高壓直流輸電課件

2022/12/22高壓直流輸電HVDCtransmission2022/12/19高壓直流輸電HVDCtransmiss2022/12/222HVDCHighVoltageDirectCurrenttransmission2022/12/192HVDCHighVoltageDi2022/12/223主要參考書韓民曉，等編著．高壓直流輸電原理與運行

．北京：機械工業(yè)出版社，2009．浙江大學發(fā)電教研組直流輸電科研組．直流輸電．北京：水利電力出版社，1985．趙畹君，等．高壓直流輸電工程技術．北京：中國電力出版社，2004．徐政．交直流電力系統(tǒng)動態(tài)行為分析．北京：機械工業(yè)出版社，2004．2022/12/193主要參考書韓民曉，等編著．高壓直流輸電2022/12/224課程安排第一章緒論第二章高壓直流輸電系統(tǒng)的主要設備第三章?lián)Q流器工作原理第四章高壓直流輸電的諧波抑制與無功補償?shù)谖逭轮绷骺刂婆c保護第六章直流輸電新技術2022/12/194課程安排第一章緒論2022/12/225第一章緒論1.1高壓直流輸電的構成 1.1.1高壓直流輸電的概念HVDC組成：整流站、直流輸電線路、逆變站HVDC主要作用：遠距離大功率輸電，聯(lián)網等。 高壓直流輸電技術是電力電子技術在電力系統(tǒng)中應用最早、最成熟的技術。交流系統(tǒng)I交流系統(tǒng)II2022/12/195第一章緒論1.1高壓直流輸電的構成2022/12/2261.1.2高壓直流輸電的分類一、按工程結構分類分類I（按換流站數(shù)量分類）兩端直流輸電(或“點對點直流輸電”)多端直流輸電分類II（按線路長度分類）長距離直流輸電背靠背直流輸電分類III（按電壓等級分類）（超）高壓直流輸電特高壓直流輸電2022/12/1961.1.2高壓直流輸電的分類一、按工2022/12/2271.1.2高壓直流輸電的分類二、按工程性質分類遠距離大容量直流架空線路工程;背靠背直流聯(lián)網工程;跨海峽的直流海底電纜工程;向大城市送電的直流地下電纜工程;向孤立的負荷點送電或從孤立的電站向電網送電的直流工程;交直流并聯(lián)輸電系統(tǒng)。2022/12/1971.1.2高壓直流輸電的分類二、按工2022/12/228我國主要直流輸電工程類型我國直流輸電工程類型工程名稱額定功率/MW額定電壓/kV投產年份按工程結構分類按工程性質分類葛-南1200±5001989雙極兩端工程遠距離大容量直流架空線路工程天-廣1800±5002000遠距離大容量直流架空線路工程；交直流并聯(lián)輸電系統(tǒng)三-常3000±5002002遠距離大容量直流架空線路工程三-廣3000±5002004三-滬3000±5002006貴-廣I、II3000±5002004/2007云-廣5000±8002010向-上7200±8002010舟山50-1002010單極兩端工程跨海峽的直流海底電纜工程；向孤立的負荷點送電的直流工程靈寶3601202005背靠背工程背靠背直流聯(lián)網工程高嶺

1500±12520082022/12/198我國主要直流輸電工程類型我國直流輸電工2022/12/2291.1.2高壓直流輸電的分類重點介紹：兩端直流輸電、多端直流輸電目前，世界上90多個直流輸電工程中，絕大部分為兩端直流輸電系統(tǒng)，只有2個工程為多端直流輸電系統(tǒng)，另有2個為具有多端直流輸電性質的直流工程。2022/12/1991.1.2高壓直流輸電的分類重點介紹2022/12/22101.1.2高壓直流輸電的分類類型：由兩側換流站及直流輸電線路組成的交-直-交變換的系統(tǒng)，稱為兩端直流輸電系統(tǒng)。兩端直流輸電多端直流輸電單極雙極同極長距離背靠背2022/12/19101.1.2高壓直流輸電的分類類型：2022/12/22111.1.2.1單極兩端直流輸電系統(tǒng)單極大地回線方式單極金屬回線方式單極雙導線并聯(lián)大地回線方式地電流問題2022/12/19111.1.2.1單極兩端直流輸電系統(tǒng)2022/12/22121.1.2.1單極兩端直流輸電系統(tǒng)特點：接線簡單、可靠性和靈活性差使用情況：較少有實際工程，多為：1）雙極系統(tǒng)分期建設；2）雙極系統(tǒng)一極停運時，健全極繼續(xù)運運行時出現(xiàn)的運行方式。我國舟山直流工程為該類型。2022/12/19121.1.2.1單極兩端直流輸電系統(tǒng)2022/12/22131.1.2.2雙極兩端直流輸電系統(tǒng)雙極一端中性點接地式雙極兩端中性點接地式雙極金屬中線式2022/12/19131.1.2.2雙極兩端直流輸電系統(tǒng)2022/12/22141.1.2.2雙極兩端直流輸電系統(tǒng)特點：正常運行時，地電流?。?lt;1%IdN），一般不會引發(fā)地電流問題；可靠性和靈活性高；輸電線路的電磁干擾?。粋鬏敼β蚀?；投資大。因此，是使用最廣泛的直流工程。1)地下金屬電化學腐蝕;2)地下電磁干擾;3)變壓器直流偏磁。雙極方式HVDC原理圖2022/12/19141.1.2.2雙極兩端直流輸電系統(tǒng)2022/12/22151.1.2.3同極兩端直流輸電系統(tǒng)同極兩端HVDC系統(tǒng)兩組單極并聯(lián)式HVDC系統(tǒng)Id－＋－＋－＋－＋IdI02022/12/19151.1.2.3同極兩端直流輸電系統(tǒng)2022/12/22161.1.2.3同極兩端直流輸電系統(tǒng)特點：正常時中性線上有2倍的極電流，故使用很少。直流工程：

