直流輸電技術發(fā)展及其應用

1、 中國電力科學研究院中國電力科學研究院 2007年年10月月100多年前已采用原始的直流輸電方式多年前已采用原始的直流輸電方式（1 1）由于未能解決電壓變換等關鍵技術，）由于未能解決電壓變換等關鍵技術，被交流輸電取代被交流輸電取代（2 2）當時已提出交流發(fā)電）當時已提出交流發(fā)電-轉(zhuǎn)換為直轉(zhuǎn)換為直流輸電流輸電-逆變?yōu)榻涣鞯母拍?。但大容量逆變?yōu)榻涣鞯母拍?。但大容量可控電力閥尚未問世，無法實現(xiàn)?？煽仉娏﹂y尚未問世，無法實現(xiàn)。(1) 20(1) 20世紀世紀5050年代汞弧閥問世，為直流輸年代汞弧閥問世，為直流輸電技術的商業(yè)性運營提供了技術條件。電技術的商業(yè)性運營提供了技術條件。(2) 1954(2)

2、 1954年建成世界上第一個直流輸電工年建成世界上第一個直流輸電工程：瑞典哥特蘭島海底電纜直流輸電工程：瑞典哥特蘭島海底電纜直流輸電工程。程。(1)20(1)20世紀世紀7070年代，汞弧閥被固態(tài)晶閘管代替。年代，汞弧閥被固態(tài)晶閘管代替。(2)(2)直流輸電工程的經(jīng)濟性和可靠性得到很大提高。直流輸電工程的經(jīng)濟性和可靠性得到很大提高。(3)(3)直流輸電工程呈逐年增長趨勢，到直流輸電工程呈逐年增長趨勢，到19901990年：年：l已有已有4343個個HVDCHVDC工程投入營業(yè)運行，總?cè)萘抗こ掏度霠I業(yè)運行，總?cè)萘?1200MW31200MW。l計及正在建設和計劃中的計及正在建設和計劃中的HVDC

3、HVDC工程，共工程，共6262個。個。 進入進入2020世紀世紀9090年代，直流輸電技術進一年代，直流輸電技術進一步得到提升，直流輸電技術又有新的進步得到提升，直流輸電技術又有新的進展，其主要目的如下：展，其主要目的如下：l改善直流輸電運行特性改善直流輸電運行特性l大幅度簡化設備大幅度簡化設備l減少換流站占地減少換流站占地l降低造價降低造價（1 1）基于常規(guī)晶閘管換流器技術的改進）基于常規(guī)晶閘管換流器技術的改進（CCCCCC） 簡稱簡稱CCCCCC（電容器換相換流器），即（電容器換相換流器），即在換流變壓器與換流器間串入電容器和在換流變壓器與換流器間串入電容器和MOVMOV的并聯(lián)支路，將交

4、流電壓與電容電壓的并聯(lián)支路，將交流電壓與電容電壓疊加，共同作用于換流閥。疊加，共同作用于換流閥。 CCCCCC（電容器換相換流器（電容器換相換流器) )主要優(yōu)點是：主要優(yōu)點是：l引入電容器換相電壓，大大減少換相失敗的可引入電容器換相電壓，大大減少換相失敗的可能性，增加逆變器運行的動態(tài)穩(wěn)定性。能性，增加逆變器運行的動態(tài)穩(wěn)定性。l不需要采用大量無功補償裝置，減少并聯(lián)電容不需要采用大量無功補償裝置，減少并聯(lián)電容器組數(shù)。器組數(shù)。l甩負荷過電壓和閥側(cè)短路電流降低。甩負荷過電壓和閥側(cè)短路電流降低。l低次諧波諧振的可能性降低。低次諧波諧振的可能性降低。l換流站占地減少。換流站占地減少。 CCCCCC（電容器

5、換相換流器（電容器換相換流器) )主要缺點如下：主要缺點如下：l在換相故障時，如果電容器持續(xù)充電到在換相故障時，如果電容器持續(xù)充電到過電壓水平，換流器會失去自恢復能力。過電壓水平，換流器會失去自恢復能力。l 除了需要加除了需要加MOVMOV對電容器進行保護外，對電容器進行保護外，還要求換流閥工作穩(wěn)定和能夠承受大的還要求換流閥工作穩(wěn)定和能夠承受大的電壓躍變，并應配備高性能的濾波器。電壓躍變，并應配備高性能的濾波器。l 會增大直流側(cè)的諧波。會增大直流側(cè)的諧波。 （2）采用新型電力電子器件（采用新型電力電子器件（GTO）的自換相換）的自換相換流器流器 主要優(yōu)點是：主要優(yōu)點是：l在換流母線電壓很低時，

6、仍能繼續(xù)工作，大大降低換在換流母線電壓很低時，仍能繼續(xù)工作，大大降低換相失敗的可能性。相失敗的可能性。l換流站占地僅為傳統(tǒng)換流站的一半，因為無功補償設換流站占地僅為傳統(tǒng)換流站的一半，因為無功補償設備可以減少很多。備可以減少很多。l考慮交直流系統(tǒng)故障時換流器元件的電流和電壓設計考慮交直流系統(tǒng)故障時換流器元件的電流和電壓設計系數(shù)大大降低系數(shù)大大降低 目前正處于研發(fā)階段。在日本中央電力研究所建有目前正處于研發(fā)階段。在日本中央電力研究所建有該換流器的模型。該換流器的模型。l（3）采用新型全控型電力電子器件）采用新型全控型電力電子器件IGBT的全全可控型換流器可控型換流器 其特點是開關頻率高、損耗小。主

