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1、高压直流输电技术发展状况,中国电力科学研究院 曾南超,内容提要,直流输电的发展史 直流输电之最 直流输电的特点 直流输电类型 世界直流输电的发展 我国直流输电的发展,直流输电的发展史,输电最早用DC 1882年 德国 2kV 1.5kW 57km 向慕尼黑国际展览会送电 1889年法国 125kV 20MW 230km 从Moutiers 到Lyon(里昂) DC发电机串联高压 后来被AC输电所代替（交流电机、变压器） 1954年 高特兰岛（汞弧阀） 第一次商业运行 70年代后期汞弧阀被淘汰 72年 加拿大 伊尔河BTB 晶闸管阀 年增长率 1981 1998 2096MW/年 八十至九十年代
2、，一系列500 kV级晶闸管阀高压直流输电工程投产，标志着直流输电技术的成熟。 现在，制造800kV直流系统设备，在技术上也是可行的。 目前投运的直流工程已有多个。使用的晶闸管元件参数已达 8kV、3kA以上。,1、汞弧阀换流时期,1954年 1977年 共有12项汞弧阀工程投运 1954年 瑞典高特兰岛（汞弧阀） 第一次商业运行 20MW,100kV,96km海缆。 1977年 加拿大纳尔逊河1期 最后一项汞弧阀工程 汞弧阀制造技术复杂、价格昂贵、逆弧故障率高、可靠性较低、运行维护不便、污染环境，终被淘汰。,2、晶闸管阀换流时期,1972年，从加拿大伊尔河晶闸管阀工程（320MW、80kV，
3、BTB）起，进入了晶闸管阀工程时期。 高压大功率晶闸管器件用于直流输电换流阀，有效地改善了直流输电的运行性能和可靠性，促进了直流输电的发展。 随着微机控制保护、光电传输、网络、水冷、氧化锌避雷器等先进技术引入直流输电领域，促使直流输电技术迅速发展，成为现今交流输电的有力补充。,3、新型半导体换流设备的应用,20世纪90年代以后，一种新型氧化物半导体器件 绝缘栅双极晶体管（IGBT）在工业驱动装置上得到广泛应用，并引入了直流输电领域。 1997年，第一个采用IGBT阀组成的电压源换流器的直流输电工业性试验工程（3 MW、10kV、10km）在瑞典投运。称之为柔性（轻型）直流输电。现已有9个这样的
4、直流工程投运了。 由于目前IGBT单个元件功率小、损耗大，尚不宜大容量直流输电工程采用。 近期研制出的集成门极换相晶闸管（IGCT）、大功率碳化硅器件，可能在直流输电中会有很好的应用前景。这类器件单个元件功率大、电压高、损耗小、体积小、可靠性高，且是全控器件，用它们取代普通晶闸管，将有力地推动直流输电技术的发展。,直流输电之最(已投运),最高电压 600kV 巴西 伊泰普 两个双极 最大容量23150MW 巴西 伊泰普 两个双极 最长架空线 1700km 南非 英加 沙巴 最长电缆 250km 瑞典 德国 波罗的海工程 电缆直流电压最高 450kV 瑞典 德国 波罗的海工程 DC电缆容量最大
5、英法海峡 2000MW BTB站容量最大 俄罗斯 芬兰 1065MW 三单元 12脉动桥换流容量最大 我国 三常、三广、三沪、贵广1。,直流输电的特点1,优点： 1）与相同输送功率的交流线路相比，钢芯铝线省1/3，钢材省1/2 1/3，线路造价约为AC的2/3，需要的线路走廊还窄。 2）DC电缆输电：输送容量大，造价低，损耗小，不易老化，寿命长，输送距离不受限制。 3） 无同步稳定性问题（交流 P=E1E2sin/X12）,有利于长距离大容量送电。 4） 可异步运行。 5） Pd、换流器吸收的Q均可快速控制，可用以改善所连AC系统运行特性。 6） 可分期投资建设。 7） 电网管理方便。 8）
6、可隔离故障，有利于避免大面积停电。,直流输电与交流输电的建设费用比较,直流输电的特点2,缺点： 1） 换流站：设备多，结构复杂，造价高，损耗较大，对运行人员要求高。 2） 产生AC、DC谐波。 3） 需40% - 60% 无功补偿。 4） 单极大地回线运行时，地电流引起的问题。 正常运行方式应是双极平衡运行，尽量减小地电流（1In）,世界直流输电的发展,集中地区用途 北美地区 美国长距离输电、电网互联 加拿大长距离输电 西欧地区 海缆输电、国际联网 亚太地区 印度长距离输电、电网互联 日本电网互联 中国长距离输电、电网互联,美国的直流输电工程,1）远距离输电工程 投运年份 太平洋联线（Paci
7、fic Intertie） 70 斯魁尔比尤特（Square Butte） 77 CU工程 79 魁北克新英格兰（Quebec New England） 86 英特蒙顿（Intermountain） 86 2）联网工程 戴维德 （David A. Hamil） 77 伊迪康尼（Eddy County） 83 欧克兰宁（Oklaunion） 84 黑水河（Blackwater） 85 海盖特（Highgate） 85 迈尔斯城（Miles City） 85 希尼（Sidney） 87,加拿大的直流输电工程,1）远距离输电工程 投运年份 温哥华 （Vancouver） 68 纳尔逊河双极1 （Ne