EELRiver背靠背工程（加拿大）：2×80kV，2×160MW斯蒂加爾背靠背工程（美國）：50kV，100MW新信儂背靠背工程（日本）：125kV，300MW2022/12/19161.1.2.3同極兩端直流輸電系統(tǒng)2022/12/22171.1.2.4背靠背直流輸電系統(tǒng)背靠背直流輸電系統(tǒng)：直流線路長度為零的HVDC系統(tǒng)。又稱為“背靠背換流站”，“非同步聯(lián)絡站”，或“變頻站”。接線方式：單極、雙極或同極方式用途：Back-to-backHVDCtransmission,b-t-bHVDCtransmission 主要用于聯(lián)網，尤其是非同步聯(lián)網。2022/12/19171.1.2.4背靠背直流輸電系統(tǒng)背2022/12/22181.1.2.4背靠背直流輸電系統(tǒng)主要特點：直流側可選擇低電壓、大電流運行，從而充分利用大截面晶閘管的通流能力，降低直流線損；換流站設備數(shù)量及額定值均減少，造價比同規(guī)模常規(guī)換流站降低約15%～20%；控制系統(tǒng)響應速度更快。靈寶，高嶺2022/12/19181.1.2.4背靠背直流輸電系統(tǒng)主2022/12/22191.1.2.5多端直流輸電系統(tǒng)多端直流輸電系統(tǒng)：由2個以上換流站及其所連直流輸電線路組成的直流輸電系統(tǒng)，稱為多端直流輸電系統(tǒng)。分類：按換流站間的連接方式分類：并聯(lián)、串聯(lián)式按直流線路的連接方式分類：輻射（分支，樹枝）、閉環(huán)形Multi-terminalHVDCtransmissionsystem，MTDC

2022/12/19191.1.2.5多端直流輸電系統(tǒng)多端2022/12/22201.1.2.5多端直流輸電系統(tǒng)一、并聯(lián)式MTDC種類：

輻射狀直流網絡型并聯(lián)式MTDC

閉環(huán)狀直流網絡型并聯(lián)式MTDC主要特點：靠改變換流站的直流電流實現(xiàn)站間功率調節(jié)和分配；功率調節(jié)范圍寬，0.1～1.5p.u.；潮流反轉操作復雜。應用：魁北克－新英格蘭五端直流輸電，意大利-科西嘉-撒丁島三端直流輸電。2022/12/19201.1.2.5多端直流輸電系統(tǒng)一、2022/12/22211.1.2.5多端直流輸電系統(tǒng)二、串聯(lián)式MTDC主要特點：主要靠改變換流站的直流電壓來實現(xiàn)站間功率調節(jié)和分配；潮流反轉操作快速方便；功率調節(jié)范圍窄；絕緣配合復雜；一段直流線路的永久性故障將導致整個MTDC停運。應用：無串聯(lián)MTDC原理圖2022/12/19211.1.2.5多端直流輸電系統(tǒng)二、2022/12/22221.1.2.5多端直流輸電系統(tǒng)MTDC特點（與多個兩端HVDC系統(tǒng)比較）：經濟、控制保護系統(tǒng)以及運行操作復雜適用場合：多電源供電或多落點受電的輸電；直流線路中途分支接入電源或負荷；將幾個孤立的交流系統(tǒng)實現(xiàn)非同步聯(lián)網；將交流系統(tǒng)分成多個孤立運行的電網。輻射狀直流網絡形并聯(lián)式MTDC圖2022/12/19221.1.2.5多端直流輸電系統(tǒng)MT2022/12/22231.2高壓直流輸電的特點及適用場合1.2.1高壓直流輸電的優(yōu)點一、從技術性看，HVDC具有如下優(yōu)點：

1.

有利于改善交流系統(tǒng)的穩(wěn)定性交流系統(tǒng)穩(wěn)定問題—分類1：

靜態(tài)穩(wěn)定暫態(tài)穩(wěn)定—分類2：

頻率穩(wěn)定電壓穩(wěn)定適合遠距離、大容量輸電

2022/12/19231.2高壓直流輸電的特點及適用場合2022/12/22241.2.1高壓直流輸電的優(yōu)點

2.實現(xiàn)交流系統(tǒng)的非同步聯(lián)網（輸電）非同步聯(lián)網：通過HVDC實現(xiàn)的兩個交流系統(tǒng)的互聯(lián)非同步運行的好處：被聯(lián)電網可保持自己的電能質量（如頻率、電壓）而獨立運行；被聯(lián)電網之間交換的功率可快速方便地進行控制，有利于運行和管理。只有直流輸電能實現(xiàn)非同步聯(lián)網包含：抽水蓄能機組2022/12/19241.2.1高壓直流輸電的優(yōu)點2.2022/12/22251.2.1高壓直流輸電的優(yōu)點

3.相同電壓等級下，輸送功率更大2*3000MW、±500kVHVDC

4.有功、無功功率快速可控，有利于改善交流系統(tǒng)的運行性能2022/12/19251.2.1高壓直流輸電的優(yōu)點3.2022/12/22261.2.1高壓直流輸電的優(yōu)點