7、要優(yōu)點如下：其特點是開關頻率高、損耗小。主要優(yōu)點如下：l可以對有功和無功功率進行精確控制?？梢詫τ泄蜔o功功率進行精確控制。l無需外部交流網(wǎng)提供換相電壓，不會發(fā)生換相失敗。無需外部交流網(wǎng)提供換相電壓，不會發(fā)生換相失敗。l可以很好地解決換流器諧波問題?？梢院芎玫亟鉀Q換流器諧波問題。l大大減少無功補償設備容量和換流站占地面積。大大減少無功補償設備容量和換流站占地面積。 在瑞典和美國等國家已有工程實例，但目前階段主在瑞典和美國等國家已有工程實例，但目前階段主要為小容量短距離輕型直流輸電和背靠背聯(lián)網(wǎng)工程，要為小容量短距離輕型直流輸電和背靠背聯(lián)網(wǎng)工程，有待于進一步發(fā)展和成熟。有待于進一步發(fā)展和成熟。 目

8、前處于發(fā)展階段，主要為小容量短距離輕型直流輸電目前處于發(fā)展階段，主要為小容量短距離輕型直流輸電和背靠背聯(lián)網(wǎng)工程，工程實例如下：和背靠背聯(lián)網(wǎng)工程，工程實例如下：l19971997年年3 3月，瑞典月，瑞典HellsjonHellsjon，世界第一條采用新型換流閥，世界第一條采用新型換流閥的試驗線路：的試驗線路：10kV,3MW,10km10kV,3MW,10km。l19981998年年5 5月，瑞典月，瑞典GotlandGotland，世界第一條商業(yè)營運的輕型直，世界第一條商業(yè)營運的輕型直流輸電線路，流輸電線路，50MW,70km50MW,70km。l19991999年，澳大利亞年，澳大利亞Di

9、rectlinkDirectlink工程，當時世界上最大的輕工程，當時世界上最大的輕型直流輸電工程，型直流輸電工程，180MW180MW，65km65km。l20002000年年6 6月，美國和墨西哥邊界月，美國和墨西哥邊界Eagle PassEagle Pass，世界上第一，世界上第一個采用新型直流輸電技術的背靠背換流站，個采用新型直流輸電技術的背靠背換流站，36MW36MW，15.9kV15.9kV。l20002000年年8 8月，丹麥月，丹麥 TjTjreborgreborg示范工程，示范工程，7.2MW7.2MW，9kV9kV，4.3km4.3km長，將位于長，將位于TjTjrebor

10、greborg的風力發(fā)電站與交流主網(wǎng)相的風力發(fā)電站與交流主網(wǎng)相聯(lián)。聯(lián)。l20022002年年4 4月，澳大利亞月，澳大利亞MurraylinkMurraylink工程，工程，200MW200MW，150kV150kV，180km180km，建設目的是使南部電網(wǎng)與，建設目的是使南部電網(wǎng)與VictoriaVictoria州電網(wǎng)互聯(lián)。州電網(wǎng)互聯(lián)。該工程將是世界上最長的地下電纜輸電項目。該工程將是世界上最長的地下電纜輸電項目。l20022002年年5 5月，美國月，美國Cross-SoundCross-Sound聯(lián)絡工程，聯(lián)絡工程，330MW330MW，150kV150kV，40km40km長，建設目

11、的是通過海底電纜使位于長，建設目的是通過海底電纜使位于New MavendNew Mavend的的ConnecticutConnecticut電網(wǎng)與紐約長島電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)。電網(wǎng)與紐約長島電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)。目前已廣泛采用的控制保護系統(tǒng)為：目前已廣泛采用的控制保護系統(tǒng)為：硬件采用模塊集成和軟件采用功能塊編程的硬件采用模塊集成和軟件采用功能塊編程的多處理器系統(tǒng)多處理器系統(tǒng)與一次系統(tǒng)的信息交換采用光纖與一次系統(tǒng)的信息交換采用光纖換流站內(nèi)設備信息交換采用網(wǎng)絡換流站內(nèi)設備信息交換采用網(wǎng)絡站間通訊采用光纖站間通訊采用光纖信息已實現(xiàn)信息已實現(xiàn)GPSGPS定時定時2 2）控制保護系統(tǒng)正向全面微機化、智能化）控制保護系統(tǒng)正向全

12、面微機化、智能化和小型化發(fā)展，并更加安全可靠和小型化發(fā)展，并更加安全可靠1.1.國外目前的水平國外目前的水平(1)(1)最高直流電壓：最高直流電壓： 600kV600kV，巴西伊泰普，巴西伊泰普HVDCHVDC工程工程 750kV750kV，前蘇聯(lián)?；退箞D茲，前蘇聯(lián)?；退箞D茲歐洲中部（已停建）歐洲中部（已停建）(2) (2) 最大輸送容量最大輸送容量 巴西伊泰普巴西伊泰普630630萬千瓦（萬千瓦（2 2條條600kV600kV線路）線路）(3)(3)最長直流架空線路最長直流架空線路 2400km2400km前蘇聯(lián)?；退箞D茲前蘇聯(lián)?；退箞D茲歐洲中部（已停建）歐洲中部（已停建）(4) (

