高压直流输电及其发展趋势

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1、高压直流输电及其发展趋势高压直流输电及其发展趋势主讲人：罗隆福（教授）主讲人：罗隆福（教授）湖南大学电气与信息工程学院湖南大学电气与信息工程学院*1主要内容主要内容第一章第一章 高压直流输电概论高压直流输电概论第二章第二章 高压直流输电现状及发展趋势高压直流输电现状及发展趋势第三章第三章 高压直流输电在我国的发展及前景高压直流输电在我国的发展及前景第四章第四章 结束语结束语 Date2第一章第一章 高压直流输电概论1.1 1.1 直流与交流输电交替历史直流与交流输电交替历史人们对电力的应用和认识以及电力科学的发展都人们对电力的应用和认识以及电力科学的发展都 是首先从直流电开始的。是首先从直流电

2、开始的。1919世纪初期发展起来的信号传世纪初期发展起来的信号传 输输-电报，虽然传输的电流是很微弱的，但是人们电报，虽然传输的电流是很微弱的，但是人们 从此得到启发，并引用于电力传输。法国物理学家德普从此得到启发，并引用于电力传输。法国物理学家德普 勒提出：如果输电电压选择的足够高，即使沿着电报线勒提出：如果输电电压选择的足够高，即使沿着电报线 路也可能输送较大的功率到较远的距离。他并于路也可能输送较大的功率到较远的距离。他并于18821882年年 ，用装设在米斯巴赫煤矿中的直流发电机，以，用装设在米斯巴赫煤矿中的直流发电机，以1500200015002000 伏电压，沿着伏电压，沿着575

3、7公里的电报线路，把电力送到在慕里黑公里的电报线路，把电力送到在慕里黑 举办的国际展览会，举办的国际展览会，完成了第一次输电试验，也是有史完成了第一次输电试验，也是有史 以来的第一次直流输电试验。以来的第一次直流输电试验。 Date3第一章第一章 高压直流输电概论此后，直流输电的电压、功率和距离分别达到此后，直流输电的电压、功率和距离分别达到125125千千 伏，伏，2020兆瓦和兆瓦和225225公里。但由于当时是采用直流发电机串公里。但由于当时是采用直流发电机串 联组成高压直流电源，受端电动机也是串联方式运行的联组成高压直流电源，受端电动机也是串联方式运行的 。不但高电压大容量直流电机的换

4、向有困难，而且串联。不但高电压大容量直流电机的换向有困难，而且串联 的运行方式比较复杂，可靠性差，因此直流输电在当时的运行方式比较复杂，可靠性差，因此直流输电在当时 没有得到进一步的发展。没有得到进一步的发展。与此同时，随着生产的发展和电能需求的不断增长与此同时，随着生产的发展和电能需求的不断增长 ，在十九世纪八十和九十年代，人们逐步掌握了多相交，在十九世纪八十和九十年代，人们逐步掌握了多相交 流电路的原理，创造了交流发电机、变压器和感应电动流电路的原理，创造了交流发电机、变压器和感应电动 机。因为交流电的发电、变压、输送、分配和使用都很机。因为交流电的发电、变压、输送、分配和使用都很 方便，

5、而且经济、安全和可靠。因此，交流电就几乎完方便，而且经济、安全和可靠。因此，交流电就几乎完 全代替了直流电，并发展成今日规模巨大的电力系统全代替了直流电，并发展成今日规模巨大的电力系统。 Date4第一章第一章 高压直流输电概论尽管如此，世界上有许多科学家和工程技术人员根尽管如此，世界上有许多科学家和工程技术人员根 据直流输电和交流输电各自的特点，特别是交流远距离据直流输电和交流输电各自的特点，特别是交流远距离 输电会受到同步运行稳定性的限制，预见到继续发展直输电会受到同步运行稳定性的限制，预见到继续发展直 流输电的必要性，并陆续地建设了一些试验性工程。其流输电的必要性，并陆续地建设了一些试验

