新型 輸電技術(shù)

1、新型輸電技術(shù)新型輸電技術(shù)緒論電力網(wǎng)絡(luò)是當(dāng)今世界覆蓋面最廣、涉及面最大、技術(shù)先進(jìn)和裝備復(fù)雜的人造系統(tǒng)，所具備的特點(diǎn)是： 同時(shí)性 同步性 隨機(jī)性1)多相輸電 在1972 年由美國學(xué)者提出。在輸電過程中采用三相輸電的整倍數(shù)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(xué)者提出。它從優(yōu)化輸電線和桿塔結(jié)構(gòu)著手，通過增加分裂導(dǎo)線的根數(shù)，優(yōu)化導(dǎo)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(dǎo)輸電 是超導(dǎo)技術(shù)在電力工業(yè)中的應(yīng)用，目前在國際上已能制造小容量的超導(dǎo)發(fā)電機(jī)、超導(dǎo)變壓器和超導(dǎo)電纜，但是距離工業(yè)應(yīng)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(shí)理工業(yè)化應(yīng)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(shù)的主要內(nèi)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(shù)介入電能輸送的技術(shù) 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(diǎn)。和交流輸電相比，直流輸電有三個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)：1)當(dāng)輸電距離足夠長時(shí)，直流輸電的經(jīng)濟(jì)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(shí)間為毫秒級）調(diào)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(gè)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(gòu)成的裝置來控制或調(diào)節(jié)交流電力系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)和或網(wǎng)絡(luò)參數(shù)從而優(yōu)化電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，提高電力系統(tǒng)的輸電能力的技術(shù)。其概念最初由美國學(xué)者亨高羅尼（N . G . Higorani）提出，約形成于20 世紀(jì)80 年代末。 緒論產(chǎn)生和應(yīng)用靈活交流輸電技術(shù)的主要背景：）挖掘已有輸電網(wǎng)絡(luò)的潛力的需要）電力系統(tǒng)運(yùn)營機(jī)制的市場化需要條件：）大功率電力電子元器件的制造技術(shù)日益發(fā)展，價(jià)格日趨低廉經(jīng)濟(jì)上）計(jì)算技術(shù)和控制技術(shù)方面的快速發(fā)展和計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用技術(shù)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(diǎn)都是控制十分迅速，因而當(dāng)系統(tǒng)中含有HVDC線路和或FACTS 裝置時(shí)，電力系統(tǒng)的暫態(tài)和動(dòng)態(tài)調(diào)控手段都大大加強(qiáng)。研究HVDC和FACTS 的原理和在各種運(yùn)行工況下的分析方法、控制技術(shù)及含有HV DC和FACTS 的電力系統(tǒng)的潮流計(jì)算方法及控制策略等成為電力科學(xué)研究的一個(gè)重要領(lǐng)城。 緒論本課程講述的主要內(nèi)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(shè)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(shù)及其應(yīng)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(diǎn)1.5 交流輸電與直流輸電比較的等價(jià)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(jié)構(gòu)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(zhuǎn)換，由閥橋和有抽頭切換器的變壓器構(gòu)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(dá)1H 的電感，在每個(gè)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(cè)均產(chǎn)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(nèi)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(dǎo)體數(shù)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(luò)線停運(yùn)，在交流側(cè)裝有斷路器，它們不是用來排除直流故障的，因?yàn)橹绷鞴收峡梢酝ㄟ^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(gòu)成各種復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)，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(dǎo)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(fù)極）的導(dǎo)線，可具有大地回路或中性線回路。雙極兩線中性點(diǎn)兩端接地方式雙極兩線中性點(diǎn)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(diǎn)用導(dǎo)線連接起來，就構(gòu)成雙極中性線方式 。這種方式由于增加了一根導(dǎo)線在經(jīng)濟(jì)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(yùn)行的交流系統(tǒng)之間的互聯(lián)。因?yàn)闆]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(gè)直流系統(tǒng)的絕緣費(fèi)用可降低。目前世界各國已修建和準(zhǔn)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(shí)限制短路容量，從而不致更換大量的電氣設(shè)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(yàn)性階段）參數(shù)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(shù)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(shù)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(shù)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(shù)有很大的提高，而且質(zhì)量也有很大的改善,直流輸電進(jìn)入了工業(yè)實(shí)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(yuǎn)距離，大功率（ 1970 年美國的太平洋聯(lián)絡(luò)線工程，其架空線路長度達(dá)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(shè)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(shí)驗(yàn)裝置建設(shè)及換流設(shè)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(shí)提出的。1963 年在中國電力科學(xué)研究院建成 V 、A 的直流輸電物理模擬裝置。 20 世紀(jì)70 年代以后，對該套裝置進(jìn)行了技術(shù)更新和改造，用晶閘管替換了原

