直流输电系统特点：正常时中性线上有2倍的极电流，故使用很少。直流工程：EELRiver背靠背工程（加拿大）：2×80kV，2×160MW斯蒂加尔背靠背工程（美国）：50kV，100MW新信侬背靠背工程（日本）：125kV，300MWchap.1绪论2020/11/12171.1.2.4背靠背直流输电系统背靠背直流输电系统：直流线路长度为零的HVDC系统。又称为“背靠背换流站”，“非同步联络站”，或“变频站”。接线方式：单极、双极或同极方式用途：Back-to-backHVDCtransmission,b-t-bHVDCtransmission主要用于联网，尤其是非同步联网。chap.1绪论2020/11/12181.1.2.4背靠背直流输电系统主要特点：直流侧可选择低电压、大电流运行，从而充分利用大截面晶闸管的通流能力，降低直流线损；换流站设备数量及额定值均减少，造价比同规模常规换流站降低约15%～20%；控制系统响应速度更快。灵宝，高岭chap.1绪论2020/11/12191.1.2.5多端直流输电系统多端直流输电系统：由2个以上换流站及其所连直流输电线路组成的直流输电系统，称为多端直流输电系统。分类：按换流站间的连接方式分类：并联、串联式按直流线路的连接方式分类：辐射（分支，树枝）、闭环形Multi-terminalHVDCtransmissionsystem，MTDCchap.1绪论2020/11/12201.1.2.5多端直流输电系统一、并联式MTDC种类：辐射状直流网络型并联式MTDC闭环状直流网络型并联式MTDC主要特点：靠改变换流站的直流电流实现站间功率调节和分配；功率调节范围宽，0.1～1.5p.u.；潮流反转操作复杂。应用：魁北克－新英格兰五端直流输电，意大利-科西嘉-撒丁岛三端直流输电。chap.1绪论2020/11/12211.1.2.5多端直流输电系统二、串联式MTDC主要特点：主要靠改变换流站的直流电压来实现站间功率调节和分配；潮流反转操作快速方便；功率调节范围窄；绝缘配合复杂；一段直流线路的永久性故障将导致整个MTDC停运。应用：无串联MTDC原理图chap.1绪论2020/11/12221.1.2.5多端直流输电系统MTDC特点（与多个两端HVDC系统比较）：经济、控制保护系统以及运行操作复杂适用场合：多电源供电或多落点受电的输电；直流线路中途分支接入电源或负荷；将几个孤立的交流系统实现非同步联网；将交流系统分成多个孤立运行的电网。辐射状直流网络形并联式MTDC图chap.1绪论2020/11/12231.2高压直流输电的特点及适用场合1.2.1高压直流输电的优点一、从技术性看，HVDC具有如下优点：1.有利于改善交流系统的稳定性交流系统稳定问题—分类1：静态稳定暂态稳定—分类2：频率稳定电压稳定适合远距离、大容量输电chap.1绪论2020/11/12241.2.1高压直流输电的优点2.实现交流系统的非同步联网（输电）非同步联网：通过HVDC实现的两个交流系统的互联非同步运行的好处：•被联电网可保持自己的电能质量（如频率、电压）而独立运行；•被联电网之间交换的功率可快速方便地进行控制，有利于运行和管理。只有直流输电能实现非同步联网包含：抽水蓄能机组chap.1绪论2020/11/12251.2.1高压直流输电的优点3.相同电压等级下，输送功率更大2*3000MW、±500kVHVDC4.有功、无功功率快速可控，有利于改善交流系统的运行性能chap.1绪论2020/11/12261.2.1高压直流输电的优点5.限制交流系统短路容量6.线路故障时的自防护能力强单片绝缘子损坏故障恢复时间：•交流：三相停运•直流：降压运行•交流单相：0.6～1.0s•直流单极：0.2～0.35schap.1绪论2020/11/12271.2.1高压直流输电的优点二、从可靠性看，HVDC具有如下优点：可靠性指标：强迫停运率、电能不可用率等名称交流直流交流直流单回双回单极双极单回双回单极双极线路[次/百公里.年]0.2990.0540.1260.0550.290.0540.140.01两端变电（换流）站（次/年）0.560.124.800.200.60.061.40.25交直流工程综合强迫停运率chap.1绪论2020/11/12281.2.1高压直流输电的优点二、从可靠性看，HVDC具有如下优点：直流输电与交流输电的可靠性相当交直流输电线路电能不可用率名称电能不可用率输电容量损失50％输电容量损失100％交流直流交流直流线路0.750.070.0500.016变电（换流）站0.070.620.0070.002总计0.820.690.0570.018chap.1绪论2020/11/12291.2.1高压直流输电的优点三、从经济性看，HVDC具有如下优点：1.线路造价低2.运行损耗小输送同样功率条件下，直流架空线路节省1/3的导线，1/3～1/2的钢材，造价为交流线路的60％～70％。线路有功损耗小几乎无线路无功损耗线路电晕损耗小1200MW损耗图环境污染小：电晕损耗和无线电干扰小chap.1绪论2020/11/12301.2.1高压直流输电的优点三、从经济性看，HVDC具有如下优点：3.特别适合电缆输电输送容量大输送距离不受限制造价低损耗小重量轻不易老化寿命长直流电缆线路适合于难以或不便装设无功补偿处chap.1绪论2020/11/12311.2.2高压直流输电的缺点1、换流站设备多、结构复杂、造价高、损耗大、运行费用高；chap.1绪论2020/11/12321.2.2高压直流输电的缺点2、换流器产生大量谐波；3、换流器无功消耗量大;30%～50%Pd(整流器）40%～60%Pd(逆变器)换流器吸收无功功率:4、换流器过载能力低；5、在某些运行方式下，对地下（或海中）物体产生电磁干扰和电化学腐蚀。短期过载（2h）：1.1p.u.暂时过载（3-10s）：1.25-1.5p.u.chap.1绪论2020/11/12331.2.3高压直流输电的适用场合高电压、远距离、大容量输电；跨海送电；不同额定频率电网的联网或相同额定频率电网的非同步联网（输电）；由地下电缆向大城市供电；交流系统互联或者配电网增容时，作为限制短路容量的措施之一；配合新能源输电。chap.1绪论2020/11/12341.2.3高压直流输电的适用场合等价距离：HVDC与HVAC总投资费用相等时，输电线路的长度。500kV架空线路：400-600km800kV架空线路：700-900km电缆线路：20-40kmchap.1绪论2020/11/12351.3HVDC的历史与国外发展现状人类输送电力已有一百多年的历史。输电方式是从直流输电开始的。1874年在俄国彼得堡第一次实现了直流输电，当时输电电压仅100V。1928年，具有栅极控制能力的汞弧阀研制成功，使高压直流输电成为现实。chap.1绪论2020/11/12361.3HVDC的历史与国外发展现状HVDC标志性事件1、1882年，德国，HVDC首次成功试验送端受端技术指标米期巴赫煤矿(Miesbach)慕尼黑国际展览会(Munich)2kV,1.5kW，57km电报线特点:①第一个电力系统；②线路损耗：78%；③从此进入试验性阶段chap.1绪论2020/11/