8、lson River 1） 73 纳尔逊河双极2 （Nelson River 2） 85 魁北克新英格兰（Quebec New England） 86 2）联网工程 伊尔河 （Eel River） 72 查图圭（Chateaguay） 84 马达瓦斯加 （Madawaska） 85 麦克尼尔（McNeill） 89,欧洲地区的直流输电工程,1）直流海缆工程 投运年份 高特兰1（Gotland1） 54 英法海峡（Cross Channel） 61 康梯斯堪1（Konti-Skan1） 65 斯卡格拉克（Skagerrak） 77 高特兰2（Gotland12） 87 康梯斯堪2（Konti-S
9、kan 2） 88 撒科意（SACOI ） 88 芬诺斯堪（Fenno-Skan） 89 波罗的海（Baltic Cable） 94,欧洲地区的直流输电工程,2）陆地联网 投运年份 维柏格（Vyborg） 81 德尔罗尔（Duemrohr） 83 艾深里西（Etzenricht） 93 维也纳东南（Vienna South-East） 93 3）大城市供电 金斯诺斯（Kingsnorth） 76,其他地区的直流输电工程,1）南美洲地区 投运年份 阿卡瑞（Acaray） 81 伊泰普双极1（Itaipu1） 86 伊泰普双极2（ Itaipu12） 87 加勒比（Garabi） 2000 2）非
10、洲地区 卡布拉巴萨（Cabora Bassa） 79 英加沙巴（Inga-Shaba） 82 3）澳洲地区 新西兰南北岛（Inter-Island） 65,其他地区的直流输电工程,4）亚洲地区 投运年份 印度 温地亚恰尔（Vindhyachal） 89 席乐鲁巴索（Sileru-Barssor） 89 钱德拉布尔伯德（Chandrapur-Padghe） 91 里罕德德里（Rihand-Delhi） 92 东南联络（East-South Interconnection） 2003 日本 佐久间（Sakuma） 65 新信浓（Shin-Shinano） 77 北本线（Hokkaido-Honsh
11、u） 80 纪伊水道（Kii Channel） 2000 南韩 釜山济州岛（Haenan-Cheju） 97,直流输电类型,两端直流输电 长距离大容量输电 多端直流输电 （意大利本土科西嘉岛撒丁岛； 加拿大魁北克美国新英格兰（詹姆斯湾底斯坎通桑地旁） 增加灵活性 高压大容量直流开关问题 背靠背直流输电 异步联网、非同步联网 柔性直流输电 全控器件（GTO，IGBT） 容量问题,柔性直流输电,柔性（轻型）直流输电技术采用由IGBT或GTO组成的电压源换流器（VSC）技术，在受端无需外部交流电网提供换相电压，所需无功功率是可控的，无需大量无功补偿设备。IGBT或GTO是全控型器件，开关频率高，功率
12、因数高，且不会发生换相失败。目前，它们的工作电压还比晶闸管低，只用于低电压、小功率的直流输电线路。,柔性直流输电,ABB、西门子公司都在开发 ABB （HVDC Light）, 西门子（HVDC Plus） 97年3月 第一个柔性直流输电在瑞典中部投运 IGBT， 3MW, 10kV, 10km 2005年已建成9个工程(瑞典、澳大利亚、挪威、丹麦、美国) 最大容量330MW（美国 Cross Sound 150 kV , 40km, 2002年8月 ）,国外直流设备主要供货商,ABB 约占 SEIMENS 主要是BTB工程 AREVA（前身是阿尔斯通）,ABB直流工程分布,西门子直流工程分布
13、,直流输电技术的发展,1）应用领域 作为交流输电有力的补充（长距离大容量输电；联网；特殊条件下的输电） 2）技术上的发展 设计标准化、系列化 每一高压直流输电工程都是根据其接入系统的具体要求量身定做的，包括其额定直流功率、额定直流电压、性能要求等重要参数都是按照接入系统的具体要求，优化选取的，还远没有交流设备那样标准化、系列化。规范化有利于设备设计、制造，降低设备成本、降低工程造价，促进直流输电发展。,直流输电技术的发展,换流阀 应用更高参数的晶闸管，减少阀元件数； 应用新型器件 光直接触发 日本三菱、德国西门子 电容换相技术（CCC）瑞典ABB 改善换流站无功特性，减少无功消耗 强迫换相技术
14、 柔性直流输电技术 减小换流站无功消耗 防止换相失败 户外式结构 提高可靠性，降低成本。 滤波器 连续调谐 改善性能 有源型 减少占地,直流输电技术的发展,直流控制保护 硬件集成度进一步提高 提高系统可靠性 软件编程图示化、人机界面更友好 在线监测 自检功能提高、远方诊断 主机实时操作系统 多端直流输电 更加灵活、经济。 应用控制技术 意大利本土科西嘉撒丁岛 拉地松 尼可来桑地旁 开发直流断路器，形成直流网络。 特高压直流技术 800kV 、1000kV,我国的直流输电工程,我国直流输电的发展,一、研究阶段 1963年 中国电科院 闸流管6脉动物理模拟 1kV, 5A 1974年 西高所 BTB 6脉动晶闸管换流站 8.5kV, 200A, 1.7MW 1977年 杨树浦电厂 九龙变 23kV旧 AC电缆改6脉动直流
