高压直流输电技术概述讲述

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1、* 1 * 2 目目 录录 n n 一、发展特高压电网的必要性一、发展特高压电网的必要性 n n 二、直流输电技术的发展二、直流输电技术的发展 n n 三、直流输电与交流输电的性三、直流输电与交流输电的性 能比较能比较 n n 四、高压直流输电系统的结构四、高压直流输电系统的结构 和元件和元件 电压等级的划分：电压等级的划分： 交流：交流： 330kV330kV、500kV 500kV 和和 750kV 750kV 超高压；超高压； 1000kV- 1000kV- 特高压特高压。 直流：直流： 500kV500kV、600kV 600kV 超高压；超高压； 660kV660kV、800kV 8

2、00kV 和和 1000kV- 1000kV- 特高压特高压。 一、发展特高压电网的必要性一、发展特高压电网的必要性 1 1、发展特高压电网是满足电力持续快速增长的发展特高压电网是满足电力持续快速增长的 客观需要。客观需要。 随着国民经济的持续快速发展，我国电力工随着国民经济的持续快速发展，我国电力工 业呈现加速发展态势，近几年发展更加迅猛。按照在业呈现加速发展态势，近几年发展更加迅猛。按照在 建规模和合理开工计划，全国装机容量建规模和合理开工计划，全国装机容量20102010年达到年达到9.59.5 亿千瓦，亿千瓦，20202020年达到年达到14.714.7亿千瓦；用电量亿千瓦；用电量20

3、102010年达到年达到 4.54.5万亿千瓦时，万亿千瓦时，20202020年达到年达到7.47.4万亿千瓦时。电力需万亿千瓦时。电力需 求和电源建设空间巨大，电网面临持续增加输送能力求和电源建设空间巨大，电网面临持续增加输送能力 的艰巨任务。的艰巨任务。 一、发展特高压电网的必要性一、发展特高压电网的必要性 0.02 0.0043 1.03 0.49 2.17 0.99 3.19 1.35 3.91 1.89 4.42 2.18 5.17 2.48 6.22 2.82 9.5 4.5 14.7 7.4 0 1949198719952000200320042005200620102020 全

4、国全国发电发电 装机容量装机容量 （亿亿千瓦）千瓦） 全社会用全社会用电电量（万量（万亿亿千瓦千瓦时时） 1949年2020年我国发电装机容量、用电量图 一、发展特高压电网的必要性一、发展特高压电网的必要性 2、发展特高压电网是电源结构调整和优化布局的必发展特高压电网是电源结构调整和优化布局的必 然要求。然要求。 我国发电能源以煤、水为主。西部地区资源我国发电能源以煤、水为主。西部地区资源 丰富，全国四分之三以上经济可开发水能资源分布在丰富，全国四分之三以上经济可开发水能资源分布在 西南地区，煤炭资源三分之二以上分布在西北地区；西南地区，煤炭资源三分之二以上分布在西北地区； 东部地区经济发达，

5、全国三分之二以上的电力负荷集东部地区经济发达，全国三分之二以上的电力负荷集 中在京广铁路以东经济发达地区，未来的负荷增长也中在京广铁路以东经济发达地区，未来的负荷增长也 将保持这一趋势。将保持这一趋势。 一、发展特高压电网的必要性一、发展特高压电网的必要性 华北 南方 东北 西藏 台 湾 西北 华中 华东 煤电基地 水电基地 负荷中心 我国能源资源分布图我国能源资源分布图 一、发展特高压电网的必要性一、发展特高压电网的必要性 西部能源基地与东部负荷中心距离在西部能源基地与东部负荷中心距离在800-800- 30003000公里左右，远距离、大容量输电是我国未来公里左右，远距离、大容量输电是我国

