特高压直流输电技术

1特高压直流输电技术黄勇国网直流建设部特高压直流输电技术一、直流输电技术发展历程二、直流输电技术基本原理三、特高压直流输电技术应用与实践四、直流输电技术发展趋势2一、直流输电技术发展历程（一）电的时间简史（二）直流输电的兴起（三）直流输电的发展3电是人类文明和社会进步的象征,与我们的生活息息相关。生活，因为电力而绚丽！（一）电的时间简史感恩与回顾：我们的生活因为电而改变；我们能创造人类所必须；谁为我们带来了这样的奇迹？电的时间简史…41.公元前6世纪泰勒斯記述了摩擦的琥珀吸引轻小物体和磁石吸铁現象。2.1600年，吉尔伯特著《磁石》一书，系统地论述了地球是个大磁石，初次提出摩擦吸引轻物体是摩擦使物体放出一种无重、无色的物质引起，称为“琥珀之力”，并借用希腊文琥珀一词创造出Electricity这个名词。3.1729年，英国人格雷确定物质可分为导体和绝缘体两部分。4.1747年，富兰克林发表电单流质理论，提出「正电」和「负电」概念。5.1752年，富兰克林作风筝试验，引天电到地面。6.1820年，奧斯特发现导线通电产生磁效应。7.1826年，欧姆提出欧姆定律。8.1831年，法拉第发现电磁感应现象。9.1840年，焦耳和楞次从电流的热效应发现所产生的热量与电流的平方、电阻及时间成正比，称焦耳-楞次定律。（一）电的时间简史510.1864年，麦克斯韦提出电磁场的基本方程组(后称为麦克斯韦方程组)，并推断电磁波的存在，奠定了电磁场理论的基础。11.1879年，爱迪生研制成功电灯（直流）。12.1882年，美籍南斯拉夫人特斯拉造出第一台交流发电机原型。奠定了近代电力工业的基础。13.1882年，爱迪生建成世界上第一座发电厂（直流）。14.1885年，制成交流发电机和变压器。15.1886年，建成第一个单相交流送电系统。16.1888年,制成交流感应式电动机。17.1891年，德国劳芬电厂安装了世界第一台三相交流发电机，建成第一条三相交流送电线路。（一）电的时间简史6直流电是最早的发电、输电和用电方式，但直流电机结构复杂，换相困难，运行费用高，可靠性差，难以实现远距离、大容量的输电。第一次远距离输电：1882年，法国物理学家多普勒，用装在斯巴赫煤矿中的直流发电机，以1.5-2kV直流电压，沿57km的电报线路，把1.5kW电力送到在慕尼黑举办的国际展览会上。1889年，法国用直流发电机串联，以125kV直流电压，沿230km线路，把20MW电力从毛梯埃斯（Moutiers）送到里昂（Lyon）。1888年三相交流电的出现是电工技术发展的一个重要里程碑，交流电网建设得到迅速发展，并很快占据了主导地位。能方便而又经济地升高或降低电压，使远距离输电成为可能。三相交流发电机和电动机结构简单，价格低，容量又可设计得很大。三相交流电气设备效率高，运行维护简单。（二）直流输电的兴起7交流输电在发展过程中也遇到了问题，系统稳定问题使输送功率受到了限制，无功问题限制跨海及地下电缆输电距离。这样，人们又回忆起直流输电的许多优点，如没有运行稳定问题；线路造价低、损耗少，不存在无功问题等等，而继续加以研究运用。但在当时发电和用电的绝大部分均为交流电的情况下，要采用直流输电，必须进行换流才能实现，因此，之后直流输电的发展就与换流技术发展建立了十分密切的关系。围绕换流技术的发展，直流输电的发展经历了汞弧阀换流时期、晶闸管阀换流时期及全控型器件换流时期，人类社会发展也步入到现代社会…（二）直流输电的兴起8（三）直流输电的发展电磁感应定律直流发电机三相交流变压器高压直流输电技术特高压直流输电技术1831年1870年1891年1954年2010年瑞典哥特兰岛直流工程是世界上首个商用高压直流输电工程，直流电压100kV、功率20MW。汞弧阀晶闸管阀9（三）直流输电的发展（1）汞弧阀时代（2）晶闸管换流阀时代（3）新型半导体IGBT的应用1011•汞弧阀于1901年发明成功，当时仅能用于整流。•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。•从1954年至1977年，世界上共有12个采用汞弧阀的直流输电工程投入运行。汞弧阀制造技术复杂、价格昂贵、逆弧故障率高、可靠性较低、运行维护不便（三）直流输电的发展哥特兰岛（Gotland）直流工程1954年，由瑞典ASEA承建的瑞典哥特兰岛直流工程投运，标志着现代直流输电技术正式实现工业应用。12世界上第一个工业性直流输电工程（直流电压为100kV，输送功率为20MW）世界上共有12项汞弧阀直流工程投入运行：首个工程——瑞典哥特兰岛直流工程末个工程——加拿大纳尔逊河I期工程最大容量——1600MW(美国太平洋联络线I期工程)最高电压——±450kV(加拿大纳尔逊河I期工程)最长距离——1362km(美国太平洋联络线)汞弧阀的工程应用1314•体积减小、成本降低；•可靠性提高；•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。