高压直流输电系统ppt课件

1、了解直流输电的历史以及直流输电技术在我国的应用；2、直流输电与交流输电的性能比较；3、高压直流输电联络线的分类及直流输电的基本原理。直流输电的发展1、电力技术的发展是从直流电开始的2、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3、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。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。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。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。以后建的直流输电工程均采用晶闸管换流阀，晶闸管阀已成为直流换流站的标准设备。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。ThyristorValvehallinterior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。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。何谓轻型高压直流？轻型高压直流输电技术是近几十年来发展的最为振奋人心的输电技术HVDCLight®是为采用地下或水下输电而设计的最新的输电系统，也可适合于远距离输电。该技术提供了很多对环境的好处，包括电力线路不可见，中性的电磁场，干式电缆和紧凑型的换流站。轻型直流提高了电网的可靠性，该技术提高了高压直流输电的经济功率低到几十兆瓦。轻型直流的容量上限可达到1200MW，±320kV。轻型直流输电系统可以快捷地安装，作为传统的交流输电系统和就地的发电的替代。轻型直流的应用包含以下各种可能：连接风力发电场和电力网地下电力输送为海岛或海上石油或天然气的钻油平台提供电力连接异步的交流电网城市中心的供电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。云南—广东±800kV直流输电工程，额定容量5000MW,2010年实现双极投运。金沙江一期工程，向家坝、溪洛渡水电站至华中、华东三回±800kV直流输电工程也在规划和建设之中。•向家坝至上海±800kV特高压直流输电工程：ConnectionpointXiangjiaba:FuLongsubstationConnectionpointShanghai:FengXiansubstationOwnership:StateGridCorporationofChinaStartofproject:December2007Commissioningyear:Pole1andbipole:2010Transmissiontechnology:UHVDC,UltraHighVoltageDirectCurrentTransmissioncapacity:6400MWNo.ofpoles:2DCvoltage:±800kVLengthofoverheadDCline:2071kmACvoltage:525kV(bothends)The800kVvoltageisformedbytwo400kVseriesconnected12-pulseconverters.MainreasonforchoosingHVDC:Longdistance,networkstability,lowlosses,environmentalconcerns•Formoreinformation,pleasevisit:脉波换流桥换流变压器换流桥n三相交流IdpVd～～～负载i3i1Ld=∞i5vbvcvaiaibicv1v3v5Vdi2i6i4v4v6v2LcLcLceaebecNIdpn±800kV复龙换流站ThreeGorges-GuangdongHVDCTransmissionJingzhouarealoverview三广直流工程惠州换流阀Valvehallwithsixdoublevalvesfor1,500MW.ThreeGorges-ShanghaiHVDCTransmissionDCyardandconverterbuildinginYidu截至2007年，我国直流输电线路总长度达7085km，输送容量达1856万kW，线路总长度和输送容量均居世界第一。与此同时，超高压直流输电工程的设计建设、运行管理和设备制造水平也达到国际领先地位。为优化配置能源资源，我国正在实施发展特高压输电、大核电、大水电、大煤电的“一特三大”战略。到2020年，我国将建成覆盖华北、华中、华东地区的特高压交流同步电网，建成±800kV向家坝一上海、锦屏一苏南、溪洛渡一株洲、溪洛渡一浙西等特高压直流工程，包括特高压直流换流站约30座，线路约2．6万km，输送容量达9440万kW，成为世界上拥有直流输电工程最多、输送线路最长、容量最大的国家。高压直流输电运行特性及其与交流输电的比较技术性可靠性经济性1、技术性能高压直流输电系统具有下列运行特性（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。（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。从自身恢复的能力看，交流线路采用单相重合闸，需要满足单相瞬时稳定，才能恢复供电，直流则不存在此限制条件。若线路上发生的故障在重合（直流为再启动）中重燃，交流线路就三相跳闸了。直流线路则可用延长留待去游离时间及降压来进行第2、第3次再启动，创造线路消除故障、恢复正常运行的条件。对于单片结缘子损坏，交流必然三相切除，直流则可降压运行，且大都能取得成功。因此，对于占线路故障80~90%的单相（或单极）瞬时接地而言，直流比之交流具有响应快、恢复时间短、不受稳定制约、可多次再启动和降压运行来创造消除故障恢复正常运行条件等多方面优点。（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。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。（4）潮流和功率控制交流输电取决于网络参数、发电机与负荷的运行方式，值班人员需要进行调度，但又难于控制，直流输电则可全自动控制。直流输电控制系统响应快速、调节精确、操作方便、能实现多目标控制。（5）短路容量两个系统以交流互联时，将增加两侧系统的短路容量，有时会造成部分原有断路器不能满足遮断容量要求而需要更换设备。直流互联时，不论在哪里发生故障，在直流线路上增加的电流都是不大的，因此不增加交流系统的断路容量。（6）电缆电缆绝缘用于直流的允许工作电压比用于交流时高两倍，例如35kV的交流电缆容许在100kV左右直流电压下工作，所以在直流工作电压与交流工作电压相同的情况下，直流电缆的造价远低于交流电缆。CablelayingprojectConductorAluminumorcopperConductorscreenSemi-conductivepolymerInsulationCrosslinkedHVDCpolymerInsulationscreenSemi-conductivepolymerMetallicscreenCopperwiresSwellingtapeAluminumlaminateOutercovering/SheathPolyethylene（7）输电线路的功率损耗比较在直流输电中，直流输电线路沿线电压分布平稳，没有电容电流，在导线截面积相同，输送有用功率相等的条件下，直流线路功率损耗约为交流线路的2/3。并且不需并联电抗补偿。（8）调度管理由于通过直流线路互联的两端交流系统可以又各自的频率，输电功率也可保持恒定（恒功率、恒电流等）。对送端而言，整流站相当于交流系统的一个负荷。对受端而言，逆变站则相当于交流系统的一个电源。互相之间的干扰和影响小，运行管理简单方便，对我国当前发展的跨大区互联、合同售电、合资办电等形成的联合电力系统，尤为适宜。（9）线路走廊按同电压500kV考虑，一条500kV直流输电电线路的走廊约40m，一条500kV交流线路走廊约为50m，但是1条同电压的直流线路输送容量约为交流的2倍，直流输电的线路走廊其传输效率约为交流线路的2倍甚至更多一点。下列因素限制了直流输电的应用范围：（1）直流断路器的费用高；（2）不能用变压器来改变电压等级；（3）换流设备的费用高；（4）由于产生谐波，需要交流和直流滤波器，从而增加了换流站的费用；（5）控制复杂。克服以上缺点，依赖技术是：（1）直流换流器的进展；