远距离输电技术

1、第八章第八章 远距离输电技术远距离输电技术湖南工程学院湖南工程学院湖南工程学院短路电流与受端系统容量关系短路电流与受端系统容量关系三峡三峡18.200GW18.200GW 短路电流短路电流( (kAkA) )60402010 受端容量受端容量 （GVAGVA）51.90034.60017.3008.600最大最大链式同步电网链式同步电网（长（长46004600公里，容量公里，容量1.41.4亿（亿（140GVA140GVA）交流交流湖南工程学院主要内容主要内容重点重点难点难点n 交流远距离输电交流远距离输电n 并联电抗器的作用并联电抗器的作用n 高压直流输电高压直流输电n 灵活交流输电系统灵活

2、交流输电系统p 超高压交流输电线路的电容效应超高压交流输电线路的电容效应p 并联电抗器限制工频过电压及抑制潜供电流的原因并联电抗器限制工频过电压及抑制潜供电流的原因p 特高压交流输电的技术特点、优越性特高压交流输电的技术特点、优越性p 灵活交流控制器的分类灵活交流控制器的分类p 电容效应电容效应p 特高压交流输电的优越性特高压交流输电的优越性p 电力电子技术在灵活交流输电系统中的应用电力电子技术在灵活交流输电系统中的应用湖南工程学院20082008年底特高压交流试验示范工程投入运行；年底特高压交流试验示范工程投入运行； 2010 2010年特高压直流送电华东，华北年特高压直流送电华东，华北华中

3、华中华东华东（“三华三华”）特高压同步电网初步形成；）特高压同步电网初步形成； 2012 2012年，年，“三华三华”特高压同步电网将形成特高压同步电网将形成“两纵两两纵两横横”格局，实现格局，实现陕北、晋东南、蒙西陕北、晋东南、蒙西等等煤电基地煤电基地和和西南西南水电基地水电基地的能源优化配置，的能源优化配置，中东部负荷集中地区中东部负荷集中地区能更好能更好地接受区外电力。地接受区外电力。湖南工程学院核心指标核心指标20062007200820092010售电量（亿千瓦时）售电量（亿千瓦时）1709719742212352274826891输电线路长度输电线路长度* *（公里）（公里）413

4、219413219457104496332561456618837变电设备容量变电设备容量* * *（万千伏（万千伏安）安）113779134270160142188654213193营业收入（亿元）营业收入（亿元）854510107114071258015427资产总额（亿元）资产总额（亿元）1212813618164351841921192城市供电可靠率（城市供电可靠率（% %）99.83999.88099.86599.90399.906农网供电可靠率（农网供电可靠率（% %）99.49199.54199.54599.61599.636线损率（线损率（% %）6.406.296.106.1

5、25.9820102010年，国家电网公司名列财富世界企业年，国家电网公司名列财富世界企业500500强第强第8 8位，是位，是 全球最大的公用事业企业全球最大的公用事业企业以上输电线路以上输电线路 * * *110110（6666）千伏及以上变电设备）千伏及以上变电设备湖南工程学院湖南工程学院l “三纵三横一环三纵三横一环”耗资耗资27002700亿亿l 到到20202020年，我国特高压这一网络更加扩年，我国特高压这一网络更加扩张。以华北、华东、华中（张。以华北、华东、华中（“三华三华”）特高压）特高压同步电网为中心东北特高压电网、西北同步电网为中心东北特高压电网、西北750750千伏电网

6、为送端，各千伏电网为送端，各大煤电基地、大水电基大煤电基地、大水电基地、大核电基地、大可再生能源基地地、大核电基地、大可再生能源基地为联结，为联结，一幅全国一幅全国“坚强智能电网坚强智能电网”的图画呈现在世人的图画呈现在世人面前。面前。湖南工程学院长线基本方程及稳态解长线基本方程及稳态解交流远距离输电交流远距离输电电压方程：电压方程：电流方程：电流方程：均匀无损长线等效电路示意图均匀无损长线等效电路示意图utidxLduu0iduutdxCdii0湖南工程学院二阶齐次微分方程通解（正弦稳态解）二阶齐次微分方程通解（正弦稳态解）长线的基本方程：长线的基本方程：相位系数相位系数波速波速架空线：架空

