新型 輸電技術

1、新型輸電技術新型輸電技術緒論電力網絡是當今世界覆蓋面最廣、涉及面最大、技術先進和裝備復雜的人造系統(tǒng)，所具備的特點是： 同時性 同步性 隨機性1)多相輸電 在1972 年由美國學者提出。在輸電過程中采用三相輸電的整倍數相，如6、9 、12 相輸電以大幅度地提高輸送功率極限2)緊湊型輸電在1980年代由前蘇聯(lián)學者提出。它從優(yōu)化輸電線和桿塔結構著手，通過增加分裂導線的根數，優(yōu)化導線排列，盡力使輸電線附近的電場均勻，從而減小線路的線間距離，提高線路的自然功率。 3)超導輸電 是超導技術在電力工業(yè)中的應用，目前在國際上已能制造小容量的超導發(fā)電機、超導變壓器和超導電纜，但是距離工業(yè)應用還有一段距離。 4)

2、無線輸電現(xiàn)代主要研究和有希望在未來實理工業(yè)化應用的無線輸電方式包括微波輸電、激光輸電和真空管道輸電。 新型輸電技術的主要內容高壓直流輸電High Voltage Direct Current , HVDC靈活交流輸電(柔性輸電)Flexible AC Transmission System, FACTS都是電力電子技術介入電能輸送的技術 緒論在發(fā)電和變壓上，交流有明顯的優(yōu)越性，但是在輸電問題上，直流有其交流所沒有的優(yōu)點。和交流輸電相比，直流輸電有三個主要優(yōu)點：1)當輸電距離足夠長時，直流輸電的經濟性將優(yōu)于交流輸電 2)直流輸電通過對換流器的控制可以快速地（時間為毫秒級）調整直流線路上的功率，從

3、而提高交流系統(tǒng)的穩(wěn)定性 3)可以聯(lián)接兩個不同步或頻率不同的交流系統(tǒng) 緒論靈活交流輸電（柔性輸電）是利用大功率電力電子元器件構成的裝置來控制或調節(jié)交流電力系統(tǒng)的運行參數和或網絡參數從而優(yōu)化電力系統(tǒng)的運行狀態(tài)，提高電力系統(tǒng)的輸電能力的技術。其概念最初由美國學者亨高羅尼（N . G . Higorani）提出，約形成于20 世紀80 年代末。 緒論產生和應用靈活交流輸電技術的主要背景：）挖掘已有輸電網絡的潛力的需要）電力系統(tǒng)運營機制的市場化需要條件：）大功率電力電子元器件的制造技術日益發(fā)展，價格日趨低廉經濟上）計算技術和控制技術方面的快速發(fā)展和計算機的廣泛應用技術上緒論研究意義：高壓直流輸電和靈活交

4、流輸電的基本特點都是控制十分迅速，因而當系統(tǒng)中含有HVDC線路和或FACTS 裝置時，電力系統(tǒng)的暫態(tài)和動態(tài)調控手段都大大加強。研究HVDC和FACTS 的原理和在各種運行工況下的分析方法、控制技術及含有HV DC和FACTS 的電力系統(tǒng)的潮流計算方法及控制策略等成為電力科學研究的一個重要領城。 緒論本課程講述的主要內容：、高壓直流輸電的基本概念 、換流電路的工作原理，換流站及其主設備 、高壓直流輸電線路 、諧波與濾波器 、高壓直流輸電系統(tǒng)的控制 、靈活交流輸電技術及其應用 第一章高壓直流輸電的基本概念1.1 直流輸電的基本原理1.2 直流輸電系統(tǒng)的分類1.3 高壓直流輸電的發(fā)展歷史1.4 直流

5、輸電的優(yōu)缺點1.5 交流輸電與直流輸電比較的等價距離1.6 直流輸電的發(fā)展前景1.1 直流輸電的基本原理 HVDC系統(tǒng)的主要元件如圖所示，以雙極系統(tǒng)為例，其它結構的元件與該圖所示基本類同。直流輸電的基本原理直流輸電的基本原理）換流器它們完成交直流和直一交流轉換，由閥橋和有抽頭切換器的變壓器構成 。直流輸電的基本原理）直流平波電抗器 這些大電抗器具有高達1H 的電感，在每個換流站與每極串聯(lián)。直流輸電的基本原理）諧波濾波器換流器在交流和直流兩側均產生諧波電壓和諧波電流。 直流輸電的基本原理）無功功率支持換流器內部要吸收無功功率，穩(wěn)態(tài)條件下，所消耗的無功功率是傳輸功率的50 左右。直流輸電的基本原理