5.限制交流系統(tǒng)短路容量

6.線路故障時的自防護能力強單片絕緣子損壞故障恢復時間：交流：三相停運直流：降壓運行交流單相：0.6～1.0s直流單極：0.2～

0.35s2022/12/19261.2.1高壓直流輸電的優(yōu)點5.2022/12/22271.2.1高壓直流輸電的優(yōu)點二、從可靠性看，HVDC具有如下優(yōu)點：可靠性指標：強迫停運率、電能不可用率等名稱交流直流交流直流單回雙回單極雙極單回雙回單極雙極線路[次/百公里.年]0.2990.0540.1260.0550.290.0540.140.01兩端變電（換流）站（次/年）0.560.124.800.200.60.061.40.25

交直流工程綜合強迫停運率2022/12/19271.2.1高壓直流輸電的優(yōu)點二、從2022/12/22281.2.1高壓直流輸電的優(yōu)點二、從可靠性看，HVDC具有如下優(yōu)點：直流輸電與交流輸電的可靠性相當交直流輸電線路電能不可用率名稱電能不可用率輸電容量損失50％輸電容量損失100％交流直流交流直流線路0.750.070.0500.016變電（換流）站0.070.620.0070.002總計0.820.690.0570.0182022/12/19281.2.1高壓直流輸電的優(yōu)點二、從2022/12/22291.2.1高壓直流輸電的優(yōu)點三、從經濟性看，HVDC具有如下優(yōu)點：

1.線路造價低2.運行損耗小輸送同樣功率條件下，直流架空線路節(jié)省1/3的導線，1/3～1/2的鋼材，造價為交流線路的60％～70％。線路有功損耗小幾乎無線路無功損耗線路電暈損耗小1200MW損耗圖環(huán)境污染小：電暈損耗和無線電干擾小2022/12/19291.2.1高壓直流輸電的優(yōu)點三、從2022/12/22301.2.1高壓直流輸電的優(yōu)點三、從經濟性看，HVDC具有如下優(yōu)點：

3.特別適合電纜輸電輸送容量大輸送距離不受限制造價低損耗小重量輕不易老化壽命長直流電纜線路適合于難以或不便裝設無功補償處2022/12/19301.2.1高壓直流輸電的優(yōu)點三、從2022/12/22311.2.2高壓直流輸電的缺點1、換流站設備多、結構復雜、造價高、損耗大、運行費用高；2022/12/19311.2.2高壓直流輸電的缺點1、換2022/12/22321.2.2高壓直流輸電的缺點2、換流器產生大量諧波；3、換流器無功消耗量大;30%～

50%Pd(整流器）40%～

60%Pd(逆變器)換流器吸收無功功率:4、換流器過載能力低；5、在某些運行方式下，對地下（或海中）物體產生電磁干擾和電化學腐蝕。短期過載（2h）：1.1p.u.暫時過載（3-10s）：1.25-1.5p.u.2022/12/19321.2.2高壓直流輸電的缺點2、換2022/12/22331.2.3高壓直流輸電的適用場合高電壓、遠距離、大容量輸電；跨海送電；不同額定頻率電網的聯(lián)網或相同額定頻率電網的非同步聯(lián)網（輸電）；由地下電纜向大城市供電；交流系統(tǒng)互聯(lián)或者配電網增容時，作為限制短路容量的措施之一；配合新能源輸電。2022/12/19331.2.3高壓直流輸電的適用場合高2022/12/22341.2.3高壓直流輸電的適用場合等價距離：HVDC與HVAC總投資費用相等時，輸電線路的長度。500kV架空線路：400-600km800kV架空線路：700-900km電纜線路：20-40km2022/12/19341.2.3高壓直流輸電的適用場合等2022/12/22351.3HVDC的歷史與國外發(fā)展現(xiàn)狀人類輸送電力已有一百多年的歷史。輸電方式是從直流輸電開始的。1874年在俄國彼得堡第一次實現(xiàn)了直流輸電，當時輸電電壓僅100V。1928年，具有柵極控制能力的汞弧閥 研制成功，使高壓直流輸電成為現(xiàn)實。2022/12/19351.3HVDC的歷史與國外發(fā)展現(xiàn)狀2022/12/22361.3HVDC的歷史與國外發(fā)展現(xiàn)狀HVDC標志性事件1、1882年，德國，HVDC首次成功試驗送端受端技術指標米期巴赫煤礦(Miesbach)慕尼黑國際展覽會(Munich)

2kV,1.5kW，

57km電報線特點:①第一個電力系統(tǒng)；②線路損耗：78%；③從此進入試驗性階段2022/12/19361.3HVDC的歷史與國外發(fā)展現(xiàn)狀2022/12/22371.3HVDC的歷史與國外發(fā)展現(xiàn)狀HVDC標志性事件2、1954年，瑞典，HVDC首次投入商業(yè)運行送端受端技術指標瑞典大陸果特蘭島100/150kV，20MW/30MW，

96km海底電纜果特蘭島直流工程特點:①電力電子元件:

汞弧閥(一期)、晶閘管(二期)；②從此進入穩(wěn)步發(fā)展階段2022/12/19371.3HVDC的歷史與國外發(fā)展現(xiàn)狀2022/12/22381.3HVDC的歷史與國外發(fā)展現(xiàn)狀HVDC標志性事件3、1972年，加拿大，HVDC首次全部采用晶閘管元件送端受端技術指標魁北克省水電站新不倫威克省2×80kV,2×160MW，背靠背伊爾河背靠背直流工程特點:從此進入大力發(fā)展階段2022/12/19381.3HVDC的歷史與國外發(fā)展現(xiàn)狀2022/12/22391.3HVDC的歷史與國外發(fā)展現(xiàn)狀一、汞弧閥換流時期（1954～1977）第1個工程：果特蘭島工程（2kV,1.5kW，1954年投運）最后1個工程：加拿大納爾遜河Ⅰ期工程（±450kV,1977年投運）共有12項汞弧閥直流工程，其中最大輸送容量和最長輸送距離工程：美國太平洋聯(lián)絡線（1440MW、1362km）；最高直流電壓工程：加拿大納爾遜河I期工程（±450kV）。2022/12/19391.3HVDC的歷史與國外發(fā)展現(xiàn)狀2022/12/22401.3HVDC的歷史與國外發(fā)展現(xiàn)狀汞弧閥換流的特點：無論換流，發(fā)電、輸電和用電均為直流電；制造技術復雜、價格昂貴；逆弧故障率高，可靠性較低；運行維護不便。因此直流輸電的發(fā)展受到限制。汞弧閥