7、线：波阻抗波阻抗xSinjBxCosAUxCosBxSinjAZCI1v001CLv kmvfoo/06.0103005018022300CLZCsmv300 500CZ湖南工程学院线路的自然功率线路的自然功率电感电容效应电感电容效应电容效应电容效应法拉第效应法拉第效应湖南工程学院电容效应电容效应CLUUELC1 时，时，回路呈容性回路呈容性湖南工程学院三、空载线路的电压分布三、空载线路的电压分布1.1.电源容量为无穷大电源容量为无穷大（X Xs s=0=0）边界条件：边界条件：02I121UUCosxCosCosxCosUUUX21湖南工程学院沿线电压分布规律：沿线电压分布规律： 沿线电压按

8、余弦规律分布；沿线电压按余弦规律分布； 末端电压最高；末端电压最高； 末端电压随长度增长而加大。末端电压随长度增长而加大。湖南工程学院若若1=1500km1=1500km =0.06x1500=90=0.06x1500=90Cos =0Cos =0则则U2U2，达谐振点，达谐振点电磁波的工频波长电磁波的工频波长工频波长工频波长称之为称之为 波长谐振波长谐振41kmfv600050103541460001500湖南工程学院l 线路用等值集中参数（阻抗）来代替线路用等值集中参数（阻抗）来代替末端开路时末端开路时( ( ) )的首端入口阻抗的首端入口阻抗Z ZRKRK当当 , ,Z ZRKRK呈容性

9、呈容性02I90lctgZjZSinjCosZCCRKUUIU2211湖南工程学院末端短路时（末端短路时（ ）的受端入口阻抗）的受端入口阻抗Z ZRdRd当当 ，Z ZRdRd 呈感性呈感性02U90tgZjCosISinZIjZCCRdIU2211湖南工程学院一、对空载长线末端电压的限制一、对空载长线末端电压的限制湖南工程学院并联电抗器的作用：并联电抗器的作用：由于并联电抗器的电感能补偿线路由于并联电抗器的电感能补偿线路对地电容，减小流经线路的电容电对地电容，减小流经线路的电容电流，从而可消弱电容效应，限制空流，从而可消弱电容效应，限制空线末端的电压升高。线末端的电压升高。并联电抗器的容量并

10、联电抗器的容量空长线的无功功率空长线的无功功率CLKQQT 补偿度补偿度湖南工程学院可见：线末接有可见：线末接有X XL L时，使时，使2ULX0 xxos)(11CUCosUUm无并联电抗器时，无并联电抗器时，首、末端电压关系首、末端电压关系可见：线末接有可见：线末接有X XL L时，使时，使 ( (并联容量并联容量 ) )时，时，出现最大值的点向线路中部移动出现最大值的点向线路中部移动当当 时，有最大值时，有最大值2U湖南工程学院小结小结：空载线路首、末端电压的关系空载线路首、末端电压的关系不考虑电源等值电抗不考虑电源等值电抗末端接并联电抗器末端接并联电抗器EUCos12os11CUCos

11、UUm湖南工程学院二、对潜供电流的抑制二、对潜供电流的抑制湖南工程学院湖南工程学院高压直流输电高压直流输电一、高压直流输电与高压交流输电的比较一、高压直流输电与高压交流输电的比较（一）经济上一）经济上 （二）技术（二）技术上上l 线路线路l 两端设备两端设备l 架空线路架空线路500km500km， 电缆线路电缆线路500km500km时时 采用直流输电具有采用直流输电具有 更高的经济性更高的经济性l 接线方式接线方式l 电容电流电容电流l 可靠性和灵活性可靠性和灵活性l 稳定性稳定性l 潮流的调节潮流的调节l 短路电流短路电流l 联络线联络线湖南工程学院输送功率：输送功率：（架空线路）三相交

