第10章23节直流输电FACTS(10-2)

21世纪输电技术发展

特高压交流输电技术

高压直流输电技术

大截面导线制造技术

紧奏型输电技术

轻型直流输电技术

柔性化输电技术

第二节

高压直流输电一、直流输电的接线方式换流变压器换流变压器整流器逆变器交流电力系统I交流电力系统II逆变站整流站直流线路直流输电系统

单极直流输电

单极两线直流输电

双极直流输电接线方式：1.单极直流输电特点:

结构简单，经济

地电流对地下埋设设备的金属物腐蚀严重

对交流系统的影响极：换流站与直流线路的连接端点阳极(铁)阴极不腐蚀阴极2.单极两线直流输电

无大地回流3.双极直流输电一、直流输电系统换流站把三相交流电变换成直流电的换流站逆变站把直流线路送来的直流电变换成交流电的换流站整流站第二节

高压直流输电国家电网公司四川-上海±800kV特高压直流输电示范工程额定输送容量为6400MW

(7200MW)葛洲坝－上海直流输电工程是中国第一条±500KV超高压直流输电工程，输送功率为1200MW±500KV超高压直流输电3000MW表2

国网“十二五”特高压直流线路规划注：特高压直流输电相比交流在远距离输电上更具技术与经济优势，运行风险较低，目前争议较少。1.换流站的组成

换流变压器

换流器

平波电抗器二、换流站的工作原理可控硅导通条件1.阀承受正向电压2.控制极得到触发脉冲信号1.阀承受反向电压2.电流过零可控硅导通后关断条件假设1）三相电源对称2）平波电抗很大,负载电流Id无纹波在直流线路内减小谐波电压和电流

防止逆变器的换相失败防止轻载时的电流不连续

在直流线路上短路时，限制整流器的峰值电流3）可控硅阀K1~K6为理想状态

Ls=0导通时压降为零关断后阻抗为无穷大假设1）三相电源对称2）平波电抗很大,负载电流Id无纹波换流器的原理接线图三相桥式整流电路（1）整流工作状态控制角：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换相：从一个可控硅导通变换为另一个可控硅导通的过程K6K1导通—K6断开—K2开通—K1K2导通

过程演示六组轮流导通K6、K1（Uab)K1、K2（Uac)K3、K4（Uba)K4、K5（Uca)

每组可控硅导通时间电角度

每一可控硅导通时间为电角度

六脉动整流电路直流输出电压平均值

Edr直流输出电压随控制角的增加而减少直流输出电压为零整流状态控制角的变化范围：0~90°Ls>0

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整流电压、电流波形图

无功谐波逆变失败（2）逆变工作状态(90°<α<180°)Vd<0,Id>0,直流侧吸收负的功率

特点

只输送有功功率，不输送无功功率

换流阀在运行时，它对交流、直流系统两侧都将产生谐波在换流站两侧均必须采用滤除谐波的措施∴直流输电系统的原理接线图（双极）换流器换流阀阀阀臂一、换流站的工作原理交流电力系统I交流电力系统II直流输电线路换流站1换流站21-换流变压器6—直流滤波器2-换流器7—控制保护系统3-平波电抗器8—接地极线路4-交流滤波器9—接地极5-静电电容器10—远动通信系统112233445566778899103惠州鹅城换流站

建于博罗响水的惠州鹅城换流站，是国家电网专为广东输送三峡电建设的巨大工程，是三峡送电广东的惟一通道，也是全国联网和西电东送的重要组成部分。该换流站是目前全国最大的长途输变电换流站，总容量达300万千瓦。3.两端直流输电系统的构成原理图换流站全貌

两端直流输电系统的构成原理图换流站内晶闸管阀厅换流站内晶闸管阀厅高压直流输电技术换流站阀厅外的换流变压器换流站外场地上的直流滤波电容组二、直流输电的优缺点及适用场合一、高压直流输电与高压交流输电的比较（一）经济上线路两端设备（二）技术上接线方式电容电流可靠性和灵活性稳定性潮流的调节短路电流联络线二、高压直流输电与高压交流输电的比较线路两端设备架空线路>500km，电缆线路>50km时采用直流输电具有更高的经济性