汞弧閥閥廳（Gotland工程，1954年）2022/12/19401.3HVDC的歷史與國外發(fā)展現(xiàn)狀2022/12/22411.3HVDC的歷史與國外發(fā)展現(xiàn)狀二、晶閘管閥換流時期（1972～至今）第1個試驗工程：果特蘭直流擴建工程（50kV，10MW，1970年投運）第1個工程：加拿大伊爾河背靠背工程（2×80kV，2×160MW，1972年投運）迄今90多個晶閘管閥直流工程5inch2022/12/19411.3HVDC的歷史與國外發(fā)展現(xiàn)狀2022/12/22421.3HVDC的歷史與國外發(fā)展現(xiàn)狀Itaipu架空線路工程：最高電壓和最大輸送容量工程：巴西伊泰普直流工程（±600kV，3150MW）最長距離工程：南非英加－沙巴直流工程（±500kV，560MW，1700km）2022/12/19421.3HVDC的歷史與國外發(fā)展現(xiàn)狀2022/12/22431.3HVDC的歷史與國外發(fā)展現(xiàn)狀電纜線路工程：最大輸送容量工程：英法海峽II直流工程（2×±270kV，2000MW，72km）；最高電壓及最長距離工程：瑞典－德國的波羅底海直流工程（450kV，600MW，250km）背靠背直流工程：最大容量工程：俄羅斯－芬蘭的維堡哥直流工程（±85kV，1065MW）；最高電壓工程：印度強德拉普爾直流工程（205kV，1000MW）2022/12/19431.3HVDC的歷史與國外發(fā)展現(xiàn)狀2022/12/22441.4HVDC在我國的發(fā)展1958，我國開始研究HVDC；1963，電力科學研究院建成國內第一個晶閘管閥模擬裝置（5A）；1977年，從楊樹浦發(fā)電廠到九龍變電所的8.6km直流輸電試驗工程，采用6脈動換流器，31kV、150A，輸送容量4.65MW。目前已投運14個直流輸電工程。2022/12/19441.4HVDC在我國的發(fā)展1952022/12/22451.4HVDC在我國的發(fā)展工程類型數(shù)量工程名稱±500kV（遠距離大容量）直流架空線路工程8葛-南，天-廣，三-常，三-廣，貴-廣I、II，三-滬，德-寶±800kV（遠距離大容量）直流架空線路工程2云-廣，向-上跨海峽的直流海底電纜工程2舟山，嵊泗背靠背直流聯(lián)網工程2靈寶背靠背，高嶺背靠背HVDC工程類型2022/12/19451.4HVDC在我國的發(fā)展工程類型2022/12/22461.4HVDC在我國的發(fā)展在建或計劃建設的超高壓直流工程

預計到2020年，我國超高壓直流輸電工程將超過20多項，總容量超過60GW。如：葛滬II回：±500kV，3000MW，975km呼盟～遼寧：±500kV，3000MW，908km黑河背靠背：±500kV，750MW，聯(lián)網福建廣東背靠背：±500kV，1500MW，聯(lián)網2022/12/19461.4HVDC在我國的發(fā)展在建或計2022/12/22471.4HVDC在我國的發(fā)展在建或計劃建設的特高壓直流工程

預計到2020年，我國特高壓直流工程將達20多項：寧東-山東：±660kV，4000MW，1350km俄羅斯～遼寧：±660kV，4000MW，1400km烏東德-福建：±1000kV，9000MW，2000km準東-江西：±1000kV，9000MW，3000km西藏～浙江：±1000kV，9000MW，3000km錦屏-江蘇：±800kV，7200MW，2100km溪洛渡-浙江：±800kV，7200MW，1688km云南-廣東II～III回：±800kV，5000MW2022/12/19471.4HVDC在我國的發(fā)展在建或計2022/12/22481.5直流輸電技術新發(fā)展器件換相直流輸電（輕型直流輸電）強迫換相換流器特高壓直流輸電光觸發(fā)晶閘管

2022/12/19481.5直流輸電技術新發(fā)展器件換相2022/12/22ThankYou!Chap.1緒論結束2022/12/19ThankYou!Chap.1緒論2022/12/2250第一章主要內容第一章緒論1.1高壓直流輸電的構成1.2高壓直流輸電的特點及適用場合1.3高壓直流輸電的歷史與國外發(fā)展現(xiàn)狀1.4高壓直流輸電在我國的發(fā)展1.5直流輸電技術新發(fā)展簡介2022/12/1950第一章主要內容第一章緒論2022/12/2251第二章主要內容第二章高壓直流輸電系統(tǒng)的主要設備2.1

