超高压直流输电技术.ppt

* 1 * 2 目目 录录 n n 一、发展特高压电网的必要性一、发展特高压电网的必要性 n n 二、直流输电技术的发展二、直流输电技术的发展 n n 三、直流输电与交流输电的性三、直流输电与交流输电的性 能比较能比较 n n 四、高压直流输电系统的结构四、高压直流输电系统的结构 和元件和元件 电压等级的划分：电压等级的划分： 交流：交流： 330kV330kV、500kV 500kV 和和 750kV 750kV 超高压；超高压； 1000kV- 1000kV- 特高压特高压。 直流：直流： 500kV500kV、600kV 600kV 超高压；超高压； 660kV660kV、800kV 800kV 和和 1000kV- 1000kV- 特高压特高压。 一、发展特高压电网的必要性一、发展特高压电网的必要性 1 1、发展特高压电网是满足电力持续快速增长的发展特高压电网是满足电力持续快速增长的 客观需要。客观需要。 随着国民经济的持续快速发展，我国电力工随着国民经济的持续快速发展，我国电力工 业呈现加速发展态势，近几年发展更加迅猛。按照在业呈现加速发展态势，近几年发展更加迅猛。按照在 建规模和合理开工计划，全国装机容量建规模和合理开工计划，全国装机容量20102010年达到年达到9.59.5 亿千瓦，亿千瓦，20202020年达到年达到14.714.7亿千瓦；用电量亿千瓦；用电量20102010年达到年达到 4.54.5万亿千瓦时，万亿千瓦时，20202020年达到年达到7.47.4万亿千瓦时。电力需万亿千瓦时。电力需 求和电源建设空间巨大，电网面临持续增加输送能力求和电源建设空间巨大，电网面临持续增加输送能力 的艰巨任务。的艰巨任务。 一、发展特高压电网的必要性一、发展特高压电网的必要性 0.02 0.0043 1.03 0.49 2.17 0.99 3.19 1.35 3.91 1.89 4.42 2.18 5.17 2.48 6.22 2.82 9.5 4.5 14.7 7.4 0 1949198719952000200320042005200620102020 全国全国发电发电 装机容量装机容量 （亿亿千瓦）千瓦） 全社会用全社会用电电量（万量（万亿亿千瓦千瓦时时） 1949年2020年我国发电装机容量、用电量图 一、发展特高压电网的必要性一、发展特高压电网的必要性 2、发展特高压电网是电源结构调整和优化布局的必发展特高压电网是电源结构调整和优化布局的必 然要求。然要求。 我国发电能源以煤、水为主。西部地区资源我国发电能源以煤、水为主。西部地区资源 丰富，全国四分之三以上经济可开发水能资源分布在丰富，全国四分之三以上经济可开发水能资源分布在 西南地区，煤炭资源三分之二以上分布在西北地区；西南地区，煤炭资源三分之二以上分布在西北地区； 东部地区经济发达，全国三分之二以上的电力负荷集东部地区经济发达，全国三分之二以上的电力负荷集 中在京广铁路以东经济发达地区，未来的负荷增长也中在京广铁路以东经济发达地区，未来的负荷增长也 将保持这一趋势。将保持这一趋势。 一、发展特高压电网的必要性一、发展特高压电网的必要性 华北 南方 东北 西藏 台 湾 西北 华中 华东 煤电基地 水电基地 负荷中心 我国能源资源分布图我国能源资源分布图 一、发展特高压电网的必要性一、发展特高压电网的必要性 西部能源基地与东部负荷中心距离在西部能源基地与东部负荷中心距离在800-800- 30003000公里左右，远距离、大容量输电是我国未来公里左右，远距离、大容量输电是我国未来 电网发展的必然趋势。电网发展的必然趋势。 特高压输电是必然选择 一、发展特高压电网的必要性一、发展特高压电网的必要性 特高压输电具有超远距离、超大容量、低损耗送电特高压输电具有超远距离、超大容量、低损耗送电 、节约线路走廊、降低工程造价等特点。、节约线路走廊、降低工程造价等特点。 建设特高压电网，可促进大媒电、大水电、大核电建设特高压电网，可促进大媒电、大水电、大核电 、大规模可再生能源的建设，能够推进资源的集约开、大规模可再生能源的建设，能够推进资源的集约开 发和高效利用，缓解煤炭运输和环境的压力，节约土发和高效利用，缓解煤炭运输和环境的压力，节约土 地资源，在全国乃至更大范围的优化配置，具有显著地资源，在全国乃至更大范围的优化配置，具有显著 的经济效益和社会效益。的经济效益和社会效益。 