6、）接地極直流輸電的基本原理）直流輸電線 可以是架空線，也可以是電纜。除了導體數和間距的要求有差異外，直流線路與交流線路十分相似。直流輸電的基本原理）交流斷路器為了排除變壓器故障和使直流聯(lián)絡線停運，在交流側裝有斷路器，它們不是用來排除直流故障的，因為直流故障可以通過換流器的控制更快地清除。直流輸電的基本原理直流系統(tǒng)的電流和功率1.2 直流輸電系統(tǒng)的分類 由于目前各種類型的直流斷路器都還處于研制階段，致使直流輸電系統(tǒng)還不能像交流系統(tǒng)一樣構成各種復雜的網絡，所以目前直流輸電大多是兩端供電系統(tǒng)。該系統(tǒng)常見的接線類型有： 直流輸電系統(tǒng)的分類）單極線路方式是用一根架空導線或電纜線，以大地或海水作為返回線路

7、組成的直流輸電系統(tǒng) 直流輸電系統(tǒng)的分類2)雙極線路方式 雙極線路方式有兩根不同極性（即正、負極）的導線，可具有大地回路或中性線回路。雙極兩線中性點兩端接地方式雙極兩線中性點單端接地方式直流輸電系統(tǒng)的分類雙極中性線方式將雙極兩端的中性點用導線連接起來，就構成雙極中性線方式 。這種方式由于增加了一根導線在經濟上將增加一定的投資 直流輸電系統(tǒng)的分類D “背靠背”( back-to-back ）換流方式 沒有直流輸電線路，而將整流站和逆變站建在一起的直流系統(tǒng)稱為“背靠背”換流站。這種方式適用于不同額定頻率或者相同額定頻率非同步運行的交流系統(tǒng)之間的互聯(lián)。因為沒有直流輸電線路，所以直流系統(tǒng)可選用較低的額定

8、電壓。這樣，整個直流系統(tǒng)的絕緣費用可降低。目前世界各國已修建和準備投建的“背靠背”直流工程較多，其主要用途是系統(tǒng)的增容時限制短路容量，從而不致更換大量的電氣設備。 1.3 高壓直流輸電的發(fā)展歷史一、國外的發(fā)展概況1954年瑞典大陸哥特蘭島，水下電纜，汞弧閥、晶閘管（可控硅）高壓直流輸電的發(fā)展歷史、年以前試驗性階段）參數較低幾十千伏、幾兆瓦幾十兆瓦、幾十千米一百多千米）換流裝置采用汞弧閥）發(fā)展較慢高壓直流輸電的發(fā)展歷史這一階段的代表性工程有 ：）德國的愛爾巴柏林工程（1945 年）其主要參數為：電壓士220kV ，輸送容量6OMW ，輸送距離115km （電纜），采用汞弧閥。 ）瑞典的脫羅里赫坦

9、密里路特工程（1945 年）其主要參數為：電壓士45kV ，輸送容過.MW 架空線路長度km ，采用汞弧閥。 高壓直流輸電的發(fā)展歷史）原蘇聯(lián)的卡希拉莫斯科工程（1950 年）其主要參數為：電壓士kV 、輸送容量30M 、輸送距離k（電纜），采用汞弧閥（現(xiàn)已改為晶閘管閥）。 高壓直流輸電的發(fā)展歷史2、1954年至1972年發(fā)展階段1)換流裝置仍采用汞弧閥，不僅參數有很大的提高，而且質量也有很大的改善,直流輸電進入了工業(yè)實用階段2)采用直流輸電具有多方面的目的: 水下輸電不同頻率連接遠距離，大功率（ 1970 年美國的太平洋聯(lián)絡線工程，其架空線路長度達1362km 、電壓為士kV ，輸送容雖為14

