高压直流输电技术-何金良

600kVHVDC高压直流输电技术何金良清华大学电机工程与应用电子技术系电力系统安全国家重点实验室交直流输变电与电磁环境技术分室+62784709，13601024327提纲„直流输电系统的基本结构„直流输电线路的优势„直流系统的关键问题‡设备的问题‡外绝缘问题‡直流多落点问题‡线路电磁环境/线路优化设计‡换流站电磁干扰问题‡直流接地极设计‡直流单极大地回路运行对交流系统的影响‡多换流站共接地极问题直流输电的基本结构„直流输电系统的基本结构换流变压器换流变压器整流器逆变器交流电力系统I交流电力系统II整流站逆变站直流线路直流输电系统直流输电的基本结构„直流输电系统的基本结构11直流输电线路77交流系统Ⅰ换流站1换流站2交流系统Ⅱ54328961063245891-换流变压器6—直流滤波器2-换流器7—控制保护系统3-平波电抗器8—接地极线路4-交流滤波器9—接地极5-静电电容器10—远动通信系统换流变压器阀侧绕组承担有交流电压和直流电压的叠加，这对变压器的油纸绝缘和套管均有特殊的要求Three-gorges–ChangzhouHVDCProjectThree-gorges–Changzhou:LongquanThree-gorges–Changzhou:LongquanOverviewofDCSystem接地极肇庆换流站接地极Thyristorvalve,500kVValvehallFoz,600kVHVDCYard,JingzhouOutdoorDCYard,LongquanSingleValveDoubleValveQuadrupleValve12-pulseand6-pulseValveUnitThyristorValveLayoutTCUDerivativeFeedingResistorThyristorSaturableReactorModuleTCUThyristorModuleDCGradingResistorDampingResistorsDampingCapacitorsTCUDerivativeFeedingCapacitorTCUTCUTCUThyristorControlUnitDoubleValveLayersThyristorModuleValvehall/indoorDC-yard„尺寸/净空要求„空气湿度控制„防尘设计平波电抗器Convertertransformer,Foz,600kVConvertertransformersLongquansiteConvertertransformersLongquansite800kVHVDCWallBushingTestof500kVwallbushing政平站户内直流场提纲„直流输电系统的基本结构„直流输电线路的优势„直流系统的关键问题‡设备的问题‡外绝缘问题‡直流多落点问题‡线路电磁环境/线路优化设计‡换流站电磁干扰问题‡直流接地极设计‡直流单极大地回路运行对交流系统的影响‡多换流站共接地极问题输电线路建设的基本原则„传输容量„功率损耗„绝缘性能„电晕和场效应„机械载荷输电线路建设的基本原则„机械载荷Requiredlinenumberdelivering10GWEHVACUHVACHVDCHVDC800kV1000kV600kV750kVHVACvs.HVDC10.000MWHVAC800kVHVDC750kVInvestmentcost,10.000MWInvestmentcost10.000MW05001000150020002500300035000200400600800100012001400160018002000DistanceinkmMUSD500kVDC3lines750kVDC2lines800kVAC5lines直流和交流输电的比较0换流站建设费用电缆线路等价距离架空线路等价距离输电距离建设费用交流电缆线路直流电缆线路交流架空线路直流架空线路变电所建设费用直流和交流输电建设费用和输电距离的关系直流输电的优点„直流输电架空线路只需正负两极导线，杆塔结构简单，线路走廊窄，造价低，损耗小‡与交流输电线路相比，输送同样的功率，直流架空线路可节省约1/3的钢芯铝线，1/3~1/2的钢材，线路造价约为交流2/3，线路损耗约为交流的1/3~1/2‡直流线路的输送能力强，一回500kV的直流线路可输送3000~3500MW，800kV则可输送4800～6400MW；而交流500kV一回线通常只能输送800~1000MW,750kV可输送2000～2500MW,1150kV可输送4000～5000MW‹目前中国的特高压交流设计送3000MW‡直流线路无电容电流，沿线的电压分布均匀，不需装设并联电抗器直流输电的优点„直流电缆线路输送容量大、造价低、损耗小、寿命长，且输送距离不受限制‡电缆耐受直流电压的能力比耐受交流电压约高3倍以上，因此直流电缆比交流电缆的输送能力要大许多‡直流输电只需一根（单极）或两根（双极）电缆，而交流输电则需要三根（三相）‡直流电缆的损耗主要是电阻损耗，而交流电缆则还有介质损耗和磁感应损耗。当电容电流等于电缆所允许的负荷电流时，则不可能再用交流电缆送电。