特高压直流输电特性技.ppt

1、2004-12-14,1,特高压直流输电的系统特性,特高压输电包括特高压交流输电和特高压直流输电两种形式。特高压输 输电中，交流为1000kV，直流为800kV。 特高压电网的系统特性主要反应在技术特点、输电能力和稳定性三个方面。 特高压交流输电中间可以落点，具有网络功能，可以根据电源分布、负荷布点、输送电力、电力交换等实际需要构成特高压骨干网架。特高压交流电网的突出优点是：输电能力大、覆盖范围广、网损小、输电走廊明显减少，能灵活适合电力市场运营的要求。适应 “西电东送、南北互供”电力流的变化。 特高压直流输电系统中间不落点，点对点、大功率、远距离直接将电力送往负荷中心。在送受关系明确的情况下

2、，采用特高压直流输电，实现交直流并联输电或非同步联网，电力流向清晰，网间相互影响小。,2004-12-14,2,特高压直流输电的系统特性,高压直流输电 高压直流输电的系统构成 （两端系统）,2004-12-14,3,特高压直流输电的系统特性,高压直流输电 两端直流输电系统可分为单极系统（正极或负极）、双极系统（正、负两极）和背靠背直流系统（无直流输电线路）三种类型。,2004-12-14,4,特高压直流输电的系统特性,高压直流输电 两端直流输电-单极系统,2004-12-14,5,特高压直流输电的系统特性,高压直流输电 两端直流输电-背靠背直流系统,2004-12-14,6,特高压直流输电的系

3、统特性,高压直流输电 高压直流输电的系统构成 （多端系统） 多端直流输电可以解决多电源供电或多落点受电的直流输电问题， 它还可以联系多个交流系统或将交流系统分成多个孤立运行的电网。 多端直流系统中的换流站可以作为整流运行也可以作为逆变运行， 但整流运行的总功率与逆变运行的总功率必须相等，即多端系统的输 入和输出功率必须平衡。 多端系统换流站之间的连接方式可以是并联或串联方式，连接换 流站的直流线路可以是分支形或闭环形。,2004-12-14,7,特高压直流输电的系统特性,高压直流输电 高压直流输电的系统构成 （多端系统） 多端系统比多个两端系统要经济，但其控制保护系统及运行操作 比较复杂。 目

4、前世界上己运行的多端直流工程只有意大利-撒丁岛（三端， 小型）和魁北克-新英格兰（五端，实为三端运行）两项。加拿大的 纳尔逊河双极1和双极2以及美国的太平洋联络线直流工程也具有多端 直流输电的运行性能。,2004-12-14,8,特高压直流输电的系统特性,高压直流输电 高压直流输电的特点及应用 直流输电的主要特点与其两端需要换流以及输送的是直流电这两个基本点有关。 直流输电的发展与换流技术的发展，特别是大功率电力电子技术的发展有着密切的关系。目前绝大多数直流输电工程均采用晶闸管换流，今后随着新型电力电子器件（如IGBT、IGCT、碳化硅器件等）在直流输电中的应用，将会明显的改善直流输电的运行性

5、能，目前已经出现轻型直流输电。 基于晶闸管换流的情况，直流输电有13项主要特点。,2004-12-14,9,特高压直流输电的系统特性,高压直流输电 高压直流输电的特点及应用 直流输电架空线路只需正负两极导线，杆塔结构简单，线路走廊窄，造价低，损耗小。直流线路的输送能力强，一回 士500kV的直流线路可输送30003500MW，士800kV则可输送48006400MW；直流线路无电容电流，沿线的电压分布均匀，不需装设并联电抗器。 直流电缆线路耐受电压高、输送容量大、输电密度高、损耗小、寿命长，且输送距离不受电容电流的限制。远距离跨海送电和地下电缆送电大多采用直流电缆线路。,2004-12-14,

6、10,特高压直流输电的系统特性,高压直流输电 高压直流输电的特点及应用 直流输电两端的交流系统无需同步运行，其输送容量由换流阀电流允许值决定，输送容量和距离不受两端的交流系统同步运行的限制，有利于远距离大容量输电。 采用直流输电实现电力系统非同步联网，不增加被联接电网的短路容量，不需要因短路容量问题而更换被联接电网的断路器以及对电缆采取限流措施；被联电网可以是额定频率不同（50Hz和60Hz），或额定频率相同但非同步运行的电网；被联电网可保持各自的频率和电压而独立运行，不受联网的影响；被联电网之间交换的功率可方便快速地进行控制，有利于运行和管理。,2004-12-14,11,特高压直流输电的系