6、未来 电网发展的必然趋势。电网发展的必然趋势。 特高压输电是必然选择 一、发展特高压电网的必要性一、发展特高压电网的必要性 特高压输电具有超远距离、超大容量、低损耗送电特高压输电具有超远距离、超大容量、低损耗送电 、节约线路走廊、降低工程造价等特点。、节约线路走廊、降低工程造价等特点。 建设特高压电网，可促进大媒电、大水电、大核电建设特高压电网，可促进大媒电、大水电、大核电 、大规模可再生能源的建设，能够推进资源的集约开、大规模可再生能源的建设，能够推进资源的集约开 发和高效利用，缓解煤炭运输和环境的压力，节约土发和高效利用，缓解煤炭运输和环境的压力，节约土 地资源，在全国乃至更大范围的优化配

7、置，具有显著地资源，在全国乃至更大范围的优化配置，具有显著 的经济效益和社会效益。的经济效益和社会效益。 一、发展特高压电网的必要性一、发展特高压电网的必要性 电力技术的发展是从直流电开始的；电力技术的发展是从直流电开始的； 随着三相交流发电机、感应电动机、变压随着三相交流发电机、感应电动机、变压 器的迅速发展，发电和用电领域很快被交流电器的迅速发展，发电和用电领域很快被交流电 所取代；所取代； 但是直流还有交流所不能取代之处，如远但是直流还有交流所不能取代之处，如远 距离大容量输电，不同频率电网之间的联网、距离大容量输电，不同频率电网之间的联网、 海底电缆和大城市地下电缆等。海底电缆和大城市

8、地下电缆等。 二、二、直流输电技术的发展 二、二、直流输电技术的发展 直流输电的发展与换流技术有密切的关系直流输电的发展与换流技术有密切的关系。 ( (特别与高电压、大功率换流设备的发展特别与高电压、大功率换流设备的发展) ) n第一阶段：汞弧阀换流时期 n 1901年发明的汞弧整流管只能用于整流。 1928年具有栅极控制能力的汞弧阀研制成功， 它不但可用于整流，同时也解决了逆变问题。 因此大功率汞弧阀使直流输电成为现实。 n 1954年世界上第一个采用汞弧阀性直流输 电工程(哥特兰岛直流工程)在瑞典投入运行， 1977年最后一个采用汞弧阀换流的直流输电工 程(纳尔逊河I期工程)建成。 二、二

9、、直流输电技术的发展 直流输电的发展与换流技术有密切的关系直流输电的发展与换流技术有密切的关系。 ( (特别与高电压、大功率换流设备的发展特别与高电压、大功率换流设备的发展) ) n第一阶段：汞弧阀换流时期 n世界上共有12项汞弧阀换流的直流工程投入运 行，其中最大的输送容量为1600MW(美国太平 洋联络线I期工程)，最高输电电压为450kV( 纳尔逊河l期工程)，最长输电距离为1362km(太 平洋联络线)。 n 但是汞弧阀制造技术复杂、价格昴贵、逆弧 故障率高、可靠性较差、运行维护不便等因素 ，使直流输电的应用和发展受到限制。 二、二、直流输电技术的发展 第二阶段：晶闸管阀换流时期第二阶

10、段：晶闸管阀换流时期 n n 2020世纪世纪7070年代以后，电力电子技术和微电子技术的年代以后，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，晶闸管换流迅速发展，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程中的应用，这阀和计算机控制技术在直流输电工程中的应用，这 些进步有效地改善了直流输电的运行性能和可靠性些进步有效地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。，促进了直流输电技术的发展。 二、二、直流输电技术的发展 第二阶段：晶闸管阀换流时期第二阶段：晶闸管阀换流时期 n n 第一个采用晶闸管阀的第一个采用晶闸管阀的HVDCHVD

11、C系统是加拿大系统是加拿大19721972年年 建立的依尔河系统，运行电压建立的依尔河系统，运行电压8080kVkV、输送容量为、输送容量为 320MW320MW背靠背直流输电系统。目前，国外输送容量背靠背直流输电系统。目前，国外输送容量 最大的是最大的是19841984年巴西建设伊泰普水电站年巴西建设伊泰普水电站600kV600kV超超 高压直流输电工程，两回共高压直流输电工程，两回共6300MW6300MW，线路全长，线路全长 1590km1590km。 二、二、直流输电技术的发展 第二阶段：晶闸管阀换流时期第二阶段：晶闸管阀换流时期 n n 20102010年年0707月月0808日正式

