特高压直流输电技术(国网黄勇).ppt

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1,特高压直流输电技术黄勇国网直流建设部,特高压直流输电技术一、直流输电技术发展历程二、直流输电技术基本原理三、特高压直流输电技术应用与实践四、直流输电技术发展趋势,2,一、直流输电技术发展历程

（一）电的时间简史

（二）直流输电的兴起（三）直流输电的发展,3,电是人类文明和社会进步的象征,与我们的生活息息相关。

生活，因为电力而绚丽！

（一）电的时间简史,感恩与回顾：

我们的生活因为电而改变；我们能创造人类所必须；谁为我们带来了这样的奇迹？

电的时间简史,4,公元前6世纪泰勒斯記述了摩擦的琥珀吸引轻小物体和磁石吸铁現象。

1600年，吉尔伯特著磁石一书，系统地论述了地球是个大磁石，初次提出摩擦吸引轻物体是摩擦使物体放出一种无重、无色的物质引起，称为“琥珀之力”，并借用希腊文琥珀一词创造出Electricity这个名词。

1729年，英国人格雷确定物质可分为导体和绝缘体两部分。

1747年，富兰克林发表电单流质理论，提出正电和负电概念。

1752年，富兰克林作风筝试验，引天电到地面。

1820年，奧斯特发现导线通电产生磁效应。

1826年，欧姆提出欧姆定律。

1831年，法拉第发现电磁感应现象。

1840年，焦耳和楞次从电流的热效应发现所产生的热量与电流的平方、电阻及时间成正比，称焦耳-楞次定律。

（一）电的时间简史,5,1864年，麦克斯韦提出电磁场的基本方程组（后称为麦克斯韦方程组），并推断电磁波的存在，奠定了电磁场理论的基础。

1879年，爱迪生研制成功电灯（直流）。

1882年，美籍南斯拉夫人特斯拉造出第一台交流发电机原型。

奠定了近代电力工业的基础。

1882年，爱迪生建成世界上第一座发电厂（直流）。

1885年，制成交流发电机和变压器。

1886年，建成第一个单相交流送电系统。

1888年,制成交流感应式电动机。

1891年，德国劳芬电厂安装了世界第一台三相交流发电机，建成第一条三相交流送电线路。

（一）电的时间简史,6,直流电是最早的发电、输电和用电方式，但直流电机结构复杂，换相困难，运行费用高，可靠性差，难以实现远距离、大容量的输电。

第一次远距离输电：

1882年，法国物理学家多普勒，用装在斯巴赫煤矿中的直流发电机，以1.5-2kV直流电压，沿57km的电报线路，把1.5kW电力送到在慕尼黑举办的国际展览会上。

1889年，法国用直流发电机串联，以125kV直流电压，沿230km线路，把20MW电力从毛梯埃斯（Moutiers）送到里昂（Lyon）。

1888年三相交流电的出现是电工技术发展的一个重要里程碑，交流电网建设得到迅速发展，并很快占据了主导地位。

能方便而又经济地升高或降低电压，使远距离输电成为可能。

三相交流发电机和电动机结构简单，价格低，容量又可设计得很大。

三相交流电气设备效率高，运行维护简单。

（二）直流输电的兴起,7,交流输电在发展过程中也遇到了问题，系统稳定问题使输送功率受到了限制，无功问题限制跨海及地下电缆输电距离。

这样，人们又回忆起直流输电的许多优点，如没有运行稳定问题；线路造价低、损耗少，不存在无功问题等等，而继续加以研究运用。

但在当时发电和用电的绝大部分均为交流电的情况下，要采用直流输电，必须进行换流才能实现，因此，之后直流输电的发展就与换流技术发展建立了十分密切的关系。

围绕换流技术的发展，直流输电的发展经历了汞弧阀换流时期、晶闸管阀换流时期及全控型器件换流时期，人类社会发展也步入到现代社会,

（二）直流输电的兴起,8,（三）直流输电的发展,1831年,1870年,1891年,1954年,2010年,瑞典哥特兰岛直流工程是世界上首个商用高压直流输电工程，直流电压100kV、功率20MW。