13、4) 最長海底電纜最長海底電纜 242 km,242 km,挪威挪威丹麥丹麥(5) (5) 多端直流輸電系統(tǒng)多端直流輸電系統(tǒng) 加拿大加拿大- -美國五端直流輸電系統(tǒng)，按三端直流運行。美國五端直流輸電系統(tǒng)，按三端直流運行。 意大利撒丁島三端直流輸電系統(tǒng)。意大利撒丁島三端直流輸電系統(tǒng)。2.2.我國目前的水平我國目前的水平l 500kV500kV，3000MW3000MW，3000A3000A，目前世界上單個雙，目前世界上單個雙極電流最大、換流能力最強的直流輸電工程（例極電流最大、換流能力最強的直流輸電工程（例如三峽等直流輸電工程）。如三峽等直流輸電工程）。l 800kV800kV，6400MW64

14、00MW，4000A4000A，世界上首個，世界上首個6400MW6400MW特高壓直流輸電工程（例如在建的金沙江一期直特高壓直流輸電工程（例如在建的金沙江一期直流輸電工程）。流輸電工程）。 3.3.我國直流電壓等級研究情況我國直流電壓等級研究情況l 500kV500kV，3000MW3000MWl 660kV660kV，4000MW4000MWl 800kV800kV，6400MW6400MWl 1000kV1000kV，9000MW9000MW 8080年代初期以來，我國電力工作者在三峽電年代初期以來，我國電力工作者在三峽電站及其輸電系統(tǒng)規(guī)劃、西電東送和全國聯(lián)網(wǎng)站及其輸電系統(tǒng)規(guī)劃、西電東送

15、和全國聯(lián)網(wǎng)研究中，對交、直流輸電的特點和適用范圍研究中，對交、直流輸電的特點和適用范圍進行過大量全面深入的研究工作。進行過大量全面深入的研究工作。 基本的共識可歸納為：交、直流輸電方式基本的共識可歸納為：交、直流輸電方式各有所長，本身沒有排他性，而是互相補充各有所長，本身沒有排他性，而是互相補充的；在電網(wǎng)規(guī)劃和建設中要注意發(fā)揮各自的的；在電網(wǎng)規(guī)劃和建設中要注意發(fā)揮各自的優(yōu)勢，使兩種輸電方式各盡所能，相得益彰。優(yōu)勢，使兩種輸電方式各盡所能，相得益彰。 在電力系統(tǒng)中，交流是主要的輸電方式，其特在電力系統(tǒng)中，交流是主要的輸電方式，其特點是：點是：l兼有輸電和網(wǎng)絡功能，適用于構(gòu)建電網(wǎng)的主網(wǎng)兼有輸電和網(wǎng)

16、絡功能，適用于構(gòu)建電網(wǎng)的主網(wǎng)架和各級輸電網(wǎng)絡，充分發(fā)揮同步電網(wǎng)的功能；架和各級輸電網(wǎng)絡，充分發(fā)揮同步電網(wǎng)的功能；l在輸電線路的中間可以落點，滿足向中間地區(qū)在輸電線路的中間可以落點，滿足向中間地區(qū)供電的需要，電力的傳輸、交換、疏散十分靈供電的需要，電力的傳輸、交換、疏散十分靈活；活；l對電源和負荷變化的適應性較強。對電源和負荷變化的適應性較強。 因此，交流輸電技術主要用于構(gòu)建各級輸因此，交流輸電技術主要用于構(gòu)建各級輸電網(wǎng)絡和電網(wǎng)互聯(lián)的聯(lián)絡通道，形成以特高電網(wǎng)絡和電網(wǎng)互聯(lián)的聯(lián)絡通道，形成以特高壓為骨干網(wǎng)架、各級電壓網(wǎng)絡協(xié)調(diào)發(fā)展的堅壓為骨干網(wǎng)架、各級電壓網(wǎng)絡協(xié)調(diào)發(fā)展的堅強電網(wǎng)；強電網(wǎng)； 同時，交流輸

17、電也是電源送出的主要輸電同時，交流輸電也是電源送出的主要輸電方式之一。方式之一。 直流輸電具有輸送容量大、距離遠、直流輸電具有輸送容量大、距離遠、節(jié)省輸電走廊和實現(xiàn)非同步聯(lián)網(wǎng)等特點，節(jié)省輸電走廊和實現(xiàn)非同步聯(lián)網(wǎng)等特點，隨著遠方水、火電基地的開發(fā)外送和全隨著遠方水、火電基地的開發(fā)外送和全國電網(wǎng)互聯(lián)的進展，直流輸電已成為主國電網(wǎng)互聯(lián)的進展，直流輸電已成為主要的輸電方式之一。要的輸電方式之一。 目前，我國采用的直流輸電技術主要是端對目前，我國采用的直流輸電技術主要是端對端直流輸電和背靠背直流聯(lián)網(wǎng)技術，其中：端直流輸電和背靠背直流聯(lián)網(wǎng)技術，其中：l 端對端直流輸電技術作為端對端直流輸電技術作為“直達快

18、車直達快車”，適用于超過交、直流經(jīng)濟等價距離（目前對適用于超過交、直流經(jīng)濟等價距離（目前對于于500500千伏交流輸電和千伏交流輸電和500kV500kV直流輸電約為直流輸電約為70070010001000公里；對于公里；對于10001000千伏交流輸電和千伏交流輸電和800kV800kV直流輸電約為直流輸電約為1100110014001400公里）的遠公里）的遠距離、大容量輸電；距離、大容量輸電；l 背靠背直流技術適用于不同頻率以及不易背靠背直流技術適用于不同頻率以及不易協(xié)調(diào)的系統(tǒng)間的聯(lián)網(wǎng)。協(xié)調(diào)的系統(tǒng)間的聯(lián)網(wǎng)。l 對于多端直流輸電技術，我國也開展過試驗研究對于多端直流輸電技術，我國也開展過試