換流裝置2.2換流變壓器2.3

平波電抗器2.4無功補償裝置2.5濾波器2.6直流輸電線路2.7接地極2.8控制保護系統(tǒng)2022/12/1951第二章主要內容第二章高壓直流輸電2022/12/2252第三章主要內容第三章?lián)Q流器工作原理3.1單橋整流器工作原理3.2雙橋整流器工作原理3.3單橋逆變器工作原理3.4雙橋逆變器工作原理2022/12/1952第三章主要內容第三章?lián)Q流器工作原2022/12/2253第四章主要內容第四章高壓直流輸電的諧波抑制與無功補償4.1高壓直流輸電諧波的基本問題4.2換流器特征諧波4.3換流器非特征諧波4.4換流站諧波抑制4.5交流濾波器設計4.6直流濾波器設計4.7換流站無功補償4.8無功控制2022/12/1953第四章主要內容第四章高壓直流輸電2022/12/2254第五章主要內容第五章直流控制與保護5.1控制系統(tǒng)的配置5.2直流控制原理5.3直流基本控制及其控制特性5.4改善直流控制特性的其他控制2022/12/1954第五章主要內容第五章直流控制與保護2022/12/2255第六章主要內容第六章直流輸電新技術6.1LTT閥6.2特高壓直流輸電6.3輕型直流輸電6.4強迫換相換流器2022/12/1955第六章主要內容第六章直流輸電新技2022/12/2256GotlandHVDC2022/12/1956GotlandHVDC2022/12/2257雙極方式HVDC原理圖雙極雙橋

葛洲壩南橋209kVIdId－＋－＋＋－－＋~500kV500kV500kV198kV~220kV2022/12/1957雙極方式HVDC原理圖雙極雙橋2022/12/2258輻射狀直流網絡形并聯(lián)式MTDC2022/12/1958輻射狀直流網絡形并聯(lián)式MTDC2022/12/2259閉環(huán)狀直流網絡形并聯(lián)式MTDC2022/12/1959閉環(huán)狀直流網絡形并聯(lián)式MTDC2022/12/2260五端直流輸電系統(tǒng)魁北克-新英格蘭五端直流輸電系統(tǒng)±450kV,并聯(lián)式MTDC；可以2-5端直流輸電方式運行，通常3端運行；可以單極或雙極運行；最多有36種運行方式2250MW，2500A690MW，766.7A2135MW，2372A690MW，766.7A1800MW，2000A2022/12/1960五端直流輸電系統(tǒng)魁北克-新英格蘭五2022/12/2261三端直流輸電系統(tǒng)意大利-科西嘉-撒丁島三端直流輸電工程2022/12/1961三端直流輸電系統(tǒng)意大利-科西嘉-撒丁2022/12/2262串聯(lián)多端直流輸電2022/12/1962串聯(lián)多端直流輸電2022/12/22高壓直流輸電HVDCtransmission2022/12/19高壓直流輸電HVDCtransmiss2022/12/2264HVDCHighVoltageDirectCurrenttransmission2022/12/192HVDCHighVoltageDi2022/12/2265主要參考書韓民曉，等編著．高壓直流輸電原理與運行

．北京：機械工業(yè)出版社，2009．浙江大學發(fā)電教研組直流輸電科研組．直流輸電．北京：水利電力出版社，1985．趙畹君，等．高壓直流輸電工程技術．北京：中國電力出版社，2004．徐政．交直流電力系統(tǒng)動態(tài)行為分析．北京：機械工業(yè)出版社，2004．2022/12/193主要參考書韓民曉，等編著．高壓直流輸電2022/12/2266課程安排第一章緒論第二章高壓直流輸電系統(tǒng)的主要設備第三章?lián)Q流器工作原理第四章高壓直流輸電的諧波抑制與無功補償?shù)谖逭轮绷骺刂婆c保護第六章直流輸電新技術2022/12/194課程安排第一章緒論2022/12/2267第一章緒論1.1高壓直流輸電的構成 1.1.1高壓直流輸電的概念HVDC組成：整流站、直流輸電線路、逆變站HVDC主要作用：遠距離大功率輸電，聯(lián)網等。 高壓直流輸電技術是電力電子技術在電力系統(tǒng)中應用最早、最成熟的技術。交流系統(tǒng)I交流系統(tǒng)II2022/12/195第一章緒論1.1高壓直流輸電的構成2022/12/22681.1.2高壓直流輸電的分類一、按工程結構分類分類I（按換流站數(shù)量分類）兩端直流輸電(或“點對點直流輸電”)多端直流輸電分類II（按線路長度分類）長距離直流輸電背靠背直流輸電分類III（按電壓等級分類）（超）高壓直流輸電特高壓直流輸電2022/12/1961.1.2高壓直流輸電的分類一、按工2022/12/22691.1.2高壓直流輸電的分類二、按工程性質分類遠距離大容量直流架空線路工程;背靠背直流聯(lián)網工程;跨海峽的直流海底電纜工程;向大城市送電的直流地下電纜工程;向孤立的負荷點送電或從孤立的電站向電網送電的直流工程;交直流并聯(lián)輸電系統(tǒng)。2022/12/1971.1.2高壓直流輸電的分類二、按工2022/12/2270我國主要直流輸電工程類型我國直流輸電工程類型工程名稱額定功率/MW額定電壓/kV投產年份按工程結構分類按工程性質分類葛-南1200±5001989雙極兩端工程遠距離大容量直流架空線路工程天-廣1800±5002000遠距離大容量直流架空線路工程；交直流并聯(lián)輸電系統(tǒng)三-常3000±5002002遠距離大容量直流架空線路工程三-廣3000±5002004三-滬3000±5002006貴-廣I、II3000±5002004/2007云-廣5000±8002010向-上7200±8002010舟山50-1002010單極兩端工程跨海峽的直流海底電纜工程；向孤立的負荷點送電的直流工程靈寶3601202005背靠背工程背靠背直流聯(lián)網工程高嶺