11、來的閘流管并采用了數(shù)字式的控制保護(hù)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(shù)引進(jìn)從瑞士 公司引進(jìn)了一套先進(jìn)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(shù)字化的直流輸電仿真系統(tǒng)（） ，并且與暫態(tài)網(wǎng)絡(luò)分析裝置（ ）相連，從而具備了進(jìn)行更大規(guī)模試驗(yàn)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(shè) 20 世紀(jì)80 年代，中國開始建設(shè)直流輸電工程，到2005年已有 項(xiàng)直流輸電工程投入運(yùn)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(shè)中國第一項(xiàng)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(shè)大型直流輸電工程過渡的工業(yè)

12、性試驗(yàn)性質(zhì)。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(jìn)行調(diào)試并投入試運(yùn)行，1989 年正式投人商業(yè)運(yùn)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(jìn)行可行性研究，由于直流輸電在遠(yuǎn)距離輸電和聯(lián)網(wǎng)方面的優(yōu)點(diǎn)，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(shí)現(xiàn)了華中與華東兩大電網(wǎng)的非同期聯(lián)網(wǎng)，它具有輸電和聯(lián)網(wǎng)的雙重性

13、質(zhì)。 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(yùn)行，1990年8 月全部工程建成，并投人商業(yè)運(yùn)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(jìn)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(yùn)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(shè)計(jì)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(shí)也專慮到嵊泗島上的風(fēng)力發(fā)電發(fā)展到一定規(guī)模時(shí)也具有向上海反送的功能，工程的主要特點(diǎn)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(jìn)行設(shè)備訂貨，2002 年工程全部建成。除控制保護(hù)裝裝置由許繼電氣股份有限公司供貨外，其余全部設(shè)備均由西安電力機(jī)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(wǎng)的送電問題，同時(shí)也加強(qiáng)了華中與華東兩大電網(wǎng)的非同期聯(lián)網(wǎng)。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(yùn)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(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：一、輸送相同功率時(shí)，線路造價(jià)低對于架空線路，交流輸電通常采用3 根導(dǎo)線，而直流只需1 根（單極）或2 根（雙極）導(dǎo)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(fèi)和運(yùn)行費(fèi)都更為經(jīng)濟(jì) 。直流輸電的優(yōu)缺點(diǎn)二、線路有功損耗小由于直流架空線路僅使用根或2 根導(dǎo)線，所以在導(dǎo)線上的有功損耗較小。同時(shí)，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(diǎn)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(qiáng)度和擊穿強(qiáng)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(shí)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(jīng)濟(jì)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(jī)必須保持同步運(yùn)行。所謂“系統(tǒng)穩(wěn)定”，就是指在系統(tǒng)受到擾動(dòng)后所有互聯(lián)的同步發(fā)電機(jī)具有保持同步運(yùn)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(dāng)系統(tǒng)受到某種擾動(dòng)時(shí)，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(diǎn)五、能限制系統(tǒng)的短路電流用交流輸電線路連接兩個(gè)交流系統(tǒng)時(shí)，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(shè)備，增加大量的投資。而用直流輸電線路連接兩個(gè)交流系統(tǒng)時(shí)，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(shí)用價(jià)值。直流輸電的優(yōu)缺點(diǎn)六、調(diào)節(jié)速度快，運(yùn)行可靠直流輸電通過晶閘管換流器能夠方便、快速地調(diào)節(jié)有功功率和實(shí)現(xiàn)潮流翻轉(zhuǎn)。這不僅在正常運(yùn)行時(shí)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(cè)由直流線路對另一側(cè)事故系統(tǒng)進(jìn)行緊急支援?；蛘咴诮?、直流線路并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，當(dāng)交流系統(tǒng)發(fā)生短路，可暫時(shí)增大直流輸送的功率以減小發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子加速，從而提高系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。 單極運(yùn)行直流輸電的缺點(diǎn)一、換流站的設(shè)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(gè)諧波源，在運(yùn)行中要產(chǎn)生諧波，影響系統(tǒng)的運(yùn)行四、換流裝置幾乎沒有過載能力，所以對直流系統(tǒng)的運(yùn)行不利直流輸電的優(yōu)缺點(diǎn)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(yùn)行時(shí)會(huì)對沿途的金屬構(gòu)件和管道有腐蝕作用，以海水作為回路時(shí)，會(huì) 對 航 海 導(dǎo) 航 儀 表 產(chǎn) 生 影