12、投运的向家坝至上海日正式投运的向家坝至上海800kV800kV 特高压直流输电工程，是中国自主研发、设计和建特高压直流输电工程，是中国自主研发、设计和建 设的，是世界上电压等级最高、额定容量最大设的，是世界上电压等级最高、额定容量最大 6400MW(6400MW(最大输送能力最大输送能力7000MW)7000MW) 、送电距离最远、送电距离最远 1907km1907km、额定电流达到、额定电流达到4000A4000A、技术水平最先进的、技术水平最先进的 直流输电工程，代表了当今世界高压直流输电技术直流输电工程，代表了当今世界高压直流输电技术 的最高水平。的最高水平。 晶闸管换流阀的特点晶闸管换

13、流阀的特点: : n n 体积减小、成本降低；体积减小、成本降低； n n 可靠性提高；可靠性提高； n n 晶闸管换流阀没有逆弧故障，而且制造、试验、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。运行维护和检修都比汞弧阀简单而方便。 二、二、直流输电技术的发展 晶闸管换流阀晶闸管换流阀 二、二、直流输电技术的发展 n n 第三阶段第三阶段 新型半导体换流设备的应用新型半导体换流设备的应用 n n 2020世纪世纪9090年代以后，年代以后，IGBTIGBT得到广泛应用，得到广泛应用，19971997年年 世界上世界上 第一个采用第一个采用IGBTIGBT组成

14、电压源换流器的直流组成电压源换流器的直流 输电工程在输电工程在 瑞典投入运行瑞典投入运行。 n n 目前，世界上最大的目前，世界上最大的IGBTIGBT轻型轻型HVDCHVDC是北欧地区是北欧地区 的的EstlinkEstlink海底电缆工程，运行电压海底电缆工程，运行电压150kV150kV，传输，传输 容量容量350MW350MW ，电缆全长，电缆全长105km105km。 二、二、直流输电技术的发展 n n 第三阶段第三阶段 新型半导体换流设备的应用新型半导体换流设备的应用 n n L HVDCL HVDC采用采用IGBTIGBT器件组成换流器，功能强、体器件组成换流器，功能强、体 积小

15、，可以减少换流站的滤波装置，省去了换流积小，可以减少换流站的滤波装置，省去了换流 变压器，整个变压器，整个 换流站可以搬迁。此外，采用可关换流站可以搬迁。此外，采用可关 断器件换流器，可以断器件换流器，可以 避免换相失败。避免换相失败。 n n 但是但是IGBTIGBT功率小、损耗大，不利于大型直流输电功率小、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（工程采用。最新研制的门极换相晶闸管（IGCTIGCT） 和大功率碳化硅元件，该元件电压高、通流能力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。强、损耗低、可靠性高。 二、二、直流输电技术的发展 我国直流

16、输电的发展 1989年，我国自行研制的舟山直流输电工程(士 l00kV，100MW，54km)投入运行；葛洲坝上海(葛 上线)是我国的第一个高压直流输电工程（500kV， 1200MW， 1064km） 1990年投运。 90年代末，开始建设三广直流工程、三峡常州 直流工程和贵广直流工程。三广直流工程于2004年投 运；三常直流工程（ 500kV，3000MW， 962km ）于2004年5月投入运行。 舟山工程地理位置舟山工程地理位置 三广直流工程三广直流工程 惠州换流阀惠州换流阀 二、二、直流输电技术的发展 我国直流输电的发展 云南广东800kV直流输电工程，额定容量 5000MW,2010年实现双极投运。 向家坝-上海800千伏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。额定输送 功率640万千瓦，最大输送功率700万千瓦；直流输电 线路途经八省市，全长约2000公里。 特高压直流示范工程 线路工程