19、驗研究工作。由于直流斷路器沒有電流過零點可以利用，工作。由于直流斷路器沒有電流過零點可以利用，滅弧問題難以解決，給制造帶來困難，缺乏滿意的滅弧問題難以解決，給制造帶來困難，缺乏滿意的產(chǎn)品提供給工程使用，加上其控制系統(tǒng)復雜，使多產(chǎn)品提供給工程使用，加上其控制系統(tǒng)復雜，使多端直流工程發(fā)展緩慢。端直流工程發(fā)展緩慢。l 世界上只有意大利撒丁島（三端）和魁北克世界上只有意大利撒丁島（三端）和魁北克新英格蘭（五端，目前按三端運行）等少數(shù)幾個工新英格蘭（五端，目前按三端運行）等少數(shù)幾個工程，還需要在運行實踐中進行考驗和改進。程，還需要在運行實踐中進行考驗和改進。l 新的基于全可控元件的直流輸電技術，可以新的

20、基于全可控元件的直流輸電技術，可以部分克服目前常規(guī)直流輸電的一些問題，但部分克服目前常規(guī)直流輸電的一些問題，但還處于發(fā)展的初期，短期內(nèi)難以滿足遠距離、還處于發(fā)展的初期，短期內(nèi)難以滿足遠距離、大容量輸電的需要。大容量輸電的需要。 l 特高壓交流與特高壓直流在電網(wǎng)中的應用是相輔相成和互特高壓交流與特高壓直流在電網(wǎng)中的應用是相輔相成和互為補充的。為補充的。l 特高壓交流可以形成堅強的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，因此，特高壓交流特高壓交流可以形成堅強的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，因此，特高壓交流輸電的發(fā)展除了可應用于大電源基地的外送外，主要將定位輸電的發(fā)展除了可應用于大電源基地的外送外，主要將定位于高一級電壓電網(wǎng)的建設；于高一級電壓電網(wǎng)

21、的建設；l 特高壓直流輸電將定位于我國西部大電源基地的遠距離、特高壓直流輸電將定位于我國西部大電源基地的遠距離、大容量外送，并將依托于堅強的交流輸電網(wǎng)發(fā)揮作用。大容量外送，并將依托于堅強的交流輸電網(wǎng)發(fā)揮作用。l 特高壓直流輸送容量大，其安全運行性能特高壓直流輸送容量大，其安全運行性能與送、受端交流電網(wǎng)電氣強弱有密切關系，與送、受端交流電網(wǎng)電氣強弱有密切關系，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：主要表現(xiàn)在以下幾個方面：l（1 1）送、受端交流系統(tǒng)給直流輸電系統(tǒng)的整）送、受端交流系統(tǒng)給直流輸電系統(tǒng)的整流器和逆變器提供換相電壓，創(chuàng)造實現(xiàn)換流流器和逆變器提供換相電壓，創(chuàng)造實現(xiàn)換流的條件。的條件。l（2 2）送、受

22、端交流系統(tǒng)是直流輸電必不可少）送、受端交流系統(tǒng)是直流輸電必不可少的組成部分，送端系統(tǒng)作為直流輸電的電源，的組成部分，送端系統(tǒng)作為直流輸電的電源，提供傳輸功率；而受端系統(tǒng)相當于負荷，接提供傳輸功率；而受端系統(tǒng)相當于負荷，接受和消納直流輸送功率。受和消納直流輸送功率。l（3 3）送端交流系統(tǒng)具有足夠的強度，一方面）送端交流系統(tǒng)具有足夠的強度，一方面可以為直流系統(tǒng)整流站提供足夠的無功和電可以為直流系統(tǒng)整流站提供足夠的無功和電壓支撐；另一方面承受由直流輸電系統(tǒng)故障壓支撐；另一方面承受由直流輸電系統(tǒng)故障而帶來的有功和無功功率沖擊的能力強，可而帶來的有功和無功功率沖擊的能力強，可以減少由于直流輸電系統(tǒng)故障

23、而需要切除的以減少由于直流輸電系統(tǒng)故障而需要切除的送端發(fā)電機組臺數(shù)。送端發(fā)電機組臺數(shù)。 （4 4）受端交流系統(tǒng)的強度，對于直流輸電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運）受端交流系統(tǒng)的強度，對于直流輸電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行具有重要作用，特別是當多回直流輸電線路集中落點于受行具有重要作用，特別是當多回直流輸電線路集中落點于受端系統(tǒng)時更是如此。端系統(tǒng)時更是如此。l如果受端交流系統(tǒng)具有足夠的強度，雖然在交流系統(tǒng)發(fā)生嚴如果受端交流系統(tǒng)具有足夠的強度，雖然在交流系統(tǒng)發(fā)生嚴重故障時存在多個逆變站發(fā)生換相失敗的可能性，但故障清重故障時存在多個逆變站發(fā)生換相失敗的可能性，但故障清除后交流系統(tǒng)電壓能迅速恢復，直流系統(tǒng)也能迅速恢復正常。