9,（三）直流输电的发展,

（1）汞弧阀时代

（2）晶闸管换流阀时代（3）新型半导体IGBT的应用,10,11,（三）直流输电的发展,哥特兰岛（Gotland）直流工程,1954年，由瑞典ASEA承建的瑞典哥特兰岛直流工程投运，标志着现代直流输电技术正式实现工业应用。

12,世界上第一个工业性直流输电工程（直流电压为100kV，输送功率为20MW）,世界上共有12项汞弧阀直流工程投入运行：

首个工程瑞典哥特兰岛直流工程末个工程加拿大纳尔逊河I期工程最大容量1600MW（美国太平洋联络线I期工程）最高电压450kV（加拿大纳尔逊河I期工程）最长距离1362km（美国太平洋联络线）,汞弧阀的工程应用,13,14,（三）直流输电的发展,晶闸管换流阀的工程应用,首个采用晶闸管阀的工程哥特兰岛直流扩建工程（直流电压50kV，输送功率10MW）首个全部采用晶闸管换流阀的直流工程加拿大依尔河直流工程（直流电压80kV，输送功率320MW）国外输送容量最大的工程巴西伊泰普直流工程（直流电压600kV，两回输送功率共6300MW，线路全长1590km）国内输送容量最大的工程向家坝至上海特高压直流工程（直流电压800kV，额定功率6400MW，最大连续输送功率7000MW，线路全长1907km）,15,16,17,（三）直流输电的发展,世界直流输电技术发展,（三）直流输电的发展,准东-成都工程，1000万千瓦,18,阿根廷-巴西I&II（加勒比CCC）,采用电容换相换流器（CCC）的背靠背直流工程，额定容量2x1100MW，2000/2002年投运。

不同电压等级、不同频率异步联网（500kV,50Hz/525kV,60Hz）,19,瑞典波兰直流联网工程,典型单级电缆直流输电工程245km600MW450kV,20,魁北克新英格兰,加拿大-美国直流输电工程,HVDCClassic双极系统（多端）架空线,1480km2000MW+450kV,21,投运:

1987传输功率:

2*3100MW直流电压:

600kV传输距离:

800km,巴西伊泰普直流输电工程,22,伊泰普输电系统交直流系统,23,600kV直流输电线路大约80%为拉线式电杆导线4x644mm2,巴西伊泰普直流输电工程,24,黑河工程,中俄联网,75万千瓦,已投运,高岭工程,2*75万千瓦,1期已投运，二期在建。

灵宝工程,111万千瓦,已投运.,背靠背工程,25,26,呼辽工程,300万千瓦,908公里,已投运。

德宝工程,300万千瓦,908公里,已投运。

三上、三常、三沪、三沪II工程300万千瓦,葛上工程,120万千瓦,约1000公里,1990-2011年陆续投运。

三广工程,300万千瓦，已投运。

青藏工程,60万千瓦,1038公里,已投运。

500kV及以下直流工程,27,宁东-山东660kV直流工程，4000MW,1335km,2011年2月投运。

660kV直流工程,28,向家坝-上海,640万千瓦,1,907公里,水电送出，已投运,哈密-郑州,800万千瓦,2,210公里,火电送出，已开工。

锦屏-苏南,720万千瓦,2,097公里,水电送出，双极低端已经投产，今年年底全部投产。

溪洛渡-浙西,800万千瓦,1,669公里,水电送出，已开工,800kV直流工程,上海南汇风电场柔性直流输电工程,29,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660kV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”。