当线路达到一定长度时，则不可能采用交流输电‡直流电缆无电容电流，则不受此限制直流输电的优点„直流输电不存在交流输电的稳定问题，有利于远距离大容量送电‡交流输电的输送功率受稳定极限的限制，所允许的输送功率随着输电距离的增加而降低‡直流输电的两端交流系统无需同步运行，其输送容量和距离不受同步运行稳定性的限制直流输电的优点„采用直流输电实现电力系统的非同步联网，不增加被联电网的短路容量，不需要更换被联电网的断路器以及对电缆采取限流措施‡被联电网可以是额定频率不同（50Hz和60Hz），或额定频率相同但非同步运行的电网‡被联电网可保持自己的电能质量（频率、电压）而独立运行，不受联网的影响‡被联电网之间交换的功率可方便快速地进行控制，有利于运行和管理‡采用直流输电进行非同步联网，有利于避免交流联网所形成的大电网的大面积停电直流输电的优点„直流输电输送的有功和换流器消耗的无功均可方便快速地控制，有利于电网的经济运行和现代化管理‡这种快速可控性对交流系统的有功平衡和无功平衡可起到快速调节作用，从而提高交流系统的稳定性‹紧急支援‡对于交直流并联输电系统，还可以利用直流的快速控制来阻尼交流系统的低频振荡，提高交流线路的输送能力直流输电的优点„直流输电可利用大地（或海水）为回路，省去一极的导线，同时大地电阻率低、损耗小、运行费用也低‡单极大地运行的损耗只有双极回路运行的1/3‡对于双极直流系统，大地回路通常作为备用导线，当一极故障时，可自动转为单极大地回线方式运行，提高了输电系统的可靠性„直流输电可方便地进行分期建设和增容扩建，有利于发挥投资效益‡双极直流工程可按极分为两期，当每极采用两组基本换流单元时，则可分为四期直流输电的缺点„直流输电换流站比交流变电所的设备多、结构复杂、造价高、损耗大、运行费用高、可靠性也相应降低。换流站造价比同等规模交流变电所要高出数倍„换流器在运行时向交流侧和直流侧发出一系列的谐波，为降低谐波的影响，在两侧需分别装设交流滤波器和直流滤波器，使得换流站的占地面积、造价和运行费用均大幅度提高„晶闸管换流阀组成的电网换相换流器将消耗大量的无功，除交流滤波器提供的无功外，有时还需装设静电电容器、调相机或静止无功补偿器直流输电的缺点„直流断路器没有电流过零点可利用，灭弧问题难以解决，给直流输电中间抽能带来困难，并且使多端直流输电工程发展缓慢„直流输电利用大地（或海水）为回路将带来接地极附近地下金属构件、管道等埋设物的电腐蚀、直流电流通过中性点接地变压器使变压器饱和、以及对通信系统和航海磁罗盘的干扰等问题。当地表面电阻率很高时，给接地极址的选择造成困难„由于直流电的静电吸附作用，使直流输电线路和换流站设备的污秽问题比交流输电严重，给外绝缘问题带来困难,这也是特高压直流输电需要研究的重点问题我国的HVDC工程我国己运行的直流输电工程距离（km）序号工程名称功率(MW)电压（KV）架空线电缆投运时间（年）1舟山直流工程（单极）50-100421219872葛洲坝-南桥直流工程1200±5001045/19893天生桥-广州直流工程1800±500960/20004嵊泗直流工程60±506.559.720025三峡-常州直流工程3000±500860/20026三峡-广东直流工程3000±500960/20047贵州-广东直流工程3000±500880/2004我国的HVDC工程GuangdongFujianTaiwanSichuan&ChongqingHubeiHunanJiangxiHeilongjiangInnerMongoliaHebeiHenanJiangsuShandongAnhuiGuangxiGuizhouBeijingTianjinShanghaiJilinGansuShaanxiShanxiQinghaiXinjiangXizangNingxiaLiaoningZhejiangYunnanHainanXiaowan/Yunnan-Guangdong3000MW,2009BangkokNorthwest-SichuanInterconnection(Baoji–Deyang)3000MW,2008BtBShandong-East1000MW,2011BtBNorth-Central1200MW,2009我国计划的直流工程TransAsiaTransmission2000MW,2018BtBNortheast-North600-1000MW,2011ThreeGorges-Shanghai3000MW,2007Goupitan-Guangdong3000MW,2015RussiaJinghong-Thailand1500-3000MW,2013Northwest-NorthInterconnection(YinNan-TianJing)3000MW,2010NWPGNCPGNEPGCCPGECPGNorthShaanxi-Shandong3000MW,2011Guizhou-GuangdongII3000MW,2007SCPGThreeGorges-North3000MW,2015Xiangjiaba-Jiangsu3500MW,2012Xiangjiaba-Jiangxi2700MW,2013Xiluodu-Hubei2700MW,2015Xiluodu-Shanghai3500MW,2014Nuochadu-Guangdong3000MW,2016Xiluodu-Zhejiang3500MW,2016Xiluodu-Hunan2700MW,2017Jingping–EastChina3500MW,2015Updated23/9/2003,CNABB-PTPS特高压直流输电„基地建设‡大型水电基地‡大型火电基地„负荷中心与电源点的分布特点特高压直流输电Exposedto800kVdc换流站基本结构GuangdongFujianTaiwanSichuan&ChongqingHubeiHunanJiangxiHeilongjiangInnerMongoliaHebeiHenanJiangsuShandongAnhuiGuangxiGuizhouBeijingTianjinShanghaiJilinGansuShaanxiShanxiQinghaiXinjiangXizangNingxiaLiaoningZhejiangYunnanHainanYunnan-GuangdongII800kV,5000MW,2012Bangkok2015年前计划建成的800kVHVDC工程RussiaNWPGNCPGNEPGCCPGECPGYunnan-GuangdongI800kV,5000MW,200