24、除后交流系統(tǒng)電壓能迅速恢復，直流系統(tǒng)也能迅速恢復正常。因此逆變站發(fā)生換相失敗后，不需要馬上實行閉鎖保護，通因此逆變站發(fā)生換相失敗后，不需要馬上實行閉鎖保護，通過采取適當?shù)拇胧?，還可以加速這一恢復過程，防止發(fā)生繼過采取適當?shù)拇胧?，還可以加速這一恢復過程，防止發(fā)生繼發(fā)性換相失敗。發(fā)性換相失敗。l同時，如果直流輸電系統(tǒng)故障導致直流單極同時，如果直流輸電系統(tǒng)故障導致直流單極或雙極閉鎖以后，堅強的受端交流系統(tǒng)能夠或雙極閉鎖以后，堅強的受端交流系統(tǒng)能夠承受由此而引起的功率突變的沖擊，系統(tǒng)運承受由此而引起的功率突變的沖擊，系統(tǒng)運行電壓和頻率能夠保持在正常范圍內(nèi)，可以行電壓和頻率能夠保持在正常范圍內(nèi)，可以防止

25、切負荷的發(fā)生，或盡量減少負荷損失。防止切負荷的發(fā)生，或盡量減少負荷損失。l對于弱交流系統(tǒng)，在發(fā)生嚴重故障后，交流對于弱交流系統(tǒng)，在發(fā)生嚴重故障后，交流系統(tǒng)電壓不能正?；謴?，多個逆變站會發(fā)生系統(tǒng)電壓不能正?；謴?，多個逆變站會發(fā)生連續(xù)換相失敗，將進一步惡化交流系統(tǒng)的運連續(xù)換相失敗，將進一步惡化交流系統(tǒng)的運行，會導致系統(tǒng)穩(wěn)定破壞。行，會導致系統(tǒng)穩(wěn)定破壞。 作為一種初步評估的手段，通常采用有效短路比作為一種初步評估的手段，通常采用有效短路比（ESCRESCR）來評估交流系統(tǒng)的強弱程度：）來評估交流系統(tǒng)的強弱程度： （1 1）傳統(tǒng)交流系統(tǒng)的強弱程度分類如下：）傳統(tǒng)交流系統(tǒng)的強弱程度分類如下：l強，如果強

26、，如果ESCRESCR大于大于5 5；l中，如果中，如果ESCRESCR在在3 3至至5 5之間；之間；l弱，如果弱，如果ESCRESCR小于小于3 3。 直流換流器額定功率容性無功補償容量交流系統(tǒng)短路容量ESCR （2 2）隨著交、直流輸電系統(tǒng)控制的改進，）隨著交、直流輸電系統(tǒng)控制的改進，在具備條件時也可以考慮采用如下的分在具備條件時也可以考慮采用如下的分類：類：l強，如果強，如果ESCRESCR大于大于3 3；l弱，如果弱，如果ESCRESCR在在2 2至至3 3之間；之間；l極弱，如果極弱，如果ESCRESCR小于小于2 2。 受端交流系統(tǒng)保持所要求的電壓和頻率的能力還與其受端交流系統(tǒng)保

27、持所要求的電壓和頻率的能力還與其轉(zhuǎn)動慣量有關。受端交流系統(tǒng)必須有一個相對于直轉(zhuǎn)動慣量有關。受端交流系統(tǒng)必須有一個相對于直流系統(tǒng)規(guī)模的最小的轉(zhuǎn)動慣量，來為交、直流輸電流系統(tǒng)規(guī)模的最小的轉(zhuǎn)動慣量，來為交、直流輸電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行提供必要條件?？梢圆捎糜行到y(tǒng)的安全穩(wěn)定運行提供必要條件?？梢圆捎糜行е绷鲬T性常數(shù)來表示相對轉(zhuǎn)動慣量，其定義如下：直流慣性常數(shù)來表示相對轉(zhuǎn)動慣量，其定義如下： MWSMWHdc,.率直流聯(lián)絡線額定輸送功，交流系統(tǒng)的總轉(zhuǎn)動慣量 為了交、直流輸電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，為了交、直流輸電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，要求有效直流慣性常數(shù)至少為要求有效直流慣性常數(shù)至少為2-32-3秒。因此，秒

28、。因此，對于很少或沒有發(fā)電機的受端交流系統(tǒng)，對于很少或沒有發(fā)電機的受端交流系統(tǒng)，必須采用同步調(diào)相機以增大系統(tǒng)的慣量。必須采用同步調(diào)相機以增大系統(tǒng)的慣量。 l 綜上所述，送、受兩端交流系統(tǒng)的強弱，包括綜上所述，送、受兩端交流系統(tǒng)的強弱，包括系統(tǒng)規(guī)模、結(jié)構(gòu)和無功電壓支持能力等性能直接系統(tǒng)規(guī)模、結(jié)構(gòu)和無功電壓支持能力等性能直接關系到特高壓直流輸電系統(tǒng)能否安全穩(wěn)定運行。關系到特高壓直流輸電系統(tǒng)能否安全穩(wěn)定運行。l 特高壓直流輸電系統(tǒng)的規(guī)劃、設計和運行需要特高壓直流輸電系統(tǒng)的規(guī)劃、設計和運行需要考慮兩端交流系統(tǒng)的特點和要求，進行專題研究，考慮兩端交流系統(tǒng)的特點和要求，進行專題研究，包括：換流站落點的選擇

29、、交流側(cè)濾波和無功補包括：換流站落點的選擇、交流側(cè)濾波和無功補償配置方案、換流站的絕緣配合和主要設備的絕償配置方案、換流站的絕緣配合和主要設備的絕緣水平、直流輸電控制保護系統(tǒng)的功能配置和動緣水平、直流輸電控制保護系統(tǒng)的功能配置和動態(tài)相應特性等等。態(tài)相應特性等等。 l 在特高壓交直流輸電系統(tǒng)規(guī)劃、設計和運行研在特高壓交直流輸電系統(tǒng)規(guī)劃、設計和運行研究中，除進行初步評估外，還必須按照究中，除進行初步評估外，還必須按照“電力系電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導則統(tǒng)安全穩(wěn)定導則”的要求，進行詳細的系統(tǒng)仿真的要求，進行詳細的系統(tǒng)仿真計算分析和模擬試驗研究。計算分析和模擬試驗研究。l 研究內(nèi)容包括：特高壓交直流輸電系統(tǒng)故