1500±12520082022/12/198我國主要直流輸電工程類型我國直流輸電工2022/12/22711.1.2高壓直流輸電的分類重點介紹：兩端直流輸電、多端直流輸電目前，世界上90多個直流輸電工程中，絕大部分為兩端直流輸電系統(tǒng)，只有2個工程為多端直流輸電系統(tǒng)，另有2個為具有多端直流輸電性質的直流工程。2022/12/1991.1.2高壓直流輸電的分類重點介紹2022/12/22721.1.2高壓直流輸電的分類類型：由兩側換流站及直流輸電線路組成的交-直-交變換的系統(tǒng)，稱為兩端直流輸電系統(tǒng)。兩端直流輸電多端直流輸電單極雙極同極長距離背靠背2022/12/19101.1.2高壓直流輸電的分類類型：2022/12/22731.1.2.1單極兩端直流輸電系統(tǒng)單極大地回線方式單極金屬回線方式單極雙導線并聯(lián)大地回線方式地電流問題2022/12/19111.1.2.1單極兩端直流輸電系統(tǒng)2022/12/22741.1.2.1單極兩端直流輸電系統(tǒng)特點：接線簡單、可靠性和靈活性差使用情況：較少有實際工程，多為：1）雙極系統(tǒng)分期建設；2）雙極系統(tǒng)一極停運時，健全極繼續(xù)運運行時出現(xiàn)的運行方式。我國舟山直流工程為該類型。2022/12/19121.1.2.1單極兩端直流輸電系統(tǒng)2022/12/22751.1.2.2雙極兩端直流輸電系統(tǒng)雙極一端中性點接地式雙極兩端中性點接地式雙極金屬中線式2022/12/19131.1.2.2雙極兩端直流輸電系統(tǒng)2022/12/22761.1.2.2雙極兩端直流輸電系統(tǒng)特點：正常運行時，地電流?。?lt;1%IdN），一般不會引發(fā)地電流問題；可靠性和靈活性高；輸電線路的電磁干擾??；傳輸功率大；投資大。因此，是使用最廣泛的直流工程。1)地下金屬電化學腐蝕;2)地下電磁干擾;3)變壓器直流偏磁。雙極方式HVDC原理圖2022/12/19141.1.2.2雙極兩端直流輸電系統(tǒng)2022/12/22771.1.2.3同極兩端直流輸電系統(tǒng)同極兩端HVDC系統(tǒng)兩組單極并聯(lián)式HVDC系統(tǒng)Id－＋－＋－＋－＋IdI02022/12/19151.1.2.3同極兩端直流輸電系統(tǒng)2022/12/22781.1.2.3同極兩端直流輸電系統(tǒng)特點：正常時中性線上有2倍的極電流，故使用很少。直流工程：

EELRiver背靠背工程（加拿大）：2×80kV，2×160MW斯蒂加爾背靠背工程（美國）：50kV，100MW新信儂背靠背工程（日本）：125kV，300MW2022/12/19161.1.2.3同極兩端直流輸電系統(tǒng)2022/12/22791.1.2.4背靠背直流輸電系統(tǒng)背靠背直流輸電系統(tǒng)：直流線路長度為零的HVDC系統(tǒng)。又稱為“背靠背換流站”，“非同步聯(lián)絡站”，或“變頻站”。接線方式：單極、雙極或同極方式用途：Back-to-backHVDCtransmission,b-t-bHVDCtransmission 主要用于聯(lián)網，尤其是非同步聯(lián)網。2022/12/19171.1.2.4背靠背直流輸電系統(tǒng)背2022/12/22801.1.2.4背靠背直流輸電系統(tǒng)主要特點：直流側可選擇低電壓、大電流運行，從而充分利用大截面晶閘管的通流能力，降低直流線損；換流站設備數(shù)量及額定值均減少，造價比同規(guī)模常規(guī)換流站降低約15%～20%；控制系統(tǒng)響應速度更快。靈寶，高嶺2022/12/19181.1.2.4背靠背直流輸電系統(tǒng)主2022/12/22811.1.2.5多端直流輸電系統(tǒng)多端直流輸電系統(tǒng)：由2個以上換流站及其所連直流輸電線路組成的直流輸電系統(tǒng)，稱為多端直流輸電系統(tǒng)。分類：按換流站間的連接方式分類：并聯(lián)、串聯(lián)式按直流線路的連接方式分類：輻射（分支，樹枝）、閉環(huán)形Multi-terminalHVDCtransmissionsystem，MTDC

2022/12/19191.1.2.5多端直流輸電系統(tǒng)多端2022/12/22821.1.2.5多端直流輸電系統(tǒng)一、并聯(lián)式MTDC種類：

輻射狀直流網絡型并聯(lián)式MTDC

閉環(huán)狀直流網絡型并聯(lián)式MTDC主要特點：靠改變換流站的直流電流實現(xiàn)站間功率調節(jié)和分配；功率調節(jié)范圍寬，0.1～1.5p.u.；潮流反轉操作復雜。應用：魁北克－新英格蘭五端直流輸電，意大利-科西嘉-撒丁島三端直流輸電。2022/12/19201.1.2.5多端直流輸電系統(tǒng)一、2022/12/22831.1.2.5多端直流輸電系統(tǒng)二、串聯(lián)式MTDC主要特點：主要靠改變換流站的直流電壓來實現(xiàn)站間功率調節(jié)和分配；潮流反轉操作快速方便；功率調節(jié)范圍窄；絕緣配合復雜；一段直流線路的永久性故障將導致整個MTDC停運。應用：無串聯(lián)MTDC原理圖2022/12/19211.1.2.5多端直流輸電系統(tǒng)二、2022/12/22841.1.2.5多端直流輸電系統(tǒng)MTDC特點（與多個兩端HVDC系統(tǒng)比較）：經濟、控制保護系統(tǒng)以及運行操作復雜適用場合：多電源供電或多落點受電的輸電；直流線路中途分支接入電源或負荷；將幾個孤立的交流系統(tǒng)實現(xiàn)非同步聯(lián)網；將交流系統(tǒng)分成多個孤立運行的電網。輻射狀直流網絡形并聯(lián)式MTDC圖2022/12/19221.1.2.5多端直流輸電系統(tǒng)MT2022/12/22851.2高壓直流輸電的特點及適用場合1.2.1高壓直流輸電的優(yōu)點一、從技術性看，HVDC具有如下優(yōu)點：

1.