一、发展特高压电网的必要性一、发展特高压电网的必要性 电力技术的发展是从直流电开始的；电力技术的发展是从直流电开始的； 随着三相交流发电机、感应电动机、变压随着三相交流发电机、感应电动机、变压 器的迅速发展，发电和用电领域很快被交流电器的迅速发展，发电和用电领域很快被交流电 所取代；所取代； 但是直流还有交流所不能取代之处，如远但是直流还有交流所不能取代之处，如远 距离大容量输电，不同频率电网之间的联网、距离大容量输电，不同频率电网之间的联网、 海底电缆和大城市地下电缆等。海底电缆和大城市地下电缆等。 二、二、直流输电技术的发展 二、二、直流输电技术的发展 直流输电的发展与换流技术有密切的关系。直流输电的发展与换流技术有密切的关系。 ( (特别与高电压、大功率换流设备的发展特别与高电压、大功率换流设备的发展) ) n第一阶段：汞弧阀换流时期 n 1901年发明的汞弧整流管只能用于整流。 1928年具有栅极控制能力的汞弧阀研制成功， 它不但可用于整流，同时也解决了逆变问题。 因此大功率汞弧阀使直流输电成为现实。 n 1954年世界上第一个采用汞弧阀性直流输 电工程(哥特兰岛直流工程)在瑞典投入运行， 1977年最后一个采用汞弧阀换流的直流输电工 程(纳尔逊河I期工程)建成。 二、二、直流输电技术的发展 直流输电的发展与换流技术有密切的关系。直流输电的发展与换流技术有密切的关系。 ( (特别与高电压、大功率换流设备的发展特别与高电压、大功率换流设备的发展) ) n第一阶段：汞弧阀换流时期 n世界上共有12项汞弧阀换流的直流工程投入运 行，其中最大的输送容量为1600MW(美国太平 洋联络线I期工程)，最高输电电压为450kV( 纳尔逊河l期工程)，最长输电距离为1362km(太 平洋联络线)。 n 但是汞弧阀制造技术复杂、价格昴贵、逆弧 故障率高、可靠性较差、运行维护不便等因素 ，使直流输电的应用和发展受到限制。 二、二、直流输电技术的发展 第二阶段：晶闸管阀换流时期第二阶段：晶闸管阀换流时期 n n 2020世纪世纪7070年代以后，电力电子技术和微电子技术的年代以后，电力电子技术和微电子技术的 迅速发展，高压大功率晶闸管的问世，晶闸管换流迅速发展，高压大功率晶闸管的问世，晶闸管换流 阀和计算机控制技术在直流输电工程中的应用，这阀和计算机控制技术在直流输电工程中的应用，这 些进步有效地改善了直流输电的运行性能和可靠性些进步有效地改善了直流输电的运行性能和可靠性 ，促进了直流输电技术的发展。，促进了直流输电技术的发展。 二、二、直流输电技术的发展 第二阶段：晶闸管阀换流时期第二阶段：晶闸管阀换流时期 n n 第一个采用晶闸管阀的第一个采用晶闸管阀的HVDCHVDC系统是加拿大系统是加拿大19721972年年 建立的依尔河系统，运行电压建立的依尔河系统，运行电压8080kVkV、输送容量为、输送容量为 320MW320MW背靠背直流输电系统。目前，国外输送容量背靠背直流输电系统。目前，国外输送容量 最大的是最大的是19841984年巴西建设伊泰普水电站年巴西建设伊泰普水电站600kV600kV超超 高压直流输电工程，两回共高压直流输电工程，两回共6300MW6300MW，线路全长，线路全长 1590km1590km。 二、二、直流输电技术的发展 第二阶段：晶闸管阀换流时期第二阶段：晶闸管阀换流时期 n n 20102010年年0707月月0808日正式投运的向家坝至上海日正式投运的向家坝至上海800kV800kV 特高压直流输电工程，是中国自主研发、设计和建特高压直流输电工程，是中国自主研发、设计和建 设的，是世界上电压等级最高、额定容量最大设的，是世界上电压等级最高、额定容量最大 6400MW(6400MW(最大输送能力最大输送能力7000MW)7000MW) 、送电距离最远、送电距离最远 1907km1907km、额定电流达到、额定电流达到4000A4000A、技术水平最先进的、技术水平最先进的 直流输电工程，代表了当今世界高压直流输电技术直流输电工程，代表了当今世界高压直流输电技术 的最高水平。的最高水平。 晶闸管换流阀的特点晶闸管换流阀的特点: : n n 体积减小、成本降低；体积减小、成本降低； n n 可靠性提高；可靠性提高； n n 晶闸管换流阀没有逆弧故障，而且制造、试验、晶闸管换流阀没有逆弧故障，而且制造、试验、 运行维护和检修都比汞弧阀简单而方便。