高压直流输电技术

1、交流：交流： 330kV、 500kV和和750kV超高压超高压 1000kV特高压特高压直流：直流： 500kV超高压超高压 800kV特高压特高压第2页第3页1. 直流输电技术的发展直流输电技术的发展2. 我国高压直流输电的发展现状我国高压直流输电的发展现状3. 直流输电与交流输电的比较直流输电与交流输电的比较4. 柔性直流输电技术柔性直流输电技术直流输电阶段直流输电阶段 发电、输电和用电均为直流电发电、输电和用电均为直流电 交流输电阶段交流输电阶段 远距离送电远距离送电减少输电线路中电能的损失减少输电线路中电能的损失改变电压改变电压交流输电交流输电 交直流输电并存交直流输电并存 直流：输

2、送容量大，距离远，传输损耗低，直流：输送容量大，距离远，传输损耗低，节约占地走廊；远距离海底电缆或地下电缆节约占地走廊；远距离海底电缆或地下电缆输电，不同频率电网之间的联网或送电等优输电，不同频率电网之间的联网或送电等优点点 第4页直流输电的发展与换流技术有密切关系，特别是高电压、直流输电的发展与换流技术有密切关系，特别是高电压、大功率换流设备的发展大功率换流设备的发展 第一阶段：汞弧阀换流时期第一阶段：汞弧阀换流时期 1901年发明的汞弧换流管只能用于整流。年发明的汞弧换流管只能用于整流。1928年具有栅年具有栅极控制能力的汞弧阀研制成功，可用于整流，也解决了极控制能力的汞弧阀研制成功，可用

3、于整流，也解决了逆变问题。大功率汞弧阀使直流输电成为现实。逆变问题。大功率汞弧阀使直流输电成为现实。 1954年世界上第一个采用汞弧阀的直流输电工程（哥特年世界上第一个采用汞弧阀的直流输电工程（哥特兰岛直流工程）在瑞典投运，兰岛直流工程）在瑞典投运，1977年最后一个采用汞弧年最后一个采用汞弧阀换流的直流输电工程（纳尔逊河阀换流的直流输电工程（纳尔逊河I期工程）建成。期工程）建成。第5页第一阶段：汞弧阀换流时期第一阶段：汞弧阀换流时期 世界上共有世界上共有12项汞弧阀换流的直流工程投运，其中最项汞弧阀换流的直流工程投运，其中最大的输送容量为大的输送容量为1600MW（美国太平洋联络线（美国太平

4、洋联络线I期工期工程），最高输电电压为程），最高输电电压为450kV（纳尔逊河（纳尔逊河I期工期工程），最长输电距离为程），最长输电距离为1362km（太平洋联络线）。（太平洋联络线）。 但是汞弧阀制造技术复杂、价格昂贵、逆弧故障率高、但是汞弧阀制造技术复杂、价格昂贵、逆弧故障率高、可靠性较差、运行维护不便等因素，导致直流输电的可靠性较差、运行维护不便等因素，导致直流输电的应用和发展受到限制。应用和发展受到限制。第6页第7页1954年用于第一套年用于第一套Gotland线路的汞弧阀线路的汞弧阀第二阶段：晶闸管阀换流时期第二阶段：晶闸管阀换流时期 20世纪世纪70年代以后，电力电子技术和微电子年

5、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，技术的迅速发展，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，有效改善了直流输电的运行性能程中的应用，有效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。和可靠性，促进了直流输电技术的发展。第8页第二阶段：晶闸管阀换流时期第二阶段：晶闸管阀换流时期 第一个采用晶闸管换流阀的第一个采用晶闸管换流阀的HVDC系统是加拿系统是加拿大大1972年建立的依尔河系统，运行电压年建立的依尔河系统，运行电压80kV、输送容量为输送容量为320MW的背靠背直流输电

6、系统。的背靠背直流输电系统。目前，国外输送容量最大的是目前，国外输送容量最大的是1984年巴西建设年巴西建设的伊泰普水电站的伊泰普水电站600kV的超高压直流输电工的超高压直流输电工程，两回共程，两回共6300MW，线路全长，线路全长1590km 。第9页晶闸管换流阀的特点：晶闸管换流阀的特点： 体积减小、成本降低；体积减小、成本降低； 可靠性提高；可靠性提高； 晶闸管换流阀没有逆弧故障，而且制造、试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。验、运行维护和检修都比汞弧阀简单而方便。第10页第11页晶闸管换流阀晶闸管换流阀第三阶段：新型半导体换流设备的应用第三