12、流三相交流双极交流双极交流直流对地电压直流对地电压交流对地电压有效值交流对地电压有效值导体允许通过的导体允许通过的交流电流有效值交流电流有效值导体允许通过的导体允许通过的 电流电流当当 时时2daUU CosIUPaaa3CosIUdd23dddIUP2943. 0CosdaPP 湖南工程学院功率损耗：功率损耗：l 三相交流三相交流l 双极直流双极直流输送功率相同时，直流功率损耗为交流输电输送功率相同时，直流功率损耗为交流输电功率损耗的功率损耗的2/32/3倍倍RCosUPRIPdaaa2222323RUPRIPAddd2222232cos432adPP湖南工程学院结论结论1.1.当输送功率相

13、同时，其线路造价低当输送功率相同时，其线路造价低（建设费用）（建设费用）线路线路:2:2根根架空线路杆塔结构比较简单架空线路杆塔结构比较简单线路走廊较窄线路走廊较窄2.2.当输送功率相同时，其功率损耗小当输送功率相同时，其功率损耗小（运行费用）（运行费用）3.3.电缆电缆湖南工程学院两端设备两端设备l 换流器换流器l 滤波器滤波器l 无功补偿设备无功补偿设备l 换流站造价高换流站造价高交直流等价输电距离交直流等价输电距离湖南工程学院二、直流输电的优缺点及适用场合二、直流输电的优缺点及适用场合 优点优点1.1.当输送功率相同时，其线路造价低当输送功率相同时，其线路造价低2.2.当输送功率相同时，

14、其功率损耗小当输送功率相同时，其功率损耗小3.3.两端交流电力系统不需要同步运行，两端交流电力系统不需要同步运行，输电距离不受电力系统同步运行稳定输电距离不受电力系统同步运行稳定性的限制性的限制4.4.直流线路的电压、电流、功率的调节比较直流线路的电压、电流、功率的调节比较容易和迅速容易和迅速湖南工程学院5.5.可以实现不同频率或相同频率交流可以实现不同频率或相同频率交流 系统之间的非同步联系系统之间的非同步联系6.6.直流输电线路在稳态运行时没有电容电流直流输电线路在稳态运行时没有电容电流 沿线电压分布平稳沿线电压分布平稳 线路电压降较小（仅电阻性压降）线路电压降较小（仅电阻性压降） 线路部

15、分不需要无功补偿装置线路部分不需要无功补偿装置7.7.每个极可以作为一个独立回路运行，便于每个极可以作为一个独立回路运行，便于 检修，分期投资金和建设检修，分期投资金和建设湖南工程学院 缺点缺点l谐波谐波l消耗无功消耗无功l换流站造价高换流站造价高l高压直流断路器高压直流断路器l大地回流造成的腐蚀及对交流系统的影响大地回流造成的腐蚀及对交流系统的影响l闭锁闭锁湖南工程学院直流输电的主要用途直流输电的主要用途1.1.远距离大功率输电远距离大功率输电2.2.海底电缆送电海底电缆送电3.3.不同频率或相同额定频率非同步运行不同频率或相同额定频率非同步运行的交流系统之间的联络的交流系统之间的联络4.4

16、.用地下电缆向用电密度高的城市供电用地下电缆向用电密度高的城市供电湖南工程学院直流输电的接线方式直流输电的接线方式单极直流输电单极直流输电单极两线直流输电单极两线直流输电双极直流输电双极直流输电湖南工程学院1.1.单极直流输电单极直流输电换流站与直线线路的连接端点换流站与直线线路的连接端点特点：特点：结构简单，经济结构简单，经济 地电流对地下埋设设备的金属地电流对地下埋设设备的金属 物腐蚀严重物腐蚀严重 对交流系统的影响对交流系统的影响湖南工程学院阳极（铁）阳极（铁）阴极阴极 不腐蚀阴极不腐蚀阴极22OHFeOHFe3OHFe222HHe湖南工程学院地中直流电流地中直流电流地中直流电流对于交流