30、障的研究內(nèi)容包括：特高壓交直流輸電系統(tǒng)故障的相互影響，系統(tǒng)的功角穩(wěn)定性、電壓穩(wěn)定性和頻相互影響，系統(tǒng)的功角穩(wěn)定性、電壓穩(wěn)定性和頻率穩(wěn)定性，以及相應的安全穩(wěn)定控制措施等等，率穩(wěn)定性，以及相應的安全穩(wěn)定控制措施等等，以確保特高壓直流輸電系統(tǒng)得到堅強交流電網(wǎng)的以確保特高壓直流輸電系統(tǒng)得到堅強交流電網(wǎng)的支持，實現(xiàn)特高壓交直流電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。支持，實現(xiàn)特高壓交直流電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。 l 在特高壓交直流輸電系統(tǒng)規(guī)劃、設計和運行研在特高壓交直流輸電系統(tǒng)規(guī)劃、設計和運行研究中，除進行初步評估外，還必須按照究中，除進行初步評估外，還必須按照“電力系電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導則統(tǒng)安全穩(wěn)定導則”的要求，進行詳細的系統(tǒng)

31、仿真的要求，進行詳細的系統(tǒng)仿真計算分析和模擬試驗研究。計算分析和模擬試驗研究。l 研究內(nèi)容包括：特高壓交直流輸電系統(tǒng)故障的研究內(nèi)容包括：特高壓交直流輸電系統(tǒng)故障的相互影響，系統(tǒng)的功角穩(wěn)定性、電壓穩(wěn)定性和頻相互影響，系統(tǒng)的功角穩(wěn)定性、電壓穩(wěn)定性和頻率穩(wěn)定性，以及相應的安全穩(wěn)定控制措施等等，率穩(wěn)定性，以及相應的安全穩(wěn)定控制措施等等，以確保特高壓直流輸電系統(tǒng)得到堅強交流電網(wǎng)的以確保特高壓直流輸電系統(tǒng)得到堅強交流電網(wǎng)的支持，實現(xiàn)特高壓交直流電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。支持，實現(xiàn)特高壓交直流電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。 在西電東送戰(zhàn)略工程研究中，對特高壓交直流并列混合輸電方在西電東送戰(zhàn)略工程研究中，對特高壓交直流并列混

32、合輸電方案進行了研究，其主要技術特點如下：案進行了研究，其主要技術特點如下： 1. 1. 交交/ /直流輸電線路在送端并聯(lián)向受端輸電，實現(xiàn)同步聯(lián)網(wǎng)。直流輸電線路在送端并聯(lián)向受端輸電，實現(xiàn)同步聯(lián)網(wǎng)。 2. 2. 既可發(fā)揮交流聯(lián)網(wǎng)的優(yōu)勢，又可利用直流輸電傳輸功率可既可發(fā)揮交流聯(lián)網(wǎng)的優(yōu)勢，又可利用直流輸電傳輸功率可快速調(diào)節(jié)的特點來改善系統(tǒng)的穩(wěn)定，有利于綜合發(fā)揮交流和直快速調(diào)節(jié)的特點來改善系統(tǒng)的穩(wěn)定，有利于綜合發(fā)揮交流和直流輸電的優(yōu)勢。流輸電的優(yōu)勢。 3.3.美國西部太平洋交直流并列輸電工程，我國南方電網(wǎng)天廣和美國西部太平洋交直流并列輸電工程，我國南方電網(wǎng)天廣和貴廣交直流并列輸電工程等等，都已有多年的

33、成功運行經(jīng)驗。貴廣交直流并列輸電工程等等，都已有多年的成功運行經(jīng)驗。l4 4在交直流并列混合輸電系統(tǒng)中，交流和直流系統(tǒng)在交直流并列混合輸電系統(tǒng)中，交流和直流系統(tǒng)的輸送能力要有一個恰當比例，應掌握以下的原則：的輸送能力要有一個恰當比例，應掌握以下的原則： （1 1）交流線路故障時，能借助于直流系統(tǒng)的功率調(diào)）交流線路故障時，能借助于直流系統(tǒng)的功率調(diào)制和緊急功率支援等快速調(diào)節(jié)功能，保證系統(tǒng)穩(wěn)定；制和緊急功率支援等快速調(diào)節(jié)功能，保證系統(tǒng)穩(wěn)定； （2 2）直流輸電系統(tǒng)故障時，其甩至與之并聯(lián)的交流）直流輸電系統(tǒng)故障時，其甩至與之并聯(lián)的交流線路上的功率應該不超過系統(tǒng)穩(wěn)定所能承受的程度。線路上的功率應該不超過

34、系統(tǒng)穩(wěn)定所能承受的程度。l l 根據(jù)上述原則，顯然如采用強直流、弱交流根據(jù)上述原則，顯然如采用強直流、弱交流的輸電方式，交流系統(tǒng)將無法承受由直流故障的輸電方式，交流系統(tǒng)將無法承受由直流故障而轉(zhuǎn)移過來的功率，系統(tǒng)容易發(fā)生穩(wěn)定破壞事而轉(zhuǎn)移過來的功率，系統(tǒng)容易發(fā)生穩(wěn)定破壞事故。因此在交直流并列混合輸電方案中，應避故。因此在交直流并列混合輸電方案中，應避免免“強直弱交強直弱交”的方式。的方式。 l （3 3）按照）按照“電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導則電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導則”，對交直流，對交直流并列混合輸電系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行特性的要求如下：并列混合輸電系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行特性的要求如下：la) a) 除電源直接送出的直流