运行维护和检修都比汞弧阀简单而方便。 二、二、直流输电技术的发展 晶闸管换流阀晶闸管换流阀 二、二、直流输电技术的发展 n n 第三阶段第三阶段 新型半导体换流设备的应用新型半导体换流设备的应用 n n 2020世纪世纪9090年代以后，年代以后，IGBTIGBT得到广泛应用，得到广泛应用，19971997年年 世界上世界上 第一个采用第一个采用IGBTIGBT组成电压源换流器的直流组成电压源换流器的直流 输电工程在输电工程在 瑞典投入运行瑞典投入运行。 n n 目前，世界上最大的目前，世界上最大的IGBTIGBT轻型轻型HVDCHVDC是北欧地区是北欧地区 的的EstlinkEstlink海底电缆工程，运行电压海底电缆工程，运行电压150kV150kV，传输，传输 容量容量350MW350MW ，电缆全长，电缆全长105km105km。 二、二、直流输电技术的发展 n n 第三阶段第三阶段 新型半导体换流设备的应用新型半导体换流设备的应用 n n L HVDCL HVDC采用采用IGBTIGBT器件组成换流器，功能强、体器件组成换流器，功能强、体 积小，可以减少换流站的滤波装置，省去了换流积小，可以减少换流站的滤波装置，省去了换流 变压器，整个变压器，整个 换流站可以搬迁。此外，采用可关换流站可以搬迁。此外，采用可关 断器件换流器，可以断器件换流器，可以 避免换相失败。避免换相失败。 n n 但是但是IGBTIGBT功率小、损耗大，不利于大型直流输电功率小、损耗大，不利于大型直流输电 工程采用。最新研制的门极换相晶闸管（工程采用。最新研制的门极换相晶闸管（IGCTIGCT） 和大功率碳化硅元件，该元件电压高、通流能力和大功率碳化硅元件，该元件电压高、通流能力 强、损耗低、可靠性高。强、损耗低、可靠性高。 二、二、直流输电技术的发展 我国直流输电的发展 1989年，我国自行研制的舟山直流输电工程(士 l00kV，100MW，54km)投入运行；葛洲坝上海(葛 上线)是我国的第一个高压直流输电工程（500kV， 1200MW， 1064km） 1990年投运。 90年代末，开始建设三广直流工程、三峡常州 直流工程和贵广直流工程。三广直流工程于2004年投 运；三常直流工程（ 500kV，3000MW， 962km ）于2004年5月投入运行。 舟山工程地理位置舟山工程地理位置 三广直流工程三广直流工程 惠州换流阀惠州换流阀 二、二、直流输电技术的发展 我国直流输电的发展 云南广东800kV直流输电工程，额定容量 5000MW,2010年实现双极投运。 向家坝-上海800千伏特高压直流输电示范工程起 于四川复龙换流站，止于上海奉贤换流站。额定输送 功率640万千瓦，最大输送功率700万千瓦；直流输电 线路途经八省市，全长约2000公里。 特高压直流示范工程 线路工程起于四川复龙换流站，途经四川、重庆、湖南、湖北、线路工程起于四川复龙换流站，途经四川、重庆、湖南、湖北、 安徽、浙江、江苏、上海八省市，止于上海奉贤换流站。全长约安徽、浙江、江苏、上海八省市，止于上海奉贤换流站。全长约 20002000公里，公里，4 4次跨越长江。次跨越长江。 复龙换流站鸟瞰图复龙换流站鸟瞰图 高压阀厅 500kVGIS 交流滤波器组 低压阀厅 高端换流变 户外直流场 主控楼 低端换流变 高压阀厅 直流滤波器 本期建设规模： 换流变压器28台，每台32.1万千伏安； 交流滤波器及无功补偿装置4组，总容量 308万千乏； 500kV出线9回，采用GIS设备； 奉贤换流站鸟瞰图奉贤换流站鸟瞰图 高压阀厅 低压阀厅 交流滤波器组 500kVGIS 平波电抗器 直流滤波器 高端换流变 低端换流变 主控楼 备用换流变 站用变 本期建设规模： 换流变压器28台，每台29.7万千伏安； 交流滤波器及无功补偿装置4组，总容 量390万千乏； 500kV出线3回，采用GIS设备； 近期将开工的直流工程近期将开工的直流工程 (1) (1) 呼盟辽宁直流工程呼盟辽宁直流工程 此工程计划近期开工。这是我国第八个长此工程计划近期开工。这是我国第八个长 距离、大容量高压直流输电工程。额定直流电距离、大容量高压直流输电工程。额定直流电 压为压为 500kV500kV、额定直流电流、额定直流电流3kA3kA、额定输送直、额定输送直 流功率流功率3000MW3000MW。 