6、性工程。其 间曾采用气吹电弧整流器，闸流器和引燃管作为交直流间曾采用气吹电弧整流器，闸流器和引燃管作为交直流 变换的换流设备。直到高电压大容量的可控汞弧整流器变换的换流设备。直到高电压大容量的可控汞弧整流器 的研制成功，才为高压直流输电的发展创造了必要的条的研制成功，才为高压直流输电的发展创造了必要的条 件。件。2020世纪世纪5050年代以后，电力的需求增长得更快，电力年代以后，电力的需求增长得更快，电力 系统的规模发展得更快，交流输电的局限性在生产实践系统的规模发展得更快，交流输电的局限性在生产实践 中也表现得更为明显，于是直流输电技术又重新为人们中也表现得更为明显，于是直流输电技术又重新

7、为人们 所重视所重视。Date5第一章第一章 高压直流输电概论1954 1954年，瑞典在本土和果特兰岛之间建立年，瑞典在本土和果特兰岛之间建立 一条海底电缆直流输电线，一条海底电缆直流输电线，是世界上第一条工是世界上第一条工 业性的高压直流输电线业性的高压直流输电线，此后，许多国家也积，此后，许多国家也积 极地开展了高压直流输电的研发和建设工作。极地开展了高压直流输电的研发和建设工作。 六十年代可控硅整流元件的出现，为换流设备六十年代可控硅整流元件的出现，为换流设备 的制造开辟了新的途径，高压直流输电也出现的制造开辟了新的途径，高压直流输电也出现 了新的前景。了新的前景。Date6第一章第一

8、章 高压直流输电概论1.2 为何高压输电？为何高压输电？从发电站发出的电能，一般都要通过输电从发电站发出的电能，一般都要通过输电 线路送到各个用电地方。根据输送电能距离的远线路送到各个用电地方。根据输送电能距离的远 近，采用不同的高电压输电。从我国现在的电力近，采用不同的高电压输电。从我国现在的电力 情况来看，送电距离在情况来看，送电距离在200200300300KMKM时采用时采用 220220KVKV的电压输电；在的电压输电；在100100KMKM左右时采用左右时采用 110110KVKV；50KM50KM左右采用左右采用3535KVKV；在在1515KMKM 20KM20KM时采用时采用

9、1010KVKV，有的则用有的则用66006600V V。输电电压输电电压 在在110110KVKV以上的线路，称为超高压输电线路。在以上的线路，称为超高压输电线路。在 远距离送电时，我国还有远距离送电时，我国还有500500KVKV和和750750KVKV的超高的超高 压输电线路压输电线路。 Date7第一章第一章 高压直流输电概论为什么要采用高压输电呢？这要从输电线为什么要采用高压输电呢？这要从输电线 路上损耗的电功率谈起，当电流通过导线时，路上损耗的电功率谈起，当电流通过导线时， 就会有一部分电能变为热能而损耗掉了。我国就会有一部分电能变为热能而损耗掉了。我国 目前普遍采用的三相三线制交

10、流输电线路上损目前普遍采用的三相三线制交流输电线路上损 耗的电功率为：耗的电功率为：Date8第一章第一章 高压直流输电概论式中的式中的R R为每一条输电线的电阻，为每一条输电线的电阻，I I为输电线中的电为输电线中的电 流。如果要输送的电功率为流。如果要输送的电功率为P P，输电线路的线电压为输电线路的线电压为U U ，每相负载的功率因数为则输电电流还可表示为每相负载的功率因数为则输电电流还可表示为假设送电距离为假设送电距离为L L，所用输电线的电阻率为所用输电线的电阻率为 ，其其 截面积为截面积为S S，则则R R （L LS S）。）。于是，损耗的电功率可于是，损耗的电功率可 写成写成D

11、ate9第一章第一章 高压直流输电概论式中式中 。在输送的电功率、输电距离、。在输送的电功率、输电距离、输电导线材料及负载功率因数都一定的情况下输电导线材料及负载功率因数都一定的情况下 ，C C为一常数。为一常数。由上式可以看出，输电线截面积由上式可以看出，输电线截面积S S一定时，输一定时，输 电电压电电压U U愈高，损耗的电功率愈高，损耗的电功率P P耗耗就愈小；如果允就愈小；如果允 许损耗的电功率许损耗的电功率P P耗耗一定时（一般不得超过输送一定时（一般不得超过输送 功率的功率的1010），电压愈高，输电导线的截面积就），电压愈高，输电导线的截面积就 愈小，这可大大节省输电导线所用的材

