直流输电技术发展及其应用汇总课件

直流输电技术发展及其应用直流输电