直流线路西起内蒙呼盟、东至辽宁沈阳，直流线路西起内蒙呼盟、东至辽宁沈阳， 全长约全长约908km908km。 通过此工程，内蒙地区的富裕能源将源源通过此工程，内蒙地区的富裕能源将源源 不断地送往东北工业基地。不断地送往东北工业基地。 二、二、直流输电技术的发展 (2) (2) 宁东山东直流工程宁东山东直流工程 这将是是我国第九个长距离、大容量高压直流这将是是我国第九个长距离、大容量高压直流 输电工程。也是第九个西电东送的高压直流输电工输电工程。也是第九个西电东送的高压直流输电工 程。此工程额定直流电压为程。此工程额定直流电压为 500kV500kV、额定直流电流、额定直流电流 3kA3kA、额定输送直流功率、额定输送直流功率3000MW3000MW。 直流线路西起宁夏银川、东至山东潍坊，全长直流线路西起宁夏银川、东至山东潍坊，全长 约约1043km1043km。目前正处于规范书编制阶段。目前正处于规范书编制阶段。 通过此工程，西北地区的富裕能源将源源不断地通过此工程，西北地区的富裕能源将源源不断地 送往东部工业基地。送往东部工业基地。 二、二、直流输电技术的发展 近期将开工的直流工程近期将开工的直流工程 (3) (3) 葛沪直流工程葛沪直流工程 这是我国第十个长距离、大容量高压直流输电工这是我国第十个长距离、大容量高压直流输电工 程。也是第十个西电东送的高压直流输电工程。计划程。也是第十个西电东送的高压直流输电工程。计划 20102010年投运。年投运。 额定直流电压为额定直流电压为 500kV500kV、额定直流、额定直流 电流电流3kA3kA、额定输送直流功率、额定输送直流功率3000MW3000MW。 直流线路西起湖北宜昌荆门换流站、东至上海沪直流线路西起湖北宜昌荆门换流站、东至上海沪 西换流站，全长约西换流站，全长约976km976km。与现在的葛南直流同杆。与现在的葛南直流同杆 并架（并架（ 914km 914km ），共用线路走廊。节约线路走廊），共用线路走廊。节约线路走廊 50005000公顷土地。公顷土地。 二、二、直流输电技术的发展 近期将开工的直流工程近期将开工的直流工程 (4) (4) 宝鸡德阳直流工程宝鸡德阳直流工程 这是我国第十一个长距离、大容量高压直这是我国第十一个长距离、大容量高压直 流输电工程。流输电工程。 额定直流电压为额定直流电压为 500kV500kV、额定直、额定直 流电流流电流3kA3kA、额定输送直流功率、额定输送直流功率3000MW3000MW。 直流线路北起陕西宝鸡、南至四川德阳，直流线路北起陕西宝鸡、南至四川德阳， 全长约全长约550km550km。水火互济作用明显。水火互济作用明显。 二、二、直流输电技术的发展 近期将开工的直流工程近期将开工的直流工程 (5) (5) 灵宝直流背靠背灵宝直流背靠背2 2期工程期工程 这是我国第四个高压直流背靠背联网工程这是我国第四个高压直流背靠背联网工程 。扩大西北电网和华中电网功率交换的能力。扩大西北电网和华中电网功率交换的能力。 本期额定直流功率本期额定直流功率750MW750MW，额定直流电，额定直流电 流流3kA3kA。建设一个。建设一个1212脉动脉动125kV125kV、750MW750MW背背 靠背换流单元。靠背换流单元。 二、二、直流输电技术的发展 近期将开工的直流工程近期将开工的直流工程 (6)(6)锦屏苏南工程锦屏苏南工程 这是我国第三个长距离、大容量特高压直这是我国第三个长距离、大容量特高压直 流输电工程。也是第十一个西电东送的高压直流输电工程。也是第十一个西电东送的高压直 流输电工程。流输电工程。 额定直流电压额定直流电压 800kV800kV，额定直流电流，额定直流电流4kA4kA ，额定直流功率，额定直流功率6400MW6400MW。直流线路西起四川。直流线路西起四川 西昌换流站，东至江苏苏南换流站，线路全长西昌换流站，东至江苏苏南换流站，线路全长 约约2093kM2093kM。计划。计划20122012年年8 8月投产。工程可研月投产。工程可研 报告已于报告已于20072007年年8 8月通过审查。月通过审查。 二、二、直流输电技术的发展 近期将开工的直流工程近期将开工的直流工程 东北 西藏 西北 华北 南方 华中 华东 台湾 近期开工的直流输电工程 锦屏苏南 灵宝2 宝鸡德阳 呼辽宁东山东 葛沪 三、直流输电与交流输电的性能比较三、直流输电与交流输电的性能比较 n n 技术性技术性 n n 可靠性可靠性 n n 经济性经济性 （1 1）功率传输特性）功率传输特性 交流为了满足稳定问题，常需采用串补、静补、交流为了满足稳定问题，常需采用串补、静补、 调相机、开关站等措施，有时甚至不得不提高输电调相机、开关站等措施，有时甚至不得不提高输电 电压。