7、统特性,高压直流输电 高压直流输电的特点及应用 直流输电输送的有功和换流器吸收的无功均可方便快速地控制，可利用这种快速控制改善交流系统的运行性能。对于交直流并联输电系统，可以利用直流的快速控制以阻尼交流系统的低频振荡，提高与其并联的交流线路的输送能力。 直流输电可利用大地（或海水）为回路，省去一极的导线，同时大地电阻率低、损耗小。对于双极直流系统，大地回路通常作为备用导线，当一极故障时，可自动转为单极方式运行，提高了输电系统的可靠性。,2004-12-14,12,特高压直流输电的系统特性,高压直流输电 高压直流输电的特点及应用 直流输电可方便地进行分期建设和增容扩建，有利于发挥投资效益。双极直

8、流工程可按极分为两期，当每极采用两组基本换流单元时，则可分为四期。 直流输电换流站比交流变电所的设备多、结构复杂、造价高、损耗大、运行费用高、可靠性也相应降低。换流站造价比同等规模交流变电所要高出数倍。,2004-12-14,13,特高压直流输电的系统特性,高压直流输电 高压直流输电的特点及应用 换流器运行时在交流侧和直流侧产生一系列的谐波，为降低谐波的影响，在两侧需分别装设交流滤波器和直流滤波器，使得换流站的占地面积、造价和运行费用均大幅度提高。 晶闸管换流阀组成的电网换相换流器将吸收大量的无功，除交流滤波器提供的无功外，有时还需装设静电电容器、调相机或静止无功补偿器。,2004-12-14

9、,14,特高压直流输电的系统特性,高压直流输电 高压直流输电的特点及应用 直流断路器没有电流过零点可利用，灭弧问题难以解决，给直流输电中间抽能带来困难，并且使多端直流输电工程发展缓慢。 直流输电利用大地（或海水）为回路将带来接地极附近地下金属构件、管道等埋设物的电腐蚀、直流电流通过中性点接地变压器使变压器饱和、以及对通信系统和航海磁罗盘的干扰等问题。当地表面电阻率很高时，接地极址的选择比较困难。 由于直流电的静电吸附作用，使直流输电线路和换流站设备的污秽问题比交流输电严重，给外绝缘问题带来困难，这也是特高压直流输电需要研究的重点问题。,2004-12-14,15,特高压直流输电的系统特性,高压

10、直流输电 高压直流输电的特点及应用 在电网建设中，经过严格的技术经济论证，采用直流输电相对比较有利的场合有以下几种：远距离大容量输电；电力系统联网；直流电缆送电；轻型直流输电的应用。 从1954年到2000年，世界上共有63项直流输电工程投入运行，其中架空线路17项，电缆线路8项，架空和电缆混合线路12项，背靠背直流工程26项。其中单项架空线路的最高电压和最大输送容量为 士600kV， 3150MW（巴西伊泰普直流工程）。士500kV，输送容量（3000MW ）最大的工程在中国有三个。,2004-12-14,16,特高压直流输电的系统特性,高压直流输电 高压直流输电的特点及应用 从1987年到

11、2004年，我国己有7项直流输电工程投入运行，见下表。,2004-12-14,17,特高压直流输电的系统特性,特高压直流输电 特高压直流输电的现状 在上世纪7080年代，前苏联哈萨克斯坦的埃基巴斯图兹火电基地向其欧洲部分负荷中心的送电、巴西亚马逊河水电群向其东南部和东北部的送电以及印度和非洲的远距离大容量送电，都曾经对特高压直流输电的应用进行过研究，并发表了不少研究报告。 研究结论是：士800kV的直流输电工程在技术上是可行的；士1000kV不经过很大努力进行研究是困难的；士1200kV没有重大的突破是不可能的。 只有前苏联围绕实际工程，开展了大量的试验研究和设备研制工作，其他国家由于工程项目

12、不落实，而停留在研究阶段。,2004-12-14,18,特高压直流输电的系统特性,特高压直流输电 特高压直流输电的现状 前苏联于1978年确定建设埃基巴斯图兹-唐波夫750kV， 6000MW， 2414km的直流输电工程。 试制出工程所用的全套设备，并通过了现场试验。两端换流站完成了大部分土建及设备安装工作。直流输电线路己建成1090km（约占全线的45）。 由于经济原因，火电基地建设放慢，原计划在埃基巴斯图兹建设4个4000MW（8台500MW机组）的火电站，在1992年仅建成1个，第2个电站仅有1台机运行。与此同时，在前苏联欧洲部分由于核电的发展，也降低了对外来电力的需求,因此该项工程被