30,31,中国已投运直流工程,“十二五”直流输电工程,32,二、直流输电技术基本原理

（一）直流输电技术的原理

（二）直流输电技术的分类（三）直流输电技术的特点,33,直流电概念（相对于交流大小和方向随时间周期变化）直流输电工程是以直流电的方式实现电能传输的工程。

直流电必须经过换流（整流和逆变）实现直流电变交流电，然后与交流系统连接。

直流输电工程构成（换流站、直流线路、接地极、通信与远动）,

（一）直流输电技术的原理,34,直流输电系统基本结构示意图,整流站,逆变站,接地极,接地极,送端交流系统,受端交流系统,直流线路,接地极线路,接地极线路,35,交流电,交流电,交流电,交流电,直流电,交流电,交流电,交流电,交流电,直流电,直流电,整流站,逆变站,直流输电系统原理示意图,36,引入可控元件，按照不同的触发角度来控制,6脉动和12脉动换流器原理接线图,37,38,常规高压直流工程原理图,39,800kV特高压直流工程原理图,分类I（按换流站数量分类）两端直流输电（或“点对点直流输电”）多端直流输电分类II（按线路长度分类）长距离直流输电背靠背直流输电分类III（按电压等级分类）（超）高压直流输电特高压直流输电,

（二）直流输电技术的分类,按工程结构分类,40,按工程性质分类,

（二）直流输电技术的分类,远距离大容量直流架空线路工程；背靠背直流联网工程;海底电缆工程;城市地下电缆工程。

41,线路造价低；输电损耗小；输送容量大；限制短路电流；线路故障时的自防护能力强；节省线路走廊；实现非同步电网互联；功率调节控制灵活；特别适合电缆输电。

（三）直流输电技术的特点,直流输电的优点,42,换流设备较昂贵；消耗无功功率多；产生谐波影响；换流器过载能力低；某些运行方式下对地下（或海中）物体产生电磁干扰和电化学腐蚀；缺乏直流开关；不能用变压器来改变电压等级。

直流输电的缺点,43,高电压、远距离、大容量输电；跨海送电；不同频率电网联网或相同频率电网非同步联网；由地下电缆向大城市供电；交流系统互联或者配电网增容时，作为限制短路容量的措施之一；配合新能源输电。

直流输电适用场合,44,45,直流输电的经济性及交直流经济比较：

直流输电两侧换流站费用高，￥1000元/kW；直流线路相对便宜：

￥250万￥480万/km；与交流输电的等价距离：

600800km。

换流站设备价格问题：

整体成降价趋势：

输送距离超过一定值时，交流需要增加中间站，加串补。

线路的建设费用问题，整体趋势是上涨，国外由于线路走廊需要征地，费用更高，等价距离更短。

交直流等价距离,三、特高压直流输电技术应用与实践

（一）直流工程建设选择

（二）发展特高压的必要性（三）我国特高压直流技术实践成就（四）国际特高压直流技术应用前景,46,为何想起用直流：

输送一定距离，陆地500公里以上，海底20公里以上；中间没有接入要求；两个例子：

巴西南北联网、西北新疆联网。

（一）直流工程建设选择,47,采用什么样的直流：

不同电压等级、不同频率的两个交流系统联网，或者两个弱交流系统联网，推荐直流工程（背靠背）。

新能源发电并网、孤岛供电、分布式发电并网，推荐采用直流（柔性直流）。

远距离、大容量电力输送。

500公里以下，主要500kV直流，500800公里，可讨论660kV或500kV，8001500公里，比选660kV和800kV直流，15002000公里，采用800kV直流，2000公里以上，比选800kV和1100kV直流。

直流系统输送功率和换流器容量，增大电流还是增大电压。

48,（每千公里）,提高电压的意义,49,交流系统接入什么电压等级：

一般大容量直流接入送受端主网架，目前交流侧最高为500kV.对于西北地区，直接接入500kV，通过500kV/750kV联变接入750kV主网。

主要原因是直接接入750千伏电网的设备制造上难度极大（主要是换流变压器），换流站费用高，工程建设周期延长。

50,

（二）发展特高压的必要性,一是满足经济社会发展对电力的需求,51,二是促进能源资源更大范围优化配置,52,能源消费进一步向东部集中,西部地区,中部地区,东北地区,东,部,地,区,2009年43.82020年45.82030年48.2,2009年10.82020年10.52030年10.0,2009年24.02020年22.42030年20.8,2009年21.42020年21.22030年21.0,未来能源需求增量主要转向东部地区,亿吨标煤,53,西部