35、線路外，直流單極閉鎖故除電源直接送出的直流線路外，直流單極閉鎖故障引起的潮流轉(zhuǎn)移對交流系統(tǒng)形成沖擊，系統(tǒng)應保持障引起的潮流轉(zhuǎn)移對交流系統(tǒng)形成沖擊，系統(tǒng)應保持穩(wěn)定；對于電源直接送出的直流線路單極閉鎖故障，穩(wěn)定；對于電源直接送出的直流線路單極閉鎖故障，可考慮采取切機措施?？煽紤]采取切機措施。lb) b) 除電源直接送出的交流線路外，交流系統(tǒng)側(cè)輸電除電源直接送出的交流線路外，交流系統(tǒng)側(cè)輸電線路發(fā)生三永短路故障，系統(tǒng)應保持穩(wěn)定；對于電源線路發(fā)生三永短路故障，系統(tǒng)應保持穩(wěn)定；對于電源直接送出的交流線路，發(fā)生三永短路故障，可考慮采直接送出的交流線路，發(fā)生三永短路故障，可考慮采取切機措施。取切機措施。lc)

36、 c) 對于交流系統(tǒng)發(fā)生的對于交流系統(tǒng)發(fā)生的N N2 2型嚴重故障，要通過采型嚴重故障，要通過采取安全穩(wěn)定控制措施，保持系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行；對于取安全穩(wěn)定控制措施，保持系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行；對于交流系統(tǒng)發(fā)生更為嚴重的連鎖反應型故障，也要通過交流系統(tǒng)發(fā)生更為嚴重的連鎖反應型故障，也要通過采取安全穩(wěn)定控制措施，防止全系統(tǒng)的崩潰。采取安全穩(wěn)定控制措施，防止全系統(tǒng)的崩潰。ld) d) 對于直流雙極閉鎖故障，雙極功率全部轉(zhuǎn)移至交對于直流雙極閉鎖故障，雙極功率全部轉(zhuǎn)移至交流系統(tǒng)，會引起交流線路功率和電壓的振蕩流系統(tǒng)，會引起交流線路功率和電壓的振蕩; ;為防止為防止系統(tǒng)穩(wěn)定破壞，可考慮采取在送端切除一定容量發(fā)電系

37、統(tǒng)穩(wěn)定破壞，可考慮采取在送端切除一定容量發(fā)電機組、解列電網(wǎng)等機組、解列電網(wǎng)等措施措施 。le) e) 受端直流逆變站交流側(cè)發(fā)生短路故障，雖然可能受端直流逆變站交流側(cè)發(fā)生短路故障，雖然可能會出現(xiàn)換相失敗，但故障切除后直流輸電系統(tǒng)應能夠會出現(xiàn)換相失敗，但故障切除后直流輸電系統(tǒng)應能夠恢復正常運行?；謴驼＿\行。 為滿足上述安全穩(wěn)定要求，對于特高壓交直流并列為滿足上述安全穩(wěn)定要求，對于特高壓交直流并列混合輸電方案采用混合輸電方案采用“強直強交強直強交”的輸電方式是必要的的輸電方式是必要的: :l在直流輸電系統(tǒng)發(fā)生故障時，其輸送的功率可以安全在直流輸電系統(tǒng)發(fā)生故障時，其輸送的功率可以安全地轉(zhuǎn)移到特高壓交

38、流輸電通道上，減少送端切機臺數(shù)；地轉(zhuǎn)移到特高壓交流輸電通道上，減少送端切機臺數(shù)；l在交流輸電系統(tǒng)發(fā)生故障時，可以利用特高壓直流的在交流輸電系統(tǒng)發(fā)生故障時，可以利用特高壓直流的功率調(diào)制和緊急功率支援等附加控制功能，快速增加功率調(diào)制和緊急功率支援等附加控制功能，快速增加直流輸送功率，減輕對送、受端系統(tǒng)的沖擊直流輸送功率，減輕對送、受端系統(tǒng)的沖擊; ;l從而系統(tǒng)抗故障擾動的能力顯著增強，可以充分發(fā)揮從而系統(tǒng)抗故障擾動的能力顯著增強，可以充分發(fā)揮特高壓交直流輸電系統(tǒng)的優(yōu)勢。特高壓交直流輸電系統(tǒng)的優(yōu)勢。 l根據(jù)西部水電基地開發(fā)規(guī)劃，四川錦屏一、二級水電根據(jù)西部水電基地開發(fā)規(guī)劃，四川錦屏一、二級水電總裝機

39、總裝機8000MW8000MW，金沙江一期溪洛渡、向家壩規(guī)劃裝機，金沙江一期溪洛渡、向家壩規(guī)劃裝機18600MW18600MW，二期烏東德、白鶴灘規(guī)劃裝機，二期烏東德、白鶴灘規(guī)劃裝機13400MW13400MW。這。這些大型水電站的電力將主要通過些大型水電站的電力將主要通過660kV660kV、800kV800kV和和 1000kV1000kV直流送至華中和華東負荷中心地區(qū)。直流送至華中和華東負荷中心地區(qū)。l為了避免特高壓直流故障引起的電能損失和提高系統(tǒng)為了避免特高壓直流故障引起的電能損失和提高系統(tǒng)的輸電可靠性，這些大型水電站送端將與四川電網(wǎng)通的輸電可靠性，這些大型水電站送端將與四川電網(wǎng)通過過