经济技术第二节

高压直流输电三相交流输送功率:（架空线路）

双极直流导体允许通过的交流电流有效值当时直流对地电压导体允许通过的电流功率损耗:输送功率相同时,直流功率损耗为交流输电功率损耗的倍

双极直流三相交流结论1.当输送功率相同时,其线路造价低（建设费用）线路：2根架空线路杆塔结构较简单线路走廊较窄2.当输送功率相同时,其功率损耗小（运行费用）两端设备换流器滤波器无功补偿设备直流断路器换流站造价高交直流等价输电距离10.3高压直流输电（一）经济上（二）技术上接线方式

电容电流可靠性和灵活性稳定性潮流的调节短路电流联络线二、高压直流输电与高压交流输电的比较二、高压直流输电与高压交流输电的比较

技术比较：2.线路电容电流直流线路在正常运行时纹波很小，即交流成分很少，所以基本上没有电容电流，沿线电压平稳。交流系统中当线路轻载或空载时，会有电容效应，沿线电压分布不均匀。二、高压直流输电与高压交流输电的比较

技术比较：3.可靠性和灵活性

三相交流输电线路任何一相发生故障时，不能以非全相持续运行。而直流输电系统中，一个极发生故障，可利用另一个健全极和大地继续供电。另外，由于直流线路的导线少，架空线路的绝缘子数量也更少，发生故障的几率也减少。

因此直流输电具有优良的可靠性和灵活性。二、高压直流输电与高压交流输电的比较

技术比较：5.潮流调节

交流输电系统的潮流调节是通过调节功率角的大小来实现的，实际上是调节输入到发电机的机械功率，发电机的转子据有惯性，所以交流输电中潮流调节较慢。

直流输电系统中输送的功率由两端的直流电压决定，直接改变换流器的触发相角就可以实现功率调节迅速。二、高压直流输电与高压交流输电的比较

技术比较：4.运行稳定性

如果交流输电线路输送的功率接近稳定极限时，在受到扰动后发电机之间可能失去同步。

最大输送功率与输电距离近似成反比，所以系统稳定性是限制交流远距离输电的一个重要因素。

直流输电系统不要求两端的交流系统同步运行。因此直流输电的输送距离和容量不受稳定性限制。

优点1.当输送功率相同时,其线路造价低3.两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性的限制4.直流线路的电压、电流、功率的调节比较容易和迅速2.当输送功率相同时,其功率损耗小二、直流输电的优缺点及适用场合

优点5.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6.直流输电线路在稳态运行时没有电容电流

沿线电压分布平稳线路电压降较小(仅电阻性压降)线路部分不需要无功补偿装置７.每个极可以作为一个独立回路运行，便于检修，分期投资和建设谐波消耗无功换流站造价高高压直流断路器大地回流造成的腐蚀及对交流系统的影响闭锁

缺点直流输电的主要用途1.远距离大功率输电2.海底电缆送电3.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4.用地下电缆向用电密度高的城市供电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利用率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超高压交流输电技术的发展1965年魁北克电网建成735kV线路1969年美国AEP电力公司建成765kV线路80年代巴西伊泰普工程的765kV输电系统前苏联建成的1150kV的特高压线路1992年日本建成的1000kV的特高压线路中国西北电网的750kV线路目前运行的1000kV输电系统(2008-12-30)超高压直流输电技术的发展1954年建成的瑞典的海底直流输电1972年建成的Quebec与NewBrunswick之间的HVDC巴西伊泰普的±600kV的直流输电系统前苏联埃基巴斯图兹至欧洲中部±750kV的直流输电系统±500kV的直流输电系统已大规模应用±800kV的直流输电系统中国大容量交直流输电技术我国用电需求和资源的极不平衡，长距离、大容量的“西电东送”和“北电南送”，远远超过500kV经济输电的范围黄河上游千万kW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，西北上750kV电压等级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1000kV交流输电的建设南方电网公司正在酝酿±800kV直流输电的建设上海电缆研究所开始研究轻型大截面导线技术紧奏型线路也在进一步建设中我国各直流输电工程的技术参数世界首个±800千伏特高压直流输电工程投产