10、40MW） 高壓直流輸電的發(fā)展歷史、1972 年到現(xiàn)在大力發(fā)展階段1972 年，加拿大的伊爾河直流輸電工程首次采用晶閘管閥（可控硅閥）。）新建設的直流工程幾乎全部采用晶閘管）直流輸電工程幾乎全是超高壓工程）單回線路的輸電能力比前階段有了很大增加 ）發(fā)展速度很快，且規(guī)模越來越大 高壓直流輸電的發(fā)展歷史二、我國高壓直流輸電的發(fā)展情況、實驗裝置建設及換流設備研制 中國的直流輸電是在1958 年考慮長江三峽水利資源的開發(fā)以及三峽電站的電力外送問題時提出的。1963 年在中國電力科學研究院建成 V 、A 的直流輸電物理模擬裝置。 20 世紀70 年代以后，對該套裝置進行了技術更新和改造，用晶閘管替換了原

11、來的閘流管并采用了數字式的控制保護系統(tǒng)。 高壓直流輸電的發(fā)展歷史年代，葛南大型直流輸電工程的技術引進從瑞士 公司引進了一套先進的大型直流輸電模擬裝置90 年代，在該套裝置上又增加了全數字化的直流輸電仿真系統(tǒng)（） ，并且與暫態(tài)網絡分析裝置（ ）相連，從而具備了進行更大規(guī)模試驗研究工作的能力。高壓直流輸電的發(fā)展歷史、直流輸電工程建設 20 世紀80 年代，中國開始建設直流輸電工程，到2005年已有 項直流輸電工程投入運行。高壓直流輸電的發(fā)展歷史1）舟山直流輸電工程 年國家確定全部依靠自己的力量建設中國第一項直流輸電工程，它既解決了浙江大陸向舟山本島的輸電問題，又具有向建設大型直流輸電工程過渡的工業(yè)

12、性試驗性質。工程的第一期為單極金屬回線方式，-100kV , 500A , 50MW 。第一期工程于1984年開始施工，1987 年進行調試并投入試運行，1989 年正式投人商業(yè)運行。工程的最終規(guī)模為雙極100kV , 500A , 100MW，線路全長54km 。 高壓直流輸電的發(fā)展歷史高壓直流輸電的發(fā)展歷史2、葛洲壩一南橋直流輸電工程（簡稱葛一南直流工程） 1982 年開始對葛洲壩水電站向華東送電進行可行性研究，由于直流輸電在遠距離輸電和聯(lián)網方面的優(yōu)點，最終選擇了直流輸電方案。該工程既解決了葛洲壩電站向華東上海地區(qū)的送電問題，又實現(xiàn)了華中與華東兩大電網的非同期聯(lián)網，它具有輸電和聯(lián)網的雙重性

13、質。 高壓直流輸電的發(fā)展歷史葛南直流工程為雙極kV 、200A 、1200MW ，輸送距離約。1985 年10 月開工，1989 年9 月極 投入運行，1990年8 月全部工程建成，并投人商業(yè)運行。原瑞士BBC 公司和德國西門子公司提供。 高壓直流輸電的發(fā)展歷史高壓直流輸電的發(fā)展歷史、天生橋廣州直流輸電工程（簡稱天一廣直流工程）1991 年開始進行可行性研究，1997 年與德國西門了公司簽訂了供貨合同，2000年12 月極 投人運行，2001 年工程全部建成。該工程為西電東送工程的一部分。直流工程為雙極500 、 1800 A 、1800，西起天生橋水電站附近的馬窩換流站，東至廣州的北郊換流站

14、。全長約960 。 高壓直流輸電的發(fā)展歷史高壓直流輸電的發(fā)展歷史、嵊泗直流輸電工程嵊泗直流輸電工程是中國自行設計和建造的雙極海底電纜直流工程。主要解決從上海向嵊泗島及寶鋼馬跡山碼頭的送電問題，同時也專慮到嵊泗島上的風力發(fā)電發(fā)展到一定規(guī)模時也具有向上海反送的功能，工程的主要特點是受端為弱交流系統(tǒng)。工程為雙極50、A 、，共66.2km，其中59.7km為海底電纜。高壓直流輸電的發(fā)展歷史1996 年完成各種研究工作，1997 年進行設備訂貨，2002 年工程全部建成。除控制保護裝裝置由許繼電氣股份有限公司供貨外，其余全部設備均由西安電力機械股份有限公司承包 。高壓直流輸電的發(fā)展歷史高壓直流輸電的發(fā)