40、500kV500kV線路實現(xiàn)互聯(lián)，而四川西部水電又將通過交線路實現(xiàn)互聯(lián)，而四川西部水電又將通過交流流1000kV1000kV特高壓線路送往華中及華東地區(qū)。特高壓線路送往華中及華東地區(qū)。l按照這一構(gòu)建方案，特高壓交、直流間將形成并列運按照這一構(gòu)建方案，特高壓交、直流間將形成并列運行格局，這將是世界上最大規(guī)模的交直流并列運行系行格局，這將是世界上最大規(guī)模的交直流并列運行系統(tǒng)。統(tǒng)。 由于由于800kV800kV直流每回輸送功率為直流每回輸送功率為6400MW6400MW，其故障將會造成大規(guī)模的潮流轉(zhuǎn)移，以及特高其故障將會造成大規(guī)模的潮流轉(zhuǎn)移，以及特高壓交、直流輸電系統(tǒng)故障的相互影響等問題，壓交、直流

41、輸電系統(tǒng)故障的相互影響等問題，都是在規(guī)劃階段必須著重研究的關鍵技術問題。都是在規(guī)劃階段必須著重研究的關鍵技術問題。 通過對金沙江一期和錦屏外送特高壓交直流通過對金沙江一期和錦屏外送特高壓交直流并列輸電方案的故障仿真試驗及計算分析工作，并列輸電方案的故障仿真試驗及計算分析工作，得到以下的初步結(jié)論：得到以下的初步結(jié)論： （1 1） 在川渝電網(wǎng)和華中、華東電網(wǎng)采用特高在川渝電網(wǎng)和華中、華東電網(wǎng)采用特高壓交、直流并列運行方式下，特高壓交流電網(wǎng)壓交、直流并列運行方式下，特高壓交流電網(wǎng)可以承受特高壓直流單極閉鎖引起的功率轉(zhuǎn)移，可以承受特高壓直流單極閉鎖引起的功率轉(zhuǎn)移，系統(tǒng)保持穩(wěn)定運行，事故后電壓可滿足要求

42、；系統(tǒng)保持穩(wěn)定運行，事故后電壓可滿足要求；可以避免頻繁切機，減少窩電和棄水，提高水可以避免頻繁切機，減少窩電和棄水，提高水電運行的經(jīng)濟性。電運行的經(jīng)濟性。 （2 2） 當特高壓直流發(fā)生小概率的雙極閉鎖當特高壓直流發(fā)生小概率的雙極閉鎖故障時，通過切除送端部分水電機組可以保持故障時，通過切除送端部分水電機組可以保持系統(tǒng)穩(wěn)定運行，輸電線路和變壓器均不會過載，系統(tǒng)穩(wěn)定運行，輸電線路和變壓器均不會過載，對送、受端系統(tǒng)的沖擊較小。對送、受端系統(tǒng)的沖擊較小。l （3 3）特高壓直流雙極閉鎖后，由于大量功率轉(zhuǎn)移使）特高壓直流雙極閉鎖后，由于大量功率轉(zhuǎn)移使得交流系統(tǒng)無功損耗增加，引起受端電網(wǎng)電壓較正常得交流系統(tǒng)

43、無功損耗增加，引起受端電網(wǎng)電壓較正常水平偏低，但仍然能夠滿足事故后緊急運行的要求。水平偏低，但仍然能夠滿足事故后緊急運行的要求。通過建設堅強的特高壓受端電網(wǎng)可以為特高壓直流提通過建設堅強的特高壓受端電網(wǎng)可以為特高壓直流提供可靠的電壓支撐；此外，還可以通過裝設無功補償供可靠的電壓支撐；此外，還可以通過裝設無功補償設備和建立電壓無功自動控制系統(tǒng)等手段，改善故障設備和建立電壓無功自動控制系統(tǒng)等手段，改善故障后系統(tǒng)的電壓水平。后系統(tǒng)的電壓水平。l（4 4）受端特高壓交流線路和直流逆變站交流出線發(fā)）受端特高壓交流線路和直流逆變站交流出線發(fā)生三相短路等嚴重故障時，會導致多條直流同時換相生三相短路等嚴重故障

44、時，會導致多條直流同時換相失敗，個別故障會引起全部直流換相失敗，但故障清失敗，個別故障會引起全部直流換相失敗，但故障清除后直流輸電系統(tǒng)能夠恢復正常運行，整個系統(tǒng)也能除后直流輸電系統(tǒng)能夠恢復正常運行，整個系統(tǒng)也能保持穩(wěn)定運行。保持穩(wěn)定運行。l （5 5）按照直流輸電系統(tǒng)的技術規(guī)范，直流輸）按照直流輸電系統(tǒng)的技術規(guī)范，直流輸電系統(tǒng)具有電系統(tǒng)具有1010的長期過載能力。因此，一回的長期過載能力。因此，一回特高壓直流雙極閉鎖后，其他多回直流可以持特高壓直流雙極閉鎖后，其他多回直流可以持續(xù)過載運行。利用特高壓直流輸電系統(tǒng)的這一續(xù)過載運行。利用特高壓直流輸電系統(tǒng)的這一能力，可以發(fā)揮多回特高壓直流之間協(xié)調(diào)控制能