7、阶段：新型半导体换流设备的应用 20世纪世纪90年代以后，绝缘栅双极晶体管年代以后，绝缘栅双极晶体管（IGBT）得到广泛应用，）得到广泛应用，1997年世界上第一年世界上第一个采用个采用IGBT组成电压源换流器的直流输电工组成电压源换流器的直流输电工程在瑞典投运。程在瑞典投运。 目前，世界上最大的目前，世界上最大的IGBT轻型轻型HVDC是北欧是北欧地区的地区的Estlink海底电缆工程，运行电压海底电缆工程，运行电压150kV，传输容量，传输容量350MW，电缆全长，电缆全长105km。第12页第三阶段：新型半导体换流设备的应用第三阶段：新型半导体换流设备的应用 LHVDC采用采用IGBT器

8、件组成换流器，功能强、体积器件组成换流器，功能强、体积小，可以减少换流站的滤波装置，省去了换流变压小，可以减少换流站的滤波装置，省去了换流变压器，整个换流站可以搬迁。此外，采用可关断器件器，整个换流站可以搬迁。此外，采用可关断器件换流器，可以避免换相失败。换流器，可以避免换相失败。 但是，但是，IGBT功率小、损耗大，不利于大型直流输功率小、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（电工程采用。最新研制的门极换相晶闸管（IGCT）和大功率碳化硅元件，该元件电压高、通流能力强、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。损耗低、可靠性高。第13页 超过超过

9、30km左右的海底电缆送电左右的海底电缆送电 100kV舟山直流输电工程舟山直流输电工程 两个交流系统之间的异步联接两个交流系统之间的异步联接 远距离大容量架空线输电远距离大容量架空线输电 用地下电缆向大城市供电用地下电缆向大城市供电 配合新能源输电配合新能源输电第14页 1989年，我国自行研制的舟山直流输电工程（年，我国自行研制的舟山直流输电工程（100kV，100MW，54km）投运；葛洲坝）投运；葛洲坝上海（葛上线）是我国上海（葛上线）是我国第一个高压直流输电工程（第一个高压直流输电工程（500kV，1200MW，1064km ）1990年投运。年投运。 截至截至2007年年10月，我

10、国已建成并正式投运葛（洲坝）沪月，我国已建成并正式投运葛（洲坝）沪（上海）、三（峡）常（州）、三（峡）广（东）、三（上海）、三（峡）常（州）、三（峡）广（东）、三（峡）沪（上海）、天（天生桥）广（东）、贵（州）广（峡）沪（上海）、天（天生桥）广（东）、贵（州）广（东）（东）回、回、回等回等7个超高压直流输电工程和灵宝直流个超高压直流输电工程和灵宝直流背靠背工程，直流输电线路总长度达背靠背工程，直流输电线路总长度达7085km，输送容量，输送容量达达1856万万kW。第15页第16页舟山直流工程地理位置图舟山直流工程地理位置图第17页三广直流工程三广直流工程 惠州换流阀惠州换流阀 云广直流工程，

11、是世界上首个电压等级最高的云广直流工程，是世界上首个电压等级最高的800kV特高压直流输电工程特高压直流输电工程 ，西起云南楚雄州禄，西起云南楚雄州禄丰县，东至广州增城市，输电距离丰县，东至广州增城市，输电距离1438km，额定，额定输电容量输电容量5000MW，2010年双极投产。年双极投产。 主要输送小湾、金安桥水电站的电力到广东负荷中主要输送小湾、金安桥水电站的电力到广东负荷中心。心。第18页 2010年年7月月8日正式投运的向家坝日正式投运的向家坝上海上海800kV特高压直流输电示范工程，起于四川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。复龙换流站，止于上海奉贤换