但是，这将增加很多电气设备，代价昂贵。电压。但是，这将增加很多电气设备，代价昂贵。 直流输电没有相位和功角，不存在稳定问题，直流输电没有相位和功角，不存在稳定问题， 只要电压降，网损等技术指标符合要求，就可达到只要电压降，网损等技术指标符合要求，就可达到 传输的目的，无需考虑稳定问题，这是直流输电的传输的目的，无需考虑稳定问题，这是直流输电的 重要特点，也是它的一大优势。重要特点，也是它的一大优势。 三、直流输电与交流输电的性能比较三、直流输电与交流输电的性能比较 3.1 技术性能 三、直流输电与交流输电的性能比较三、直流输电与交流输电的性能比较 3.1 技术性能 （2 2）线路故障时的自防护能力）线路故障时的自防护能力 交流线路单相接地后，其消除过程一般约交流线路单相接地后，其消除过程一般约 0.40.80.40.8秒，加上重合闸时间，约秒，加上重合闸时间，约0.610.61秒恢复。秒恢复。 直流线路单极接地，整流、逆变两侧晶闸管直流线路单极接地，整流、逆变两侧晶闸管 阀立即闭锁，电压降为零，迫使直流电流降到零阀立即闭锁，电压降为零，迫使直流电流降到零 ，故障电弧熄灭不存在电流无法过零的困难，直，故障电弧熄灭不存在电流无法过零的困难，直 流线路单极故障的恢复时间一般在流线路单极故障的恢复时间一般在0.20.350.20.35秒内秒内 。 三、直流输电与交流输电的性能比较三、直流输电与交流输电的性能比较 3.1 技术性能 （3 3）过负荷能力过负荷能力 n n 交流输电线路具有较高的持续运行能力，受发热交流输电线路具有较高的持续运行能力，受发热 条件限制的允许最大连续电流比正常输电功率大条件限制的允许最大连续电流比正常输电功率大 的多，其最大输送容量往往受稳定极限控制。的多，其最大输送容量往往受稳定极限控制。 n n 直流线路也有一定的过负荷能力，受制约的往往直流线路也有一定的过负荷能力，受制约的往往 是换流站。通常分是换流站。通常分2 2小时过负荷能力、小时过负荷能力、1010秒钟过负秒钟过负 荷能力和固有过负荷能力等。前两者葛上直流工荷能力和固有过负荷能力等。前两者葛上直流工 程分别为程分别为10%10%和和25%25%，后者视环境温度而异。，后者视环境温度而异。 三、直流输电与交流输电的性能比较三、直流输电与交流输电的性能比较 3.1 技术性能 （3 3）过负荷能力过负荷能力 n n 总的来说，就过负荷能力而言，交流有更大的灵总的来说，就过负荷能力而言，交流有更大的灵 活性，直流如果需要更大的过负荷能力，则在设活性，直流如果需要更大的过负荷能力，则在设 备选型时要预先考虑，此时需要增加投资。备选型时要预先考虑，此时需要增加投资。 三、直流输电与交流输电的性能比较三、直流输电与交流输电的性能比较 3.1 技术性能 （3 3）过负荷能力过负荷能力 n n 总的来说，就过负荷能力而言，交流有更大的灵总的来说，就过负荷能力而言，交流有更大的灵 活性，直流如果需要更大的过负荷能力，则在设活性，直流如果需要更大的过负荷能力，则在设 备选型时要预先考虑，此时需要增加投资。备选型时要预先考虑，此时需要增加投资。 （4 4）功率控制）功率控制 交流输电取决于网络参数、发电机与负荷的运交流输电取决于网络参数、发电机与负荷的运 行方式，值班人员需要进行调度，但又难于控制行方式，值班人员需要进行调度，但又难于控制 ，直流输电则可全自动控制。，直流输电则可全自动控制。 直流输电控制系统响应快速、调节精确、操作方直流输电控制系统响应快速、调节精确、操作方 便、能实现多目标控制；便、能实现多目标控制； 三、直流输电与交流输电的性能比较三、直流输电与交流输电的性能比较 3.1 技术性能 （5 5）短路容量）短路容量 两个系统以交流互联时，将增加两侧系统的两个系统以交流互联时，将增加两侧系统的 短路容量，有时会造成部分原有断路器不能满足短路容量，有时会造成部分原有断路器不能满足 遮断容量要求而需要更换设备。直流互联时，不遮断容量要求而需要更换设备。直流互联时，不 论在哪里发生故障，在直流线路上增加的电流都论在哪里发生故障，在直流线路上增加的电流都 是不大的，因此不增加交流系统的断路容量。