高压直流输电2014

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1、高压直流输电,陆继明 lujiming 毛承雄 cxmao 王丹 wangdan 办公电话：87542669 办公地点：西九楼302室 华中科技大学电气与电子工程学院 电力工程系 2014年9月2014年10月,教材与参考书,1浙江大学发电教研组 直流输电 北京：水利电力出版社 1985年6月 2戴熙杰 直流输电基础 （网上有电子书下载） 北京：水利电力出版社 1990年1月 3赵畹君 高压直流输电工程技术 （网上有第1版的电子书下载，现已出版第2版） 北京：中国电力出版社 2004年8月,教材与参考书,4 李兴源 高压直流输电系统的运行和控制 科学出版社 1998年 （网上有电子书下载），2

2、010年又出新版：高压直流输电系统 5 王官洁 任震 高压直流输电技术 1997 重庆大学出版社（网上有电子书下载） 6 韩民晓 高压直流输电原理与运行（教材）2010年 机械工业出版社 7 张勇军 高压直流输电原理与应用 2012年8月，清华大学出版社 8 中国电力科学研究院 特高压输电技术 直流输电分册 2012年5月 ，中国电力出版社,主要讲课内容及课时安排 （总24学时，1.5学分，考查）,1、高压直流输电系统概述 （学时2.0） 2、高压直流输电系统基本构成 （1.0） 3、换流技术复习 （3.5） 4、谐波分析 （3.5） 5. 功率因数计算 （2.0） 6高压直流输电系统主设备

3、（2.0） 7、高压直流输电系统控制与运行 （6.0） 8、直流输电不对称运行对交流系统的影响及对策 （2.0） 9、新型高压直流输电系统简介（柔性直流输电） （2.0）,一、概述,1.1、何谓“高压直流输电”？ 1.2、高压直流输电的特点； 1.3、直流输电发展简史； 1.4、对直流输电的基本要求。,1.1 何谓高压直流输电？,高压直流输电= 输电、直流输电、高压直流输电 1.高压输电的好处？ 2.我国电压等级的划分？ 3. 整流与逆变的基本方法？,1.2 高压直流输电的特点,1、换流器控制复杂，造价高； 2、直流输电线路造价低，输电距离越远越经济； 3、没有交流输电系统的功角稳定问题，适合

4、远距离输电； 4、适合海底电缆（海岛供电、海上风电）和城市地下电缆输电； 5、能够非同步（同频不同相位，或不同频）连接两个交流电网，且不增加短路容量； 6、传输功率的可控性强，控制速度快，可有效支援交流系统； 7、换流器大量消耗无功，且产生谐波； 8、双极不对称大地回线运行时存在直流偏磁问题和电化学腐蚀问题； 9、不能向无源系统供电，构成多端直流系统困难。,直流输电与交流输电的等价距离,架空线路等价距离约在640960km 地下电缆线路的等价距离为5690km 海底电缆线路的等价距离为2448km,1.3.1 世界上的直流输电工程大事,1954年 ，瑞典果特兰岛（Gotland）直流工程，采用

5、汞弧阀进行换流，是世界上第一个直流输电工程； 1970年，瑞典果特兰岛直流试验工程，第一次采用晶闸管进行换流； 1972年，加拿大伊尔河背靠背直流工程，是世界上第一个全部采用晶闸管的背靠背直流工程； 1997年，世界上第一个轻型直流输电试验工程在瑞典建成；,1.3 .1世界上的直流输电工程（续）,到2000年为止，世界上已投入运行的直流工程（含汞弧阀）共63项（含我国5项），其中，背靠背26项，电缆线20项，架空线17项。,1.3.2 我国直流输电工程,（1）1987年，（浙江）舟山直流输电工程 ，海底电缆，100kV，50MW，54km ； （2）1989年，葛（州坝）上（海南桥）直流输电工