15、展歷史、三峽常州直流輸電工程（簡稱三常直流工程）主要為解決三峽水電站向華東電網的送電問題，同時也加強了華中與華東兩大電網的非同期聯(lián)網。工程為雙極500 、3000 A 、 3000，全長約860 。工程于2002 年12月極1 投入運行，2003 年5 月全部建成 。高壓直流輸電的發(fā)展歷史高壓直流輸電的發(fā)展歷史2004以后投入的直流工程三峽廣東直流輸電工程(2004.2-6)工程為雙極500 、3000 A 、 3000，全長約960 km。ABB貴州廣東直流輸電工程(2004.6)工程為雙極500 、3000 A 、 3000，全長約960 km。siemens靈寶背靠背直流工程 （2005

16、）360MW、120kV、3000A高壓直流輸電的發(fā)展歷史目前在建：）三峽上海（2007）貴州廣東第回直流輸電(2007)1.4 直流輸電的優(yōu)缺點優(yōu)點：一、輸送相同功率時，線路造價低對于架空線路，交流輸電通常采用3 根導線，而直流只需1 根（單極）或2 根（雙極）導線。直流輸電對其線路走廊、鐵塔高度、占地面積等方面，也比交流輸電優(yōu)越。對于電纜線路，直流電纜與交流電纜相比，其投資費和運行費都更為經濟 。直流輸電的優(yōu)缺點二、線路有功損耗小由于直流架空線路僅使用根或2 根導線，所以在導線上的有功損耗較小。同時，由于直流線路沒有感抗和容杭，在線路上也就沒有無功損耗 。直流輸電的優(yōu)缺點三、適宜于海下輸電

17、海下輸電必須采用電纜。電纜的絕緣在直流電壓和交流電壓作用下的電位分布、電場強度和擊穿強度都不相同，以同樣截面積的油浸紙絕緣電纜為例，用于直流時的允許工作電壓比在交流下約高3 倍。因此，在有色金屬和絕緣材料相同的條件下，2 根芯線的直流電纜線路輸送的功率比3 根芯線的交流電纜線路輸送的功率P大得多。所以海下輸電采用直流電統(tǒng)在投資上比采用交流電纜經濟得多。四、沒有系統(tǒng)的穩(wěn)定問題在交流輸電系統(tǒng)中，所有連接在電力系統(tǒng)的同步發(fā)電機必須保持同步運行。所謂“系統(tǒng)穩(wěn)定”，就是指在系統(tǒng)受到擾動后所有互聯(lián)的同步發(fā)電機具有保持同步運行的能力。由于交流系統(tǒng)具有電抗，輸送的功率有一定的極限，當系統(tǒng)受到某種擾動時，有可能

18、使線路上的輸送功率超過它的極限。 直流輸電的優(yōu)缺點五、能限制系統(tǒng)的短路電流用交流輸電線路連接兩個交流系統(tǒng)時，由于系統(tǒng)容量增加，將使短路電流增大，有可能超過原有斷路器的遮斷容量，這就要求更換大量設備，增加大量的投資。而用直流輸電線路連接兩個交流系統(tǒng)時，就不存在上述問題，這對于交流系統(tǒng)的互聯(lián)具有極大的實用價值。直流輸電的優(yōu)缺點六、調節(jié)速度快，運行可靠直流輸電通過晶閘管換流器能夠方便、快速地調節(jié)有功功率和實現(xiàn)潮流翻轉。這不僅在正常運行時保證穩(wěn)定地輸出功率，而且在事故情況下，可通過正常的交流系統(tǒng)一側由直流線路對另一側事故系統(tǒng)進行緊急支援?；蛘咴诮?、直流線路并聯(lián)運行時，當交流系統(tǒng)發(fā)生短路，可暫時增大直流輸送的功率以減小發(fā)電機轉子加速，從而提高系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。 單極運行直流輸電的缺點一、換流站的設備較昂貴二、換流裝置要消耗大量的無功功率三、換流裝置是一個諧波源，在運行中要產生諧波，影響系統(tǒng)的運行四、換流裝置幾乎沒有過載能力，所以對直流系統(tǒng)的運行不利直流輸電的優(yōu)缺點五、由于目前高壓直流斷路器還處于研制階段，所以阻礙了多端直流系統(tǒng)的發(fā)展六、以大地作為回路的直流系統(tǒng)，運行時會對沿途的金屬構件和管道有腐蝕作用，以海水作為回路時，會 對 航 海 導 航 儀 表 產 生 影