17、输电系统的影响示意图地中直流电流对于交流输电系统的影响示意图湖南工程学院2.2.单极两线直流输电单极两线直流输电l 无大地回流无大地回流湖南工程学院3.3.双极直流输电双极直流输电湖南工程学院三、换流站的工作原理三、换流站的工作原理直流输电系统的原理接线图（双极）直流输电系统的原理接线图（双极）换流器换流阀 阀 阀臂湖南工程学院换流站换流站整流站：把三相交流电变换成直流电整流站：把三相交流电变换成直流电 的换流站的换流站逆变站：把直流线路送来的直流电变逆变站：把直流线路送来的直流电变 换成交流电的换流站换成交流电的换流站湖南工程学院 特点特点l 只输送有功功率，不输送无功功率只输送有功功率，不

18、输送无功功率l 换流阀在运行时，它对交流、直流换流阀在运行时，它对交流、直流l 系统两侧都将产生谐波系统两侧都将产生谐波u在换流站两侧均必须采用滤除谐波的在换流站两侧均必须采用滤除谐波的 措施措施湖南工程学院惠州鹅城换流站惠州鹅城换流站湖南工程学院两端直流输电系统的构成原理图两端直流输电系统的构成原理图换流站全貌换流站全貌湖南工程学院两端直流输电系统的构成原理图两端直流输电系统的构成原理图湖南工程学院换流站内晶闸管阀厅换流站内晶闸管阀厅湖南工程学院湖南工程学院换流站阀厅外的换流变压器换流站阀厅外的换流变压器湖南工程学院换流站外场地上的直流滤波电容组换流站外场地上的直流滤波电容组湖南工程学院1.

19、1.换流站的组成换流站的组成换流变压器换流变压器平波电抗器平波电抗器换流器换流器湖南工程学院l 可控硅导通条件可控硅导通条件 1. 1.阀承受正向电压阀承受正向电压 2. 2.控制级得到触发脉冲信号控制级得到触发脉冲信号l 可控硅导通后关断条件可控硅导通后关断条件 1. 1.阀承受反向电压阀承受反向电压 2. 2.电流过零电流过零湖南工程学院2.2.换流站的工作原理换流站的工作原理换流器的原理接线图换流器的原理接线图（1 1）整流工作状态）整流工作状态三相桥式整流电路三相桥式整流电路湖南工程学院)65sin()2sin()6sin(tEetEetEemcmbmal 假设假设1 1）三相电源对称

20、）三相电源对称2 2）平波电抗很大，负载电流）平波电抗很大，负载电流I Id d无纹波无纹波湖南工程学院3 3）可控硅阀）可控硅阀K K1 1KK6 6为理想状态为理想状态导通时压降为零，关断后阻抗导通时压降为零，关断后阻抗为无穷大为无穷大 L Ls s=0=0湖南工程学院控制角：可控硅承受正向电压起到加触发脉冲使其道控制角：可控硅承受正向电压起到加触发脉冲使其道通的瞬间所对应的电角度通的瞬间所对应的电角度换相：从一个可控硅道通变换为另一个可控硅的过程换相：从一个可控硅道通变换为另一个可控硅的过程湖南工程学院 过程演示过程演示K6K1导导通通K2开通开通K6断开断开K1K2导通导通湖南工程学院

21、六组轮流导通六组轮流导通六脉动整流电路六脉动整流电路每组可控硅导通时间每组可控硅导通时间 电角度电角度每一可控硅导通时间为每一可控硅导通时间为 电角度电角度 K K6 6、K K1 1 K K1 1、K K2 2 K K2 2、K K3 3（U Uabab） （U Uacac） (U(Ubcbc) ) K K3 3、K K4 4 K K4 4、K K5 5 K K5 5、K K6 6（U Ubaba） （U Ucaca） （U Ucbcb）湖南工程学院湖南工程学院CosECosEtdtSinEtdeeEdommbadr33)()3(33)()(3332mdoEE33直流输出电压平均值直流输出电

22、压平均值E Edrdr直流输出电压随控制角的增加而减少直流输出电压随控制角的增加而减少 时，直流输出电压为零时，直流输出电压为零整流状态控制角的变化范围：整流状态控制角的变化范围：090090湖南工程学院换相角：从开始触发换相到完全换相所经过的电角度换相角：从开始触发换相到完全换相所经过的电角度换相压降换相压降)32arccos(cosdmsIELdsIL3湖南工程学院湖南工程学院（2 2）逆变工作状态（）逆变工作状态（9090 180180）V Vd d0 0，I Id d0 0，直流侧吸收功率，直流侧吸收功率图图10-18 10-18 直流输电系统直流输电系统CosEVdod湖南工程学院我