6、程 ，500 kV，1200MW，1046km ； （3）2001年，天（生桥）广（州）直流输电工程 ，500 kV，1800MW，960km ； （4）2003年，（上海）嵊泗直流输电工程 ，海底电缆，50 kV，60MW，66km ；,1.3.2 我国直流输电工程（续1）,（5）2003年，三（峡）常（州）直流输电工程， 500 kV，3000MW，860km； （6）2004年，三（峡）广（东惠州）直流输电工程， 500 kV，3000MW，975km ； （7）2004年，贵（州安顺）广（东肇庆）直流输电工程（贵广I）， 500 kV，3000MW，900km ； （8）2005年，（

7、河南）灵宝背靠背直流输电工程，120 kV，360MW ；,1.3.2 我国直流输电工程（续2）,（9）2006年， 三峡到上海（三沪） 500 kV，3000MW，1050km ； （10）2007年 ，贵广II回，500 kV，3000MW，1194km ； 截至2007年，我国直流输电工程已达到十个，其中七个为架空线，一个背靠背，两个电缆线。总输送容量达到18360 MW，输电线路总长度达到13970公里。我国在直流输电线路总长度、输送总容量方面，位居世界第一。,1.3.3 特高压直流输电工程,800kV 云南广东的特高压直流电输电工程（南网），5000MW， 800kV，1418km，

8、从云南楚雄到广东穗东。工程静态总投资超100亿元，2009年12月28日，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成功实现单极投产开始单极投入运行。2010年6月18日 ，双极竣工投运。 （四川宜宾）向家坝上海800kV特高压直流输电示范工程（国网）投入运行。 2010年7月8日。1907 km，6400MW，从云南宜宾复龙换流站到上海奉贤换流站。是我国自主研发、自主设计和自主建设的，是世界上电压等级最高、输送容量最大、送电距离最远、技术水平最先进的直流输电工程，也是我国能源领域取得的世界级创新成果，代表了当今世界高压直流输电技术的最高水平。 目前，世界上只有日本和

9、俄罗斯拥有1000kV特高压交流输电网络，且都是短距离输电。800kV的特高压直流输电工程在世界上尚无先例。 世界的直流在中国！ 特高压直流输电工程：,世界首个660kV直流输电工程投运,2011年2月28日，中国“西电东送”的北通道“宁东山东”660千伏直流输电工程正式投运。这一工程西起宁夏银川，东至山东青岛，全长1333公里，总投资近104亿元，是世界首个660千伏等级的直流输电工程。,截止2011年，中国直流工程: 已建成直流输电工程18项 总输送容量4638万千瓦 线路全长15008公里 正在建设的HVDC工程有7个，HVDC-LIGHT工程有2个 在世界上率先建成800kV和660k

10、V直流示范工程，中国已成为世界上投运直流输电工程最多、直流输电技术应用最全面的国家，在高压直流输电领域实现了“中国创造”和“中国引领”。,中国已投运18项直流工程（截止2011年）,1.3.4 我国直流输电工程规划 （“十二五”直流输电工程）,1.3.4 最近已投运或即将投运的直流输电工程,锦屏-苏南800kV ，2012.12.12投运； 高岭背靠背125kV（二期扩建） ，2012.11.6投运； 哈密-河南郑州800kV ，2012.5开工，2014.1.27投运； 溪洛渡浙江800kV， 2012.7开工，2014.7.3投运； 哈密北重庆800kV ，2012.5开工，预计2014年

11、下半年投运； 宁东-浙江800kV，已获准开工；,1.4 对直流输电的基本要求,能够灵活控制输送的（直流）电功率（大小可调；一般情况下，应能够正反双向传送电功率（功率方向可变）； 维持直流线路电压在额定值附近； 尽可能降低对交流系统的谐波污染； 尽可能平衡换流器吸收的无功功率； 尽可能降低流入大地的电流；,第一次作业,交流输电或直流输电线路的额定电压提高一倍，其功率输送能力能够提高多少倍？为什么？请予以证明。 为什么电缆的交流输电距离不能长？ 由电力电子技术知，换流器有：二极管换流器、晶闸管换流器和IGBT换流器。试问：能否用不同形式的换流器构成混合式直流输电？分析所构成的直流输电系统能否双向