12、料。愈小，这可大大节省输电导线所用的材料。Date10第一章第一章 高压直流输电概论从减少输电线路上的电功率损耗和节从减少输电线路上的电功率损耗和节 省输电导线所用材料两个方面来说，远距省输电导线所用材料两个方面来说，远距 离输送电能要采用高电压或超高电压。离输送电能要采用高电压或超高电压。Date11第一章第一章 高压直流输电概论1.3 1.3 HVDCHVDC系统主要构成系统主要构成直流输电系统由换流 直流输电系统由换流( (逆变逆变) ) 站、接地站、接地 极、接地极线路和直流送电线路构成。换流极、接地极线路和直流送电线路构成。换流 站是用于联接交流侧和直流侧的装置站是用于联接交流侧和直

13、流侧的装置, ,也就也就 是供交流电与直流电间进行变换的换流装置是供交流电与直流电间进行变换的换流装置 。详见图。详见图1 1所示。所示。Date12第一章第一章 高压直流输电概论Date13第一章第一章 高压直流输电概论换流装置由换流变压器、换流器、控换流装置由换流变压器、换流器、控 制极触发装置、控制保护装置及其它辅助制极触发装置、控制保护装置及其它辅助 装置等构成。装置等构成。直流线路与交流线路一样直流线路与交流线路一样, ,由导线、地由导线、地 线、绝缘子、金具、杆塔、基础和接地装线、绝缘子、金具、杆塔、基础和接地装 置等组成。地线、基础、接地装置的设计置等组成。地线、基础、接地装置的

14、设计 与交流一样。与交流一样。Date14第一章第一章 高压直流输电概论1.4 1.4 直流送电系统运行方式直流送电系统运行方式 两端直流输电系统两端直流输电系统（1 1）单极系统，大地、金属线（或海水）作为回线，常单极系统，大地、金属线（或海水）作为回线，常 用作故障切换运行方式；用作故障切换运行方式；（2 2）双级系统，常用的接线方式；双级系统，常用的接线方式；（3 3）背靠背系统，无中间的输电线路，常用作不同电网背靠背系统，无中间的输电线路，常用作不同电网 的互联。的互联。 多端直流输电系统，由三个或三个以上换流站连接多端直流输电系统，由三个或三个以上换流站连接 换流站之间的高压直流输电

15、系统，因技术原因，暂时换流站之间的高压直流输电系统，因技术原因，暂时 还没有被广泛应用。还没有被广泛应用。 Date15第第 一章一章 高压直流输电概论1.51.5 高压直流输电相对于交流输电的特点高压直流输电相对于交流输电的特点（1 1）高压直流输电与其相联的两个交流系统的频高压直流输电与其相联的两个交流系统的频 率和相位无关。据此可通过直流输电环节连接两独率和相位无关。据此可通过直流输电环节连接两独 立交流系统立交流系统, ,既能获取减小热备用容量等联网效益既能获取减小热备用容量等联网效益, , 又可各自保持有功及无功功率平衡等电网管理的独又可各自保持有功及无功功率平衡等电网管理的独 立性

16、。另外立性。另外, ,一电网短路可因直流环节的隔离作用一电网短路可因直流环节的隔离作用 而不直接株连另一电网而不直接株连另一电网, ,从而避免全系统大面积停从而避免全系统大面积停 电。故高压直流输电很适于电网间的互联。电。故高压直流输电很适于电网间的互联。Date161.5 1.5 高压直流输电相对于交流输电的特点高压直流输电相对于交流输电的特点（2 2）高压直流输电只传送有功功率。高压直流输电只传送有功功率。 故不会增大所联交流电网的短路容量故不会增大所联交流电网的短路容量, ,即即 不增大断路器遮断容量不增大断路器遮断容量, ,且直流电缆无充且直流电缆无充 电电流电电流, ,可长距离送电。可长距离送电。Date171.5 1.5 高压直流输电相对于交流输电的特点高压直流输电相对于交流输电