是不大的，因此不增加交流系统的断路容量。 三、直流输电与交流输电的性能比较三、直流输电与交流输电的性能比较 3.1 技术性能 （6 6）电缆）电缆 电缆绝缘用于直流的允许工作电压比用于交流电缆绝缘用于直流的允许工作电压比用于交流 时高两倍，例如时高两倍，例如35kV35kV的交流电缆容许在的交流电缆容许在100kV100kV左左 右直流电压下工作，所以在直流工作电压与交流右直流电压下工作，所以在直流工作电压与交流 工作电压相同的情况下，直流电缆的造价远低于工作电压相同的情况下，直流电缆的造价远低于 交流电缆。交流电缆。 三、直流输电与交流输电的性能比较三、直流输电与交流输电的性能比较 3.1 技术性能 （7 7）输电线路的功率损耗比较）输电线路的功率损耗比较 在直流输电中，直流输电线路沿线电压分布平在直流输电中，直流输电线路沿线电压分布平 稳，没有电容电流，在导线截面积相同，输送有用稳，没有电容电流，在导线截面积相同，输送有用 功率相等的条功率相等的条 件下，直流线路功率损耗约为交流件下，直流线路功率损耗约为交流 线路的线路的2/32/3。并且不需并联电抗补偿。并且不需并联电抗补偿。 三、直流输电与交流输电的性能比较三、直流输电与交流输电的性能比较 3.1 技术性能 （8 8）调度管理）调度管理 由于通过直流线路互联的两端交流系统可以由于通过直流线路互联的两端交流系统可以 又各自的频率，输电功率也可保持恒定（恒功率又各自的频率，输电功率也可保持恒定（恒功率 、恒电流等）。对送端而言，整流站相当于交流、恒电流等）。对送端而言，整流站相当于交流 系统的一个负荷。对受端而言，逆变站则相当于系统的一个负荷。对受端而言，逆变站则相当于 交流系统的一个电源。互相之间的干扰和影响小交流系统的一个电源。互相之间的干扰和影响小 ，运行管理简单方便，对我国当前发展的跨大区，运行管理简单方便，对我国当前发展的跨大区 互联、合同售电、合资办电等形成的联合电力系互联、合同售电、合资办电等形成的联合电力系 统，尤为适宜。统，尤为适宜。 三、直流输电与交流输电的性能比较三、直流输电与交流输电的性能比较 3.1 技术性能 （9 9）线路走廊）线路走廊 按同电压按同电压500kV500kV考虑考虑 ， 一条一条500kV500kV直流输电直流输电 电线路的走廊约电线路的走廊约40m40m，一条，一条500kV500kV交流线路走廊交流线路走廊 约为约为50m50m，但是，但是1 1条同电压的直流线路输送容量约条同电压的直流线路输送容量约 为交流的为交流的2 2倍，直流输电的线路走廊其传输效率约倍，直流输电的线路走廊其传输效率约 为交流线路的为交流线路的2 2倍甚至更多一点。倍甚至更多一点。 三、直流输电与交流输电的性能比较三、直流输电与交流输电的性能比较 3.1 技术性能 n n 优点：优点： 1 1）线路造价低，走廊窄。）线路造价低，走廊窄。 2 2）直流输电电缆输送容量大，造价低，损）直流输电电缆输送容量大，造价低，损 耗小耗小，不易老化，寿命长，输送距离不受，不易老化，寿命长，输送距离不受 限制。限制。 3 3） 无同步稳定性问题，无同步稳定性问题，有利于长距离大容有利于长距离大容 量送电。量送电。 4 4） 可异步运行。可异步运行。 三、直流输电与交流输电的性能比较三、直流输电与交流输电的性能比较 n n 优点：优点： 5 5） 可以改善所连交流系统运行特性。可以改善所连交流系统运行特性。 6 6） 可分期投资建设。可分期投资建设。 7 7） 电网管理方便。电网管理方便。 8 8） 可隔离故障，有利于避免大面积停电。可隔离故障，有利于避免大面积停电。 三、直流输电与交流输电的性能比较三、直流输电与交流输电的性能比较 下列因素限制了直流输电的应用范围：下列因素限制了直流输电的应用范围： （1 1）直流断路器的费用高；）直流断路器的费用高； （2 2）不能用变压器来改变电压等级；）不能用变压器来改变电压等级； （3 3）换流设备的费用高；）换流设备的费用高； （4 4）由于产生谐波，需要交流和直流滤波器，从而）由于产生谐波，需要交流和直流滤波器，从而 增加了换流站的费用；增加了换流站的费用； （5 5）控制复杂。）控制复杂。 