23、国直流输电的发展概括我国直流输电的发展概括已经投运和在建的直流输电工程已经投运和在建的直流输电工程（1 1）舟山直流输电工程）舟山直流输电工程 19871987年年1212月投入试运行月投入试运行 额定电压额定电压100kv100kv，功率，功率50MW50MW（2 2）葛上直流输电工程）葛上直流输电工程 19891989年底建成单级年底建成单级500KV,500KV,输送电力输送电力600MW600MW 1990 1990年建成双极年建成双极500kv500kv，输送电力，输送电力1200mw1200mw（3 3）天广直流输电工程）天广直流输电工程 额定电压额定电压500kv500kv，输送

24、功率，输送功率1800mw1800mw（4 4）嵊泗直流输电工程）嵊泗直流输电工程 20032003年正式投入运行年正式投入运行 额定电压额定电压50kv50kv，输送功率双极，输送功率双极60mw60mw湖南工程学院（5 5）三常直流输电工程）三常直流输电工程 20002000年开始建设年开始建设 全长全长890km890km 2002 2002年底已建成单级年底已建成单级500kv 500kv 输送电力输送电力1500mw1500mw 2003 2003年年5 5月建成双极月建成双极500kv 500kv 输送电力输送电力3000mw3000mw（6 6）三广直流输电工程）三广直流输电工程

25、 20032003年开始建设年开始建设 2003 2003年底建成单级年底建成单级500kv 500kv 输送电力输送电力1500mw1500mw 2004 2004年上半年建成双极年上半年建成双极500kv 500kv 输送电力输送电力3000mw3000mw（7 7）贵广直流输电工程）贵广直流输电工程 20012001年开始建设年开始建设 全长全长900km900km 2004 2004年建成单级年建成单级500kv 500kv 输送电力输送电力1500mw1500mw 2005 2005年建成双极年建成双极500kv 500kv 输送电力输送电力3000mw3000mw（8 8）灵宝背靠

26、背直流输电工程）灵宝背靠背直流输电工程 20012001年开始建设年开始建设 2005 2005年建成年建成 双极双极120kv 120kv 输送电力输送电力360mw360mw湖南工程学院特高压输电的优越性特高压输电的优越性 提高传输容量和传输距离，线路的电压等级是提高传输容量和传输距离，线路的电压等级是 确定其传输能力的关键因素确定其传输能力的关键因素 节约占地成本，采用特高压输电提高了走廊的节约占地成本，采用特高压输电提高了走廊的 利用率利用率 能有效限制系统的短路电流能有效限制系统的短路电流 当输电距离和输电容量达到一定数量时，特高当输电距离和输电容量达到一定数量时，特高 压输电是比较

27、经济的压输电是比较经济的 提高输电电压对减少线路损耗有明显效果提高输电电压对减少线路损耗有明显效果湖南工程学院超高压交流输电技术的发展超高压交流输电技术的发展 19651965年魁北克电网建成年魁北克电网建成735kv735kv线路线路 19691969年美国年美国AEPAEP电力公司建成电力公司建成765kv765kv线路线路 8080年代巴西伊泰普工程的年代巴西伊泰普工程的765kv765kv输电系统输电系统 前苏联建成的前苏联建成的1150kv1150kv的特高压线路的特高压线路 19921992年日本建成的年日本建成的1000kv1000kv的特高压线路的特高压线路 中国西北电网地中国

28、西北电网地750kv750kv线路线路 目前运行的目前运行的1000kv1000kv输电系统（输电系统（2008-12-302008-12-30）湖南工程学院超高压直流输电技术的发展超高压直流输电技术的发展19541954年建成的瑞典的海底直流输电年建成的瑞典的海底直流输电19721972年建成的年建成的QuebecQuebec与与New BrunswickNew Brunswick之间的之间的HVDCHVDC巴西益普泰的巴西益普泰的600kv600kv的直流输电系统的直流输电系统前苏联埃及巴斯图兹至欧洲中部前苏联埃及巴斯图兹至欧洲中部750kv750kv的直流输的直流输电系统电系统500kv