12、流站。 额定输送容量额定输送容量6400MW，最大输送功率，最大输送功率7000MW，额定电流达到，额定电流达到4000A，直流输电线，直流输电线路途经八省市，全长路途经八省市，全长1907km。第19页第20页特高压直流输电示范工程特高压直流输电示范工程第21页第22页2010年年9月月28日，呼伦贝尔日，呼伦贝尔辽宁辽宁500千伏千伏直流输电工程正式竣工投运。直流输电工程正式竣工投运。额定输送容量额定输送容量3000MW，额定电流，额定电流3000A，直，直流输电线路全长流输电线路全长908km。这是我国首个采用直流输电技术的煤电基地电这是我国首个采用直流输电技术的煤电基地电力外送工程，也

13、是东北电网第一条直流线路。力外送工程，也是东北电网第一条直流线路。第23页2012年年12月月12日，由我国自主研发、设计、建设的日，由我国自主研发、设计、建设的四川锦屏四川锦屏江苏苏南江苏苏南800千伏特高压直流输电工千伏特高压直流输电工程投运。程投运。额定输送容量额定输送容量6400MW，额定电流，额定电流4000A，直流输，直流输电线路途经四川、云南、湖南、湖北、浙江、安徽、电线路途经四川、云南、湖南、湖北、浙江、安徽、江苏八省市，全长江苏八省市，全长2059km，总投资，总投资220亿元。亿元。是目前世界上送电距离最远的特高压直流输电工程。是目前世界上送电距离最远的特高压直流输电工程。

14、第24页第25页2013年年9月月3日，云南糯扎渡电站送电广东日，云南糯扎渡电站送电广东800千伏千伏直流输电工程极直流输电工程极低端投入试运行，开始向广东送电，低端投入试运行，开始向广东送电，输送容量输送容量125万千瓦。万千瓦。糯扎渡直流工程西起云南普洱换流站，东至广东江门糯扎渡直流工程西起云南普洱换流站，东至广东江门换流站，线路全长换流站，线路全长1413公里，额定输送容量公里，额定输送容量500万千万千瓦。瓦。糯扎渡、溪洛渡送电广东直流工程投产后，云电送粤糯扎渡、溪洛渡送电广东直流工程投产后，云电送粤四条直流大通道的输电容量将达到四条直流大通道的输电容量将达到1640万千瓦，南方万千瓦

15、，南方电网将形成电网将形成“八交八直八交八直”共共16条条500千伏及以上的西千伏及以上的西电东送大通道。电东送大通道。第26页2013年年10月月12日，世界首个日，世界首个500千伏同塔双回直千伏同塔双回直流工程、也是目前世界上流工程、也是目前世界上500千伏最大容量直流千伏最大容量直流输电工程输电工程溪洛渡右岸电站送电广东同塔双回直溪洛渡右岸电站送电广东同塔双回直流输电工程（简称溪洛渡直流工程）第一回极流输电工程（简称溪洛渡直流工程）第一回极2投投入试运行，开始向广东送电，最大输电容量入试运行，开始向广东送电，最大输电容量160万万千瓦。千瓦。溪洛渡直流工程起于云南昭通换流站，止于广东从

16、溪洛渡直流工程起于云南昭通换流站，止于广东从化换流站，线路全长化换流站，线路全长21286km，额定输送容量，额定输送容量6400MW。第27页2014年年7月月3日，溪洛渡左岸日，溪洛渡左岸浙江金华浙江金华800千伏千伏特高压直流输电工程正式投运，这是目前世界上输特高压直流输电工程正式投运，这是目前世界上输送容量最大的直流输电工程。送容量最大的直流输电工程。工程起于宜宾双龙换流站，止于浙江金华换流站，工程起于宜宾双龙换流站，止于浙江金华换流站，途经四川、贵州、江西、湖南、浙江途经四川、贵州、江西、湖南、浙江5省，线路全省，线路全长约长约1680km，工程总投资，工程总投资238.55亿元，额

17、定输送亿元，额定输送功率功率8000MW。第28页2014年国家发改委核准建设的宁东年国家发改委核准建设的宁东浙江浙江800千伏特高压直流工程，将于今年千伏特高压直流工程，将于今年9月底开工，计划月底开工，计划2016年年6月底建成投运。月底建成投运。额定输送容量额定输送容量8000MW，全长，全长1720km，直流输电，直流输电线路起于宁夏银川境内宁东换流站，途经宁夏、陕线路起于宁夏银川境内宁东换流站，途经宁夏、陕西、山西、河南、安徽、浙江六省区，止于次坞镇西、山西、河南、安徽、浙江六省区，止于次坞镇绍兴换流站。绍兴换流站。第29页正在建设的大连跨海柔性直流输电工程是目前正在建设的大连跨海柔