三、直流输电与交流输电的性能比较三、直流输电与交流输电的性能比较 克服以上缺点，依赖技术是：克服以上缺点，依赖技术是： （1 1）直流换流器的进展；）直流换流器的进展； （2 2）晶闸管的模块化结构和额定值增加；）晶闸管的模块化结构和额定值增加； （3 3）换流器采用）换流器采用1212或或2424脉波运行；脉波运行； （4 4）采用氧化金属变阻器；）采用氧化金属变阻器； （5 5）换流器控制采用数字和光纤技术。）换流器控制采用数字和光纤技术。 三、直流输电与交流输电的性能比较三、直流输电与交流输电的性能比较 三、直流输电与交流输电的性能比较三、直流输电与交流输电的性能比较 3.2 可靠性 整个系统的可靠性从强迫停运率和电能不可用 率两个方面进行衡量。 （1）强迫停运率 名名 称称 交交 流流 直直 流流交交 流流直直 流流 单单单单回回 双回双回 单单单单极极 双极双极 单单单单回回 双回双回 单单单单极极 双极双极 线线线线路（次路（次/ /百百 公里公里/ /年）年） 0.299 0.299 0.054 0.054 0.126 0.126 0.055 0.055 0.29 0.29 0.054 0.054 0.14 0.14 0.01 0.01 两端两端换换换换流站流站 （次（次/ /年）年） 0.560 0.560 0.120 0.120 4.80 4.80 0.20 0.20 0.6 0.6 0.06 0.06 1.4 1.4 0.25 0.25 三、直流输电与交流输电的性能比较三、直流输电与交流输电的性能比较 3.2 可靠性 （2）电能不可用率 名名 称称 电电电电能不可用率（能不可用率（% %） 输电输电输电输电 容量容量损损损损失失50% 50% 输电输电输电输电 容量容量损损损损失失100% 100% 交流交流 直流直流 交流交流 直流直流 线线线线路路 0.75 0.75 0.07 0.07 0.050 0.050 0.016 0.016 变压变压变压变压 （换换换换流）站流）站 0.07 0.07 0.62 0.62 0.007 0.007 0.002 0.002 总计总计总计总计 0.82 0.82 0.69 0.69 0.057 0.057 0.018 0.018 从可靠性和可用率两个指标来看，交、直流两种输 电方式是相当的，都是可行的。 三、直流输电与交流输电的性能比较三、直流输电与交流输电的性能比较 3.3 经济性 交、直流两种输电方式，就其造价而言，各具特色交、直流两种输电方式，就其造价而言，各具特色 ： （1 1）输送容量确定后，直流换流站的规模随之确定）输送容量确定后，直流换流站的规模随之确定 ，其投资也即确定下来，距离的增加，只与线路的，其投资也即确定下来，距离的增加，只与线路的 造价有关。交流输电则不同，随着输电距离的增加造价有关。交流输电则不同，随着输电距离的增加 ，由于稳定、过电压等要求，需要设备中间开关站，由于稳定、过电压等要求，需要设备中间开关站 。因此，对于交流输电方式，输电距离不单影响线。因此，对于交流输电方式，输电距离不单影响线 路投资，同时也影响变电部分投资。路投资，同时也影响变电部分投资。 三、直流输电与交流输电的性能比较三、直流输电与交流输电的性能比较 3.3 经济性 （2 2）就变电和线路两部分看，直流输电换流站投资占）就变电和线路两部分看，直流输电换流站投资占 比重很大，而交流输电的输电线路投资占主要成分比重很大，而交流输电的输电线路投资占主要成分 。 （3 3）直流输电功率损失比交流输电小得多。）直流输电功率损失比交流输电小得多。 （4 4）当输送功率增大时，直流输电可以采用提高电压）当输送功率增大时，直流输电可以采用提高电压 、加大导线截面的办法，交流输电则往往只好增加、加大导线截面的办法，交流输电则往往只好增加 回路数。回路数。 直流输电与交流输电的建设费用比较直流输电与交流输电的建设费用比较 高压直流联络线大致分以下几类：高压直流联络线大致分以下几类： （1 1）单极联络线；）单极联络线； （2 2）双极联络线；）双极联络线； （3 3）同极联络线。）同极联络线。 四、高压直流输电系统的结构和元件四、高压直流输电系统的结构和元件 4.1 高压直流联络线的分类 单极联络线的基本结构如图所示，通常采用一根负的导线，单极联络线的基本结构如图所示，通常采用一根负的导线， 而由大地或水提供回路。考虑造价，常采用这类系统，对电缆传而由大地或水提供回路。考虑造价，常采用这类系统，对电缆传 输来说尤其如此。这类结构也是建立双极系统的第一步。