晶闸管阀（三）直流输电的发展晶闸管换流阀的工程应用首个采用晶闸管阀的工程——哥特兰岛直流扩建工程（直流电压50kV，输送功率10MW）首个全部采用晶闸管换流阀的直流工程——加拿大依尔河直流工程（直流电压80kV，输送功率320MW）国外输送容量最大的工程——巴西伊泰普直流工程（直流电压±600kV，两回输送功率共6300MW，线路全长1590km）国内输送容量最大的工程——向家坝至上海特高压直流工程（直流电压±800kV，额定功率6400MW，最大连续输送功率7000MW，线路全长1907km）151617•进入20世纪90年代以后，新型金属氧化物半导体器件-绝缘栅双极晶体管（IGBT）研制成功并首先在工业驱动装置上得到推广应用。•1997年3月世界上第一个采用IGBT构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，其输送功率为3MW，输送电压为10kV，输送距离为10km。•这种换流器可以减少换流站的滤波装置，省去换流变压器，简化换流站结构，称之为轻型直流输电（HVDCLight），我国称为柔性直流。新型半导体换流设备（三）直流输电的发展世界直流输电技术发展（三）直流输电的发展准东-成都工程，1000万千瓦18阿根廷-巴西I&II(加勒比CCC)ItáRinconSantaMariaGarabi•采用电容换相换流器（CCC）的背靠背直流工程，额定容量2x1100MW，2000/2002年投运。•不同电压等级、不同频率异步联网(500kV,50Hz/525kV,60Hz)19瑞典－波兰直流联网工程典型单级电缆直流输电工程245km600MW450kV20魁北克–新英格兰,加拿大-美国直流输电工程HVDCClassic双极系统(多端)架空线,1480km2000MW+450kV21SaoPauloBrasiliaAtlanticOcean投运:1987传输功率:2*3100MW直流电压:±600kV传输距离:800km巴西伊泰普直流输电工程22~.10x700MW50HzBIPOLE1BIPOLE2500kV345kV~.10x700MW60Hz伊泰普电厂14,000MW500kV750kV4T500kV南部系统345kV500kV2T2TF.IGUAÇUIVAIPORÃITABERÁT.PRETO东南部系统+/-600kV2T南部－东南部互联系统伊泰普输电系统——交直流系统23±600kV直流输电线路大约80%为拉线式电杆导线4x644mm2巴西伊泰普直流输电工程24黑河工程,中俄联网,75万千瓦,已投运高岭工程,2*75万千瓦,1期已投运，二期在建。灵宝工程,111万千瓦,已投运.背靠背工程2526呼辽工程,300万千瓦,908公里,已投运。德宝工程,300万千瓦,908公里,已投运。三上、三常、三沪、三沪II工程300万千瓦,葛上工程,120万千瓦,约1000公里,1990-2011年陆续投运。三广工程,300万千瓦，已投运。青藏工程,60万千瓦,1038公里,已投运。±500kV及以下直流工程27宁东-山东±660kV直流工程，4000MW,1335km,2011年2月投运。±660kV直流工程28向家坝-上海,640万千瓦,1,907公里,水电送出，已投运哈密-郑州,800万千瓦,2,210公里,火电送出，已开工。锦屏-苏南,720万千瓦,2,097公里,水电送出，双极低端已经投产，今年年底全部投产。溪洛渡-浙西,800万千瓦,1,669公里,水电送出，已开工±800kV直流工程上海南汇风电场柔性直流输电工程29截止目前，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”。3031中国已投运直流工程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国网德宝直流±500kV3000MW574km2009国网呼辽直流±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“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±11001050268732二、直流输电技术基本原理（一）直流输电技术的原理（二）直流输电技术的分类（三）直流输电技术的特点33直流电概念（相对于交流大小和方向随时间周期变化）直流输电工程是以直流电的方式实现电能传输的工程。直流电必须经过换流（整流和逆变）实现直流电变交流电，然后与交流系统连接。直流输电工程构成（换流站、直流线路、接地极、通信与远动）（一）直流输电技术的原理34直流输电系统基本结构示意图整流站逆变站接地极接地极送端交流系统受端交流系统直流线路接地极线路接地极线路35交流场换流变压器换流阀交流电交流电交流电交流电直流电交流场换流变压器换流阀交流电交流电交流电交流电直流电直流电整流站逆变站直流输电系统原理示意图36aebece1i5i3i4i6i2iSLSLSLdLdUdI1K4K6K2K5K3KaiddIL3cos35.1U