有利于改善交流系統(tǒng)的穩(wěn)定性交流系統(tǒng)穩(wěn)定問題—分類1：

靜態(tài)穩(wěn)定暫態(tài)穩(wěn)定—分類2：

頻率穩(wěn)定電壓穩(wěn)定適合遠距離、大容量輸電

2022/12/19231.2高壓直流輸電的特點及適用場合2022/12/22861.2.1高壓直流輸電的優(yōu)點

2.實現(xiàn)交流系統(tǒng)的非同步聯(lián)網（輸電）非同步聯(lián)網：通過HVDC實現(xiàn)的兩個交流系統(tǒng)的互聯(lián)非同步運行的好處：被聯(lián)電網可保持自己的電能質量（如頻率、電壓）而獨立運行；被聯(lián)電網之間交換的功率可快速方便地進行控制，有利于運行和管理。只有直流輸電能實現(xiàn)非同步聯(lián)網包含：抽水蓄能機組2022/12/19241.2.1高壓直流輸電的優(yōu)點2.2022/12/22871.2.1高壓直流輸電的優(yōu)點

3.相同電壓等級下，輸送功率更大2*3000MW、±500kVHVDC

4.有功、無功功率快速可控，有利于改善交流系統(tǒng)的運行性能2022/12/19251.2.1高壓直流輸電的優(yōu)點3.2022/12/22881.2.1高壓直流輸電的優(yōu)點

5.限制交流系統(tǒng)短路容量

6.線路故障時的自防護能力強單片絕緣子損壞故障恢復時間：交流：三相停運直流：降壓運行交流單相：0.6～1.0s直流單極：0.2～

0.35s2022/12/19261.2.1高壓直流輸電的優(yōu)點5.2022/12/22891.2.1高壓直流輸電的優(yōu)點二、從可靠性看，HVDC具有如下優(yōu)點：可靠性指標：強迫停運率、電能不可用率等名稱交流直流交流直流單回雙回單極雙極單回雙回單極雙極線路[次/百公里.年]0.2990.0540.1260.0550.290.0540.140.01兩端變電（換流）站（次/年）0.560.124.800.200.60.061.40.25

交直流工程綜合強迫停運率2022/12/19271.2.1高壓直流輸電的優(yōu)點二、從2022/12/22901.2.1高壓直流輸電的優(yōu)點二、從可靠性看，HVDC具有如下優(yōu)點：直流輸電與交流輸電的可靠性相當交直流輸電線路電能不可用率名稱電能不可用率輸電容量損失50％輸電容量損失100％交流直流交流直流線路0.750.070.0500.016變電（換流）站0.070.620.0070.002總計0.820.690.0570.0182022/12/19281.2.1高壓直流輸電的優(yōu)點二、從2022/12/22911.2.1高壓直流輸電的優(yōu)點三、從經濟性看，HVDC具有如下優(yōu)點：

1.線路造價低2.運行損耗小輸送同樣功率條件下，直流架空線路節(jié)省1/3的導線，1/3～1/2的鋼材，造價為交流線路的60％～70％。線路有功損耗小幾乎無線路無功損耗線路電暈損耗小1200MW損耗圖環(huán)境污染?。弘姇灀p耗和無線電干擾小2022/12/19291.2.1高壓直流輸電的優(yōu)點三、從2022/12/22921.2.1高壓直流輸電的優(yōu)點三、從經濟性看，HVDC具有如下優(yōu)點：

3.特別適合電纜輸電輸送容量大輸送距離不受限制造價低損耗小重量輕不易老化壽命長直流電纜線路適合于難以或不便裝設無功補償處2022/12/19301.2.1高壓直流輸電的優(yōu)點三、從2022/12/22931.2.2高壓直流輸電的缺點1、換流站設備多、結構復雜、造價高、損耗大、運行費用高；2022/12/19311.2.2高壓直流輸電的缺點1、換2022/12/22941.2.2高壓直流輸電的缺點2、換流器產生大量諧波；3、換流器無功消耗量大;30%～

50%Pd(整流器）40%～

60%Pd(逆變器)換流器吸收無功功率:4、換流器過載能力低；5、在某些運行方式下，對地下（或海中）物體產生電磁干擾和電化學腐蝕。短期過載（2h）：1.1p.u.暫時過載（3-10s）：1.25-1.5p.u.2022/12/19321.2.2高壓直流輸電的缺點2、換2022/12/22951.2.3高壓直流輸電的適用場合高電壓、遠距離、大容量輸電；跨海送電；不同額定頻率電網的聯(lián)網或相同額定頻率電網的非同步聯(lián)網（輸電）；由地下電纜向大城市供電；交流系統(tǒng)互聯(lián)或者配電網增容時，作為限制短路容量的措施之一；配合新能源輸電。2022/12/19331.2.3高壓直流輸電的適用場合高2022/12/22961.2.3高壓直流輸電的適用場合等價距離：HVDC與HVAC總投資費用相等時，輸電線路的長度。500kV架空線路：400-600km800kV架空線路：700-900km電纜線路：20-40km2022/12/19341.2.3高壓直流輸電的適用場合等2022/12/22971.3HVDC的歷史與國外發(fā)展現(xiàn)狀人類輸送電力已有一百多年的歷史。輸電方式是從直流輸電開始的。1874年在俄國彼得堡第一次實現(xiàn)了直流輸電，當時輸電電壓僅100V。1928年，具有柵極控制能力的汞弧閥 研制成功，使高壓直流輸電成為現(xiàn)實。2022/12/19351.3HVDC的歷史與國外發(fā)展現(xiàn)狀2022/12/22981.3HVDC的歷史與國外發(fā)展現(xiàn)狀HVDC標志性事件1、1882年，德國，HVDC首次成功試驗送端受端技術指標米期巴赫煤礦(Miesbach)慕尼黑國際展覽會(Munich)