世界上第一个±800千伏特高压直流输电工程——云南至广东特高压直流输电工程近日成功实现单极投产，这标志着我国电力技术、装备制造达到国际先进水平，在世界输变电领域占领了新的制高点，也是向中央提出西部大开发战略10周年献出了一份厚礼。当天，云广特高压直流输送容量达到260万千瓦。明年双极投产后，输送容量达到500万千瓦。

云广特高压直流工程是世界上首个±800千伏直流输电工程，也是我国特高压直流输电示范项目，工程自主化率超过60%。

云广特高压直流工程的建成投产，让我国的电压等级、电力技术、装备制造以及电网建设均上了新水平、新台阶，输变电技术管理水平进入了世界领先行列；将大大增强云南水电送广东的能力，对于促进西部大开发战略、优化资源配置、利用清洁能源、推动区域协调发展、保障广东珠三角负荷中心的电力供应，将发挥十分重要的作用。工程投产后，南方电网形成了“八交五直”共13条500千伏及以上的西电东送大通道，输电能力超过2300万千瓦。

中国大区电网的互联方案西北华北东北山东川渝华中华东南方福建海南西藏ACBacktobackorDCBacktobackACACDC3DCACDCACBacktobackDCBacktobackseacable2003.9联网新疆小结第三节

灵活交流输电系统FlexibleAlternativeCurrentTransmissionSystems灵活交流输电系统FACTS(柔性交流输电系统)

灵活的柔性的GenerationDistribution传输、输电交流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短路电流随系统容量增大，断路器在断流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，安全运行管理难度大Definitions&Terms(IEEEdefinition)FlexibilityofElectricPowerTransmissionTheabilitytoaccommodatechangesintheelectrictransmissionsystemoroperatingconditionswhilemaintainingsufficientsteady-stateandtransientmargins.电力传输系统在维持足够稳态和暂态稳定裕度的条件下适应电网及其运行方式变动的能力FACTS

---flexibleACTransmissionSystemFACTSControllerDefinitions&Terms(IEEEdefinition)FlexibilityofElectricPowerTransmissionFACTS

---flexibleACTransmissionSystemAlternatingcurrenttransmissionsystemsincorporatingpowerelectronic-basedandotherstaticcontrollerstoenhancecontrollabilityandincreasepowertransfercapability.具有基于电力电子技术的或其他静态的控制器以提高可控性和传输容量的交流输电系统。FACTSControllerDefinitions&Terms(IEEEdefinition)FlexibilityofElectricPowerTransmissionFACTS---flexibleACTransmissionSystemFACTSController

Apowerelectronic-basedsystemandotherstaticequipmentthatprovidecontrolofoneormoreACtransmissionsystemparameters.一种基于电力电子技术的系统或其他静态的设备，它能对交流输电系统的某个或某些参数进行控制。PROPOSEDTERMSANDDEFINITIONSFOR(FACTS)·灵活交流输电系统是应用现代电力电子技术和现代控制技术实现对交流输电系统参数以及网络结构的灵活快速控制，实现输送功率的合理分配，降低功率损耗和发电成本，大幅度提高系统稳定性和可靠性。FACTS技术涉及电力系统中有关暂态稳定、动态稳定、电压稳定、次同步振荡、电压波动、闪变抑制、潮流控制等多方面的技术问题。FACTSPowerelectronicsMaketransmissioncontrolbe

fast,frequent

andcontinuousUp-to-dateInformationtechnologyAdvancedcontrolFlexibility机械开关的局限调节速度慢调整频率有限可靠性差，寿命短灵活交流输电系统以大功率可控硅部件组成的电子开关代替现有的机械开关，灵活自如地调节电网电压、功角和线路参数。使电力系统变得更加灵活、可控、安全可靠。从而能在不改变现有电网结构的情况下提高系统的输送能力，增加其稳定性FACTS控制设备接入电力系统的方式静止无功补偿器SVC（StaicVarCompensator）静止同步调相器STATCOM（StaticSynchronousCompensator）并联型