12、传输功率？,二、高压直流输电系统的基本构成,2.1 基本概念： （1）单极（相对大地，只有一个正极或负极）、双极； （2）双端（两个换流站：一个整流站和一个逆变站）、多端； （3）金属回线、大地回线； （4）背靠背（无输电线路）；,2.2 双端直流输电的典型构成,1.单极大地回线； 2.单极金属回线； 3.双极大地回线（最常用）； 4.双极单端接地（很少用）； 5.双极金属回线（较少用）； 6.并联式背靠背； 7.串联式背靠背。,2.3 多端直流输电的型式,1.三端并联型； 2.三端串联型； 双端、多端 =所接换流站的个数（交流电网接入点的个数）,多端直流输电的特点,1.可以经济地连接多个交流

13、系统； 2.因缺少大容量直流断路器，无法切除输电线路的短路故障，因而限制了它的发展； 意大利到撒丁岛和柯西岛的三端直流输电于80年代投运； 美国波士顿经加拿大魁北克到詹姆斯湾拉迪生的五端直流输电工程，1992年全部建成投运。 目前世界上的直流输电系统基本上都是双端系统。本课程也主要介绍双端系统。,第二次作业,为什么双极大地回线的运行方式最为常用？ 大地回线与金属回线相比，有何优点和缺点？ 过多的大地电流有何不利影响？ 背靠背直流输电有何作用？ 怎样区分两端直流输电和多端直流输电？ 多端直流输电系统有什么优点和不便？,三、换流技术复习,1.晶闸管三相全控整流桥的电路图； 2.三相全控桥的波形图（

14、直流电压、直流电流、晶闸管电流、交流线电流）； 3.三相全控桥的计算公式（直流电压、晶闸管额定电压、晶闸管有效电流、平均电流和额定电流、交流线电流有效值）； 4.三相全控桥的外特性和等值电路（变压器漏抗的影响，整流和逆变工况）； 5.双桥换流器（电路、波形、公式、外特性和等值电路等）；,3.1 三相全控整流电路原理图,3.1 三相全控桥电路图,电路图要点： （1）大电感负载（符合直流输电工程实际）； （2）交流输入电压的相序与晶闸管触发顺序的关系； （3）阀的组成、静态均压和动态均压原理与电路； （4）均压系数、电压裕度系数； （5）阀串联元件数的确定； （6）电压变化率限制和电流变化率限制。

15、,3.2 三相全控桥的波形图,（1）直流输出电压（不同控制角）； （2）直流电流； （3）阀电流； （4）交流线电流；,三相全控桥直流输出电压波形,3.3 三相全控桥计算公式,（1）直流输出电压的理想计算公式； （2）考虑交流侧电抗的直流输出电压的计算公式（缺口面积是始于 的面积与始于+ 的面积之差的一半，缺口面积= ）； （3）阀电流的有效值、平均值的计算公式； （4）晶闸管额定电压和额定电流的选取； （5）交流侧线电流有效值的计算公式；,三相全控桥的重要计算公式,直流电压： 阀电流有效值： 交流输入线电流有效值：,3.4 三相全控桥的外特性,全控桥外特性：直流输出电压Ud与直流输出 电流Id间的函数关系。 （1）整流器的外特性方程和外特性曲线； （2）逆变器的外特性方程和外特性曲线（分别用和表示）；,3.4 1 整流器外特性,1.方程： 2.曲线：端电压Ud 随输出负载电流Id的 增加而下倾的直线； （以定表示）,3.4.2 逆变器外特性,1.方程 （1）用控制角表示： （2）用逆变角表示：=180 -代入上式：,3.4.2 逆变器外特性,（3）用熄弧角表示：= -， 是换相角。 12 15 18 ,理想定的面积比理想定小2