2kV,1.5kW，

57km電報線特點:①第一個電力系統(tǒng)；②線路損耗：78%；③從此進入試驗性階段2022/12/19361.3HVDC的歷史與國外發(fā)展現(xiàn)狀2022/12/22991.3HVDC的歷史與國外發(fā)展現(xiàn)狀HVDC標志性事件2、1954年，瑞典，HVDC首次投入商業(yè)運行送端受端技術指標瑞典大陸果特蘭島100/150kV，20MW/30MW，

96km海底電纜果特蘭島直流工程特點:①電力電子元件:

汞弧閥(一期)、晶閘管(二期)；②從此進入穩(wěn)步發(fā)展階段2022/12/19371.3HVDC的歷史與國外發(fā)展現(xiàn)狀2022/12/221001.3HVDC的歷史與國外發(fā)展現(xiàn)狀HVDC標志性事件3、1972年，加拿大，HVDC首次全部采用晶閘管元件送端受端技術指標魁北克省水電站新不倫威克省2×80kV,2×160MW，背靠背伊爾河背靠背直流工程特點:從此進入大力發(fā)展階段2022/12/19381.3HVDC的歷史與國外發(fā)展現(xiàn)狀2022/12/221011.3HVDC的歷史與國外發(fā)展現(xiàn)狀一、汞弧閥換流時期（1954～1977）第1個工程：果特蘭島工程（2kV,1.5kW，1954年投運）最后1個工程：加拿大納爾遜河Ⅰ期工程（±450kV,1977年投運）共有12項汞弧閥直流工程，其中最大輸送容量和最長輸送距離工程：美國太平洋聯(lián)絡線（1440MW、1362km）；最高直流電壓工程：加拿大納爾遜河I期工程（±450kV）。2022/12/19391.3HVDC的歷史與國外發(fā)展現(xiàn)狀2022/12/221021.3HVDC的歷史與國外發(fā)展現(xiàn)狀汞弧閥換流的特點：無論換流，發(fā)電、輸電和用電均為直流電；制造技術復雜、價格昂貴；逆弧故障率高，可靠性較低；運行維護不便。因此直流輸電的發(fā)展受到限制。汞弧閥

汞弧閥閥廳（Gotland工程，1954年）2022/12/19401.3HVDC的歷史與國外發(fā)展現(xiàn)狀2022/12/221031.3HVDC的歷史與國外發(fā)展現(xiàn)狀二、晶閘管閥換流時期（1972～至今）第1個試驗工程：果特蘭直流擴建工程（50kV，10MW，1970年投運）第1個工程：加拿大伊爾河背靠背工程（2×80kV，2×160MW，1972年投運）迄今90多個晶閘管閥直流工程5inch2022/12/19411.3HVDC的歷史與國外發(fā)展現(xiàn)狀2022/12/221041.3HVDC的歷史與國外發(fā)展現(xiàn)狀Itaipu架空線路工程：最高電壓和最大輸送容量工程：巴西伊泰普直流工程（±600kV，3150MW）最長距離工程：南非英加－沙巴直流工程（±500kV，560MW，1700km）2022/12/19421.3HVDC的歷史與國外發(fā)展現(xiàn)狀2022/12/221051.3HVDC的歷史與國外發(fā)展現(xiàn)狀電纜線路工程：最大輸送容量工程：英法海峽II直流工程（2×±270kV，2000MW，72km）；最高電壓及最長距離工程：瑞典－德國的波羅底海直流工程（450kV，600MW，250km）背靠背直流工程：最大容量工程：俄羅斯－芬蘭的維堡哥直流工程（±85kV，1065MW）；最高電壓工程：印度強德拉普爾直流工程（205kV，1000MW）2022/12/19431.3HVDC的歷史與國外發(fā)展現(xiàn)狀2022/12/221061.4HVDC在我國的發(fā)展1958，我國開始研究HVDC；1963，電力科學研究院建成國內第一個晶閘管閥模擬裝置（5A）；1977年，從楊樹浦發(fā)電廠到九龍變電所的8.6km直流輸電試驗工程，采用6脈動換流器，31kV、150A，輸送容量4.65MW。目前已投運14個直流輸電工程。2022/12/19441.4HVDC在我國的發(fā)展1952022/12/221071.4HVDC在我國的發(fā)展工程類型數(shù)量工程名稱±500kV（遠距離大容量）直流架空線路工程8葛-南，天-廣，三-常，三-廣，貴-廣I、II，三-滬，德-寶±800kV（遠距離大容量）直流架空線路工程2云-廣，向-上跨海峽的直流海底電纜工程2舟山，嵊泗背靠背直流聯(lián)網工程2靈寶背靠背，高嶺背靠背HVDC工程類型2022/12/19451.4HVDC在我國的發(fā)展工程類型2022/12/221081.4HVDC在我國的發(fā)展在建或計劃建設的超高壓直流工程

預計到2020年，我國超高壓直流輸電工程將超過20多項，總容量超過60GW。如：葛滬II回：±500kV，3000MW，975km呼盟～遼寧：±500kV，300