可控串联补偿器TCSC（ThyristorControlledSeriesCapacitor）串联型

统一潮流控制器UPFC（UnifiedPowerFlowController）混合型一.可控并联补偿装置

种类可控硅控制的电抗器TCR（ThyristorControlledReactor）可控硅操作的电容器TSC磁控式可调电抗器MCR（ThyristorSwitchedCapacitor）(MagneticallyControlledReactor)静止（同步）调相器STATCOM

静止（无功）补偿器

SVC静止补偿器（SVC）1）TCR的原理结构与电容器组并联使用后能提供从容性到感性连续可调的无功补偿既可提供感性又可提供容性的无功补偿功率二.可控串联补偿装置1.可控硅投切串联电容(TSSC)2.可控硅控制串联电容(TCSC)由C与TCR并联组成,通过改变TCR的电抗值可实现等效串补电容值的连续变化。3.电压源型串联补偿器SSSC三、潮流控制器1.统一潮流控制器UPFC

2、特高压直流输电技术的主要特点3、为什么换流站要消耗大量无功？作业：1、什么是灵活交流输电系统？问：建设特高压直流输电线路需要研究哪些关键技术问题？

答：直流架空线路与交流架空线路相比，在机械结构的设计和计算方面，并没有显著差别。但在电气方面，则具有许多不同的特点，需要进行专门研究。对于特高压直流输电线路的建设，尤其需要重视以下三个方面的研究：

1.电晕效应。直流输电线路在正常运行情况下允许导线发生一定程度的电晕放电，由此将会产生电晕损失、电场效应、无线电干扰和可听噪声等，导致直流输电的运行损耗和环境影响。特高压工程由于电压高，如果设计不当，其电晕效应可能会比超高压工程的更大。通过对特高压直流电晕特性的研究，合理选择导线型式和绝缘子串、金具组装型式，降低电晕效应，减少运行损耗和对环境的影响。

2.绝缘配合。直流输电工程的绝缘配合对工程的投资和运行水平有极大影响。由于直流输电的“静电吸尘效应”，绝缘子的积污和污闪特性与交流的有很大不同，由此引起的污秽放电比交流的更为严重，合理选择直流线路的绝缘配合对于提高运行水平非常重要。由于特高压直流输电在世界上尚属首例，国内外现有的试验数据和研究成果十分有限，因此有必要对特高压直流输电的绝缘配合问题进行深入的研究。

3.电磁环境影响。采用特高压直流输电，对于实现更大范围的资源优化配置，提高输电走廊的利用率和保护环境，无疑具有十分重要的意义。但与超高压工程相比，特高压直流输电工程具有电压高、导线大、铁塔高、单回线路走廊宽等特点，其电磁环境与±500千伏直流线路的有一定差别，由此带来的环境影响必然受到社会各界的关注。同时，特高压直流工程的电磁环境与导线型式、架线高度等密切相关。因此，认真研究特高压直流输电的电磁环境影响，对于工程建设满足环境保护要求和降低造价至关重要。问：直流输电线路有哪些基本类型？

答：就其基本结构而言，直流输电线路可分为架空线路、电缆线路以及架空——电缆混合线路三种类型。直流架空线路因其结构简单、线路造价低、走廊利用率高、运行损耗小、维护便利以及满足大容量、长距离输电要求的特点，在电网建设中得到越来越多运用。因此直流输电线路通常采用直流架空线路，只有在架空线线路受到限制的场合才考虑采用电缆线路。

问：什么是直流的“静电吸尘效应”？

答：在直流电压下，空气中的带电微粒会受到恒定方向电场力的作用被吸附到绝缘子表面，这就是直流的“静电吸尘效应”。由于它的作用，在相同环境条件下，直流绝缘子表面积污量可比交流电压下的大一倍以上。随着污秽量的不断增加，绝缘水平随之下降，在一定天气条件下就容易发生绝缘子的污秽闪络。因此，由于直流输电线路的这种技术特性，与交流输