18、性直流输电工程是目前世界范围内容量最大的柔性直流输电工程。世界范围内容量最大的柔性直流输电工程。该工程输送容量为该工程输送容量为1000MW，直流电压为，直流电压为320kV，直流电流，直流电流1600kA，直流电缆总长约，直流电缆总长约59.2km，其中，其中46km海底电缆，主要用于大连海底电缆，主要用于大连城市地区供电。城市地区供电。第30页3.1 技术比较技术比较 直流输电的优点直流输电的优点 远距离大功率输电远距离大功率输电 输送功率大小和方向可以快速控制和调节输送功率大小和方向可以快速控制和调节 直流输电的接入不会增加原有电力系统的短路电直流输电的接入不会增加原有电力系统的短路电流

19、容量，也不受系统稳定极限的限制流容量，也不受系统稳定极限的限制 直流输电工程的一个极发生故障时，另一个极能直流输电工程的一个极发生故障时，另一个极能继续运行，通过发挥过负荷能力，可保持输送功继续运行，通过发挥过负荷能力，可保持输送功率或减少输送功率的损失率或减少输送功率的损失第31页3.1 技术比较技术比较 直流输电的优点直流输电的优点 直流系统本身有调制功能，可根据系统要求做出反直流系统本身有调制功能，可根据系统要求做出反应，对机电振荡产生阻尼，阻尼低频振荡，提高电应，对机电振荡产生阻尼，阻尼低频振荡，提高电力系统暂态稳定水平力系统暂态稳定水平 通过换流站配置的无功功率控制进行系统的交流电通

20、过换流站配置的无功功率控制进行系统的交流电压调节压调节第32页3.1 技术比较技术比较 直流输电的优点直流输电的优点 大电网之间通过直流输电互联（如背靠背方式），大电网之间通过直流输电互联（如背靠背方式），2个电网之间不会互相干扰和影响，必要时可以迅个电网之间不会互相干扰和影响，必要时可以迅速进行功率交换速进行功率交换 输电线路沿线电压分布平稳，无电容电流，不输电线路沿线电压分布平稳，无电容电流，不需并联电抗补偿需并联电抗补偿 便于分极分期建设及增容扩建，有利于及早发便于分极分期建设及增容扩建，有利于及早发挥效益挥效益第33页3.1 技术比较技术比较 直流输电的缺点直流输电的缺点 换流器工作时

21、需要消耗较多的无功功率换流器工作时需要消耗较多的无功功率送出的送出的40%60%被消耗掉，所以，需要补偿被消耗掉，所以，需要补偿 可控硅元件的过载能力较低；可控硅元件的过载能力较低； 直流输电以大地或海水作回流电路时，会对沿途地直流输电以大地或海水作回流电路时，会对沿途地下或海水中的金属设施造成腐蚀，还会对通信和航下或海水中的金属设施造成腐蚀，还会对通信和航海带来干扰海带来干扰 直流电流没有过零点，因此直流断路器灭弧比较困直流电流没有过零点，因此直流断路器灭弧比较困难难第34页 直流架空线路投资省直流架空线路投资省 直流电缆线路投资少直流电缆线路投资少 换流站比变电站投资大换流站比变电站投资大

22、 在相同条件下，输电线路长度大于等价距离在相同条件下，输电线路长度大于等价距离时，采用直流输电所需的建设费用比交流输电时，采用直流输电所需的建设费用比交流输电省省 运行费用较省运行费用较省 第35页第36页直流输电线路造价低于交流输电线路但换流直流输电线路造价低于交流输电线路但换流站造价却比交流变电站高得多。一般认为架站造价却比交流变电站高得多。一般认为架空线路超过空线路超过600-800km，电缆线路超过，电缆线路超过40-60km，直流输电较交流输电经济。，直流输电较交流输电经济。随着高电压大容量可控硅及控制保护技术的随着高电压大容量可控硅及控制保护技术的发展，换流设备造价逐渐降低，等价距离缩发展，换流设备造价逐渐降低，等价距离缩短，使直流输电近年来发展较快。短，使直流输电近年来发展较快。第37页优点：优点： 提高传输容量和传输距离；提高传输容量和传输