29、500kv的直流输电系统已大规模应用的直流输电系统已大规模应用800kv800kv的直流输电系统的直流输电系统湖南工程学院我国大容量交直流输电技术我国大容量交直流输电技术 我国用电量需求和资源的极不平衡，长距离、我国用电量需求和资源的极不平衡，长距离、 大容量的大容量的“西电东送西电东送”和和“北电南送北电南送”，远远超过，远远超过 550kv 550kv经济输电的范围经济输电的范围 黄河上游千万黄河上游千万kwkw以上水电资源开发及陕北以上水电资源开发及陕北 大坑口火电开发，迫切需要提高电压等级，大坑口火电开发，迫切需要提高电压等级， 西北上西北上750kv750kv电压等级电压等级湖南工程

30、学院中国大容量交直流输电技术中国大容量交直流输电技术国家电网公司和南方电网公司正在酝酿国家电网公司和南方电网公司正在酝酿1000kv1000kv交流输电的建设交流输电的建设南方电网公司正在酝酿南方电网公司正在酝酿800kv800kv直流输电的直流输电的建设建设上海电缆研究所开始研究轻型大截面导线上海电缆研究所开始研究轻型大截面导线技术技术紧凑型线路也在进一步建设中紧凑型线路也在进一步建设中湖南工程学院表一：世界五大直流输电国家直流工程总计表一：世界五大直流输电国家直流工程总计我国各直流输电工程的技术参数我国各直流输电工程的技术参数湖南工程学院中国大区电网地互联方案中国大区电网地互联方案湖南工程

31、学院湖南工程学院Flexible Alternative Current Transmission System灵活交流输电系统灵活交流输电系统FACTSFACTS（柔性交流输电系统）（柔性交流输电系统）10.4 10.4 柔性交流输电系统柔性交流输电系统湖南工程学院传统交流输电系统存在的问题传统交流输电系统存在的问题 电力系统局部故障如果处理不当，则会造成电力系统局部故障如果处理不当，则会造成 事故扩大，甚至危及整个系统事故扩大，甚至危及整个系统 由于稳定性问题而使线路得不到充分利用由于稳定性问题而使线路得不到充分利用 短路电流随系统容量增大，断路器在断流短路电流随系统容量增大，断路器在断流

32、 容量和动热稳定性方面可能满足不了要求容量和动热稳定性方面可能满足不了要求 电力系统结构越来越复杂，调控手段缺乏，电力系统结构越来越复杂，调控手段缺乏， 安全运行管理难度大安全运行管理难度大湖南工程学院机械开关的局限机械开关的局限 调节速度慢调节速度慢 调整频率有限调整频率有限 可靠性差，寿命短可靠性差，寿命短湖南工程学院柔性交流输电系统柔性交流输电系统已以已以大功率可控硅大功率可控硅部件组成的部件组成的电子开关电子开关代替现有的代替现有的机械开关机械开关，灵活自如地调节，灵活自如地调节电网电压、功角和线路参数。使电力系电网电压、功角和线路参数。使电力系统变得更加灵活、可控、安全可靠。从统变得

33、更加灵活、可控、安全可靠。从而能在不改变现有电网结构的情况下提而能在不改变现有电网结构的情况下提高系统的高系统的输送能力输送能力，增加其，增加其稳定性稳定性湖南工程学院FACTSFACTS控制设备接入电力系统的方式控制设备接入电力系统的方式并联型并联型串联型串联型混合型混合型静止无功补偿器静止无功补偿器SVCSVC（Static Var compensatorStatic Var compensator）静止同步调相器静止同步调相器STATCOMSTATCOM（Static Synchronous Static Synchronous Compensator Compensator）可控串联补偿器可控串联补偿器TCSCTCSC（Thyristor Controlled Series CapacitorThyristor Controlled Series Capacitor）统一潮流控制器统一潮流控制器UPFCUPFC（Unified Power Flow ControllerUnified Power Flow Cont