高压直流输电(HVDC)

高压直流输电（HVDC）刘战硕研11-03班高压直流输电1、高压直流输电的发展2、高压直流输电工程的特点3、高压直流输电工程的系统构成4、柔性直流输电5、高压直流输电系统构成方式6、中国的高压直流输电工程2020年12月1日22020年12月1日3HVDCRectifierInverterLine/CableACsystemACsystemHVDCHighVoltageDirectCurrent2020年12月1日电力技术的发展是从直流电开始的，早期的直流输电是从直流电源送往直流负荷，不需要经过换流，如1882年在德国建成的2kV、1.5kW、57km向慕尼黑展览会的送电工程。采用直流输电，必须解决换流问题。因此，直流输电的发展与换流技术的发展有密切的联系。直流输电的发展可分为以下几个时期：一、HVDC的发展1、汞弧阀换流时期1901年发明的汞弧整流管只能用于整流，不能逆变。1928年研制成功了具有栅极控制能力的汞弧阀，它不但可以用于整流，而且还可以进行逆变。大功率汞弧阀的问世是直流输电成为现实。但是，汞弧阀制造技术复杂、价格昂贵、逆弧故障率高，可靠性低、运行维护不方便，这些使得直流输电的发展受到限制。2020年12月1日52、晶闸管换流时期20世纪70年代以后，电力电子技术与微电子技术的发展，高压大功率晶闸管的问世，晶闸管换流阀和微机控制技术在直流输电工程中的应用，这些进步有效地促进了直流输电技术的发展。晶闸管换流阀比汞弧阀有明显的优势，以后所建的直流工程均采用晶闸管换流阀。2020年12月1日63、新型半导体换流设备的应用20世纪90年代以后，新型半导体器件绝缘栅双极晶体管（IGBT）得到广泛应用。1997年3月，世界第一个采用IGBT组成电压源换流器的直流输电工业性试验工程在瑞典中部投入运行。2020年12月1日7由于IGBT单个元件的功率小，损耗大，不利于大型直流输电工程采用，新型集成门极换流晶闸管IGCT和大功率碳化硅元件具有电压高、通流能力强、损耗低、体积小、可靠性高，并且具有自关断能力。因此，这些新型的半导体器件将会取代普通晶闸管，将在高压直流输电的发展中起到关键的推动作用。2020年12月1日82020年12月1日9HVDC技术的发展历史汞弧整流器，50kV/200A真空管控制装置第一个可控硅阀，50kV/200A用作监控的显示器悬挂式可控硅阀，150kV/914A采用微型机的控制系统HVDC的发展二、直流输电工程的特点与高压交流输电相比较，直流输电具有以下优点：1、输送相同功率时，线路造价低；2、线路损耗小；3、适宜于海底输电；4、没有系统稳定问题；5、能限制系统的短路电流；2020年12月1日106、调节速度快，运行可靠；7、实现交流系统的异步连接；8、直流输电可方便的进行分期建设和增容扩建，有利于发挥投资效益。2020年12月1日11直流输电工程的缺点与高压交流输电相比较，直流输电具有以下缺点：1、换流站的设备较昂贵；2、换流装置要消耗大量的无功功率；3、产生谐波影响；4、换流装置几乎没有过载能力，对直流系统的运行不利；5、缺乏高压直流开关；2020年12月1日126、直流输电利用大地或海水为回路带来了一些技术问题；7、直流输电线路难于引出分支线路，绝大部分只用于端对端送电。2020年12月1日13直流输电应用的场合：1、远距离大功率输电；2、海底电缆送电；3、不同频率或同频率非周期运行的交流系统之间的联络；4、用地下电缆向大城市供电；5、配合新能源输电；2020年12月1日142020年12月1日15高压直流输电系统的经济优势：等价距离2020年12月1日16高压直流输电系统的经济优势：等价距离直流输电线造价低于交流输电线路但换流站造价却比交流变电站高得多。一般认为架空线路超过600-800km，电缆线路超过40-60km直流输电较交流输电经济。随着高电压大容量可控硅及控制保护技术的发展，换流设备造价逐渐降低，等价距离缩短，使直流输电近年来发展较快。我国葛洲坝一上海1100km。2020年12月1日17高压直流输电系统的经济优势：线损2020年12月1日18高压直流输电系统的经济优势：环境2020年12月1日19三相电源换流站输电电缆或者架空线换流站交流电网三、HVDC系统的组成2020年12月1日20高压直流输电的主要设备是两个换流站和直流输电线。两个换流站分别与两端的交流系统相连接。HVDC的核心有两个：整流与逆变HVDC系统的组成2020年12月1日21换流站的主要设备包括换流器、换流变压器、平波电抗器、交流滤波器、直流避雷器及控制保护设备等。换流器又称换流阀是换流站的关键设备，其功能是实现整流和逆变。目前换流器多数采用晶闸管可控硅整流管)组成三相桥式整流作为基本单元，称为换流桥。一般由两个或多个换流桥组成换流系统，实现交流变直流直流变交流的功能。