当大地输来说尤其如此。这类结构也是建立双极系统的第一步。当大地 电阻率过高，或不允许对地下（水下）金属结构产生干扰时，可电阻率过高，或不允许对地下（水下）金属结构产生干扰时，可 用金属回路代替大地作回路，形成金属性回路的导体处于低电压用金属回路代替大地作回路，形成金属性回路的导体处于低电压。 四、高压直流输电系统的结构和元件四、高压直流输电系统的结构和元件 4.1 高压直流联络线的分类 四、高压直流输电系统的结构和元件四、高压直流输电系统的结构和元件 4.1 高压直流联络线的分类 双极联络线结构如图，有两根导线，一正一负，每端有两个 为额定电压的换流站串联在直流侧，两个换流器间的连接点接 地。正常时，两极电流相等，无接地电流。两极可独立运行。 若因一条线路故障而导致一极隔离，另一极可通过大地运行， 能承担一半的额定负荷，或利用换流器及 线路的过载能力，承 担更多的负荷。 双极联络线特点双极联络线特点: : 1 1、从雷电性能方面看，一条双极、从雷电性能方面看，一条双极HVDCHVDC线路能有效地线路能有效地 等同于两交流传输线路。正常情况下等同于两交流传输线路。正常情况下, ,它对邻近设备它对邻近设备 的谐波干扰远小于单极联络线。通过控制（不需要的谐波干扰远小于单极联络线。通过控制（不需要 机械开关）改变两极的极性来实现潮流反向。机械开关）改变两极的极性来实现潮流反向。 2 2、 当接地电流不可接受时，或接地电阻高而接地电当接地电流不可接受时，或接地电阻高而接地电 极不可行时，用第三根导线作为金属性中性点，在极不可行时，用第三根导线作为金属性中性点，在 一极退出运行或双极运行失去平衡时，此导线充当一极退出运行或双极运行失去平衡时，此导线充当 回路。第三条导线的绝缘要求低，还可作为架空线回路。第三条导线的绝缘要求低，还可作为架空线 的屏蔽线。如果它完全绝缘，可作为一条备用线路的屏蔽线。如果它完全绝缘，可作为一条备用线路 。 四、高压直流输电系统的结构和元件四、高压直流输电系统的结构和元件 同极联络线：同极联络线： 导线数不少于两根，所有导线同极性。通常最好为负极性，导线数不少于两根，所有导线同极性。通常最好为负极性， 因为它由电磁引起的无线电干扰小。系统采用大地作为回路因为它由电磁引起的无线电干扰小。系统采用大地作为回路 。当一条线路发生故障时，换流器可为余下的线路供电，这。当一条线路发生故障时，换流器可为余下的线路供电，这 些导线有一定的过载能力，能承担比正常情况更大的功率。些导线有一定的过载能力，能承担比正常情况更大的功率。 四、高压直流输电系统的结构和元件四、高压直流输电系统的结构和元件 4.1 高压直流联络线的分类 4.2 4.2 高压直流输电系统的元件高压直流输电系统的元件 四、高压直流输电系统的结构和元件四、高压直流输电系统的结构和元件 4.2 4.2 高压直流输电系统的元件高压直流输电系统的元件 四、高压直流输电系统的结构和元件四、高压直流输电系统的结构和元件 （1 1）换流器）换流器 它们完成交它们完成交- -直流和直直流和直- -交流转换，由阀桥和有交流转换，由阀桥和有 抽头切换器的变压器构成。阀桥包括抽头切换器的变压器构成。阀桥包括6 6脉波或脉波或1212 脉波的高压阀。换流变压器向阀桥提供适当等级脉波的高压阀。换流变压器向阀桥提供适当等级 的不接地三相电压源。由于变压器阀换流器的正的不接地三相电压源。由于变压器阀换流器的正 端或负端接地。端或负端接地。 （2 2）平波电抗器）平波电抗器 这些大电抗器有高达这些大电抗器有高达1.0H1.0H的电感，在每个换流站与的电感，在每个换流站与 每极串联，它们有以下作用：每极串联，它们有以下作用： 1. 1.降低直流线路中的谐波电压和电流；降低直流线路中的谐波电压和电流； 2.2.防止逆变器换相失败；防止逆变器换相失败； 3.3.防止轻负荷电流不连续；防止轻负荷电流不连续； 4.4.限制直流线路短路期间整流器中的峰值电流。限制直流线路短路期间整流器中的峰值电流。 四、高压直流输电系统的结构和元件四、高压直流输电系统的结构和元件 4.2 4.2 高压直流输电系统的元件高压直流输电系统的元件 四、高压直流输电系统的结构和元件四、高压直流输电系统的结构和元件 4.2 4.2 高压直流输电系统的元件高压直流输电系统的元件 （3 3）谐波滤波器）谐波滤波器 换流器在交流和直流两侧均产生谐波电压和换流器在交