13、迫停建。,2004-12-14,19,特高压直流输电的系统特性,特高压直流输电 特高压直流输电接线方式 由于特高压直流输电工程输送容量大、电压高、要求具有高可靠性，其接线方式通常均采用双极两端中性点接线方式。 以800kV，4000A，6400MW，的直流输电工程为例，可供选择的换流站接线方式有以下三种： 每极一组12脉动换流器 每极两组12脉动换流器串联 每极两组12脉动换流器并联,2004-12-14,20,特高压直流输电的系统特性,2004-12-14,21,特高压直流输电的系统特性,2004-12-14,22,特高压直流输电的系统特性,特高压直流输电 特高压直流输电接线方式 对以上三种

14、接线方式做简单的比较和分析： 每极一组12脉动换流器接线方式，换流站结构最简单，换流站的设备数量最少，造价低，损耗小，可靠性高，是理想的接线方式。但其单台设备的容量大，制造难度大，运输也困难。因此，换流变压器的制造和运输是决定能否选择这种方式的关键。其次，当直流输电单极（占额定容量的1/2）停运时，对两端的交流系统的冲击和影响的程度，也是需要考虑的重要因素。,2004-12-14,23,特高压直流输电的系统特性,特高压直流输电 特高压直流输电接线方式 每极两组12脉动换流器串联方式， 换流器和换流变压器的数量将增加一倍，但其单台容量将降低一半，有利于设备的制造和运输。由于12脉动换流器作为基本

15、换流单元可以独立运行，对于这种接线方式，仍以上述工程为例，可按12脉动换流器组分以下4期进行建设： 第一期：单极，+400kV， 4000A， 1600MW； 第二期：双极，400kV， 4000A， 3200MW； 第三期：双极电压不对称，+800kV， 4000A， 3200MW；-400kV， 4000A， 1600MW；总输送功率为：4800MW。 第四期：双极，800kV，4000A，6400MW。,2004-12-14,24,特高压直流输电的系统特性,特高压直流输电 特高压直流输电接线方式 每极两组12脉动换流器并联方式，换流器和换流变压器的数量以及单台设备容量与串联方式相同。其特

16、点是设备的电压高、电流小。这种接线方式同样也可分4期进行建设，只是分期的方式有所不同，具体是： 第一期：单极，+800kV， 2000A， 1600MW； 第二期：双极，800kV， 2000A， 3200MW； 第三期： 双极电流不对称，+800kV， 4000A，3200MW；-800kV， 2000A， 1600MW；总输送功率为：4800MW，此时地中有2000A的不平衡电流。 第四期：双极，800kV， 4000A， 6400MW。,2004-12-14,25,特高压直流输电的系统特性,特高压直流输电设备 换流阀 换流变压器 平波电抗器 直流滤波器 直流避雷器 直流绝缘子和套管,20

17、04-12-14,26,特高压直流输电的系统特性,特高压直流输电设备 换流阀 特高压直流输电工程所需换流阀的制造是现实可行的。但现有换流阀的试验设备，已不能满足特高压直流输电所需换流阀的试验要求，而需要重新建立。 换流变压器 对特高压直流输电来说，换流变压器的研制是设备研制的重点。 平波电抗器 直流输电工程所采用的平波电抗器有干式和油浸式两种类型。对于特高压直流输电，主要应对直流电压的油纸绝缘以及支柱绝缘子进行更多的研究 。,2004-12-14,27,特高压直流输电的系统特性,特高压直流输电设备 直流滤波器 直流滤波器采用由电容、电感和电阻组成的调谐型滤波器，并联在换流站直流极母线上，当直流

18、输电电压升高时，串联单元数随之增加。目前所制造的高压电容器，能够满足特高压直流输电的要求。 直流避雷器 在 士600kV直流避雷器的制造和运行经验的基础上，制造 士800kV（士750kV）的直流避雷器是困难不大的，其主要限制条件是热稳定性和寿命问题。,2004-12-14,28,特高压直流输电的系统特性,特高压直流输电设备 直流绝缘子和套管 由于直流输电线路和换流站的积污严重，要求直流绝缘子（线路绝缘子和支柱绝缘子）和套管的爬距长并具有良好的防污性能。 直流套管主要有直流穿墙套管（换流器直流高压端引出阀厅、换流器交流端引出阀厅）、油浸式平波电抗器套管、换流变压器阀侧绕组套管。在直流输电工程中，由于直流穿墙套管的不均匀湿闪而引起的故障屡有发生，给套管的制造带来困难。 采用复合套管也会使污闪问题得到改善。,2004-12-14,29,特高压直流