HVDC系统的组成柔性直流输电的技术特点柔性直流输电是以全控型电力电子器件、电压源换流器和新型调制技术为突出标志的新一代直流输电技术，具有无需无功补偿和电网支撑换相、占地面积和环境影响小等特点；柔性直流输电系统适用于可再生能源发电并网、孤岛和城市供电等方面，特别是在风力发电并网方面，柔性直流输电系统的综合优势最为明显；柔性直流输电技术在提高电力系统稳定性，增加系统动态无功支撑，改善电能质量，解决非线性负荷、冲击性负荷和三相不平衡等产生的问题，保障敏感设备供电等方面也都具有较强的技术优势；柔性直流输电技术开发的作用和意义柔性直流输电是构建智能化电网的重要装备，对于坚强智能电网的建设和电网的经济、安全、可靠运行，有着显著的促进作用。四、柔性直流输电多端直流互联风电场并网海上钻井平台/孤岛供电电网互联/电力交易太阳能发电并网特大城市供电柔性直流输电典型应用领域柔性直流输电技术是当今世界上电力电子应用技术的制高点；目前国际上还只有ABB一家公司有商业运行的柔性直流输电工程；国内外发展现状我国在柔性直流输电技术研究方面的起步相对较晚，与国际先进水平相比具有一定的差距；但由于柔性直流输电本身具有的巨大优势，国内多个科研机构和高校都积极开展了柔性直流输电的相关研究工作，取得了显著的成果。阀基控制器机柜换流阀机柜柔性直流输电关键技术研究变压器桥臂电感交流电源控制器阀基控制VBC有功、无功量控制、系统保护电容电压平衡控制、阀保护SM1SM2SMnSM1SM2SMnSM1SM2SMnSM1SM2SMn有功、无功量控制、系统保护电容电压平衡控制、阀保护控制器阀基控制VBC调压器iSMT1T2合闸电阻变压器桥臂电感交流电源调压器合闸电阻柔性直流输电系统低压样机原理及实物图2011年7月25日，亚洲首项柔性直流输电示范工程——上海南汇风电场柔性直流输电工程投入正式运行。这是我国第一条拥有完全自主知识产权、具有世界一流水平的柔性直流输电线路，它的成功投运标志着我国在智能电网高端装备方面取得重大突破。工程的投运将打破ABB在柔性直流输电工程上的独家垄断地位。柔性直流换流站阀电抗器电容器交流系统柔性直流输电示范工程建设示范工程换流站效果图示范工程原理图2020年12月1日27五、HVDC系统构成方式MonopolarTransmissionLineTerminalATerminalBBipolarTransmissionLineTerminalATerminalBPole1Pole2单极系统双极系统2020年12月1日28双极系统：双极运行方式Pole1Pole2TerminalATerminalBTransmissionLine1TransmissionLine22020年12月1日29双极系统：单极运行、大地回路方式Pole1Pole2TerminalATerminalBTransmissionLine1TransmissionLine22020年12月1日30双极系统：单极运行、金属回路方式Pole1Pole2TerminalATerminalBTransmissionLine1TransmissionLine22020年12月1日31双极系统：单极双线并联运行、大地回路方式Pole1Pole2TerminalATerminalBTransmissionLine1TransmissionLine22020年12月1日32双极系统：单极开路试验方式Pole1Pole2TerminalATerminalBTransmissionLine1TransmissionLine22020年12月1日33国内已建成的HVDC线路•宁波－舟山群岛（100kV，50MW，1988年投运）•上海－嵊泗群岛（±50KV，60MW，2002年投运）•葛洲坝－上海（500kV，1200MW，1989年投运）•天生桥－广州（500kV，1800MW，2001年双极投运）•三峡左岸－常州（500kV，3000MW，2003年投运）•三峡－广东（500kV，3000MW，2004年投运）•贵州－广东（500kV，3000MW，2004年投运）•灵宝背靠背（西北－华中联网工程，2005年投运）六、我国的HVDC工程2020年12月1日34国内部分在建及规划的HVDC线路•三峡－上海（500kV，3000MW，预计2007年投运）•贵州－广东二回（500kV，3000MW，预计2007年投运）•金沙江向家坝、溪洛渡外送工程（更高电压等级？）•澜沧江水电外送工程•……三、我国的HVDC工程±500kV3000MW2009呼伦贝尔至辽宁±125kV750MW2009黑河BTB±800kV6400MW2010向家坝至上海±500kV3000MW2009德阳至宝鸡LongdistanceBTB±800kV5000MW2009云南至广东±660kV4000MW宁东至山东±500kV3000MW荆门至上海我国正在建设的高压直流输电工程东北电网西藏电网西北电网南方电网华东电网华北电网华中电网到2020年，我国预计将建设的直流输电工程达50项左右，其中包括30多个特高压工程，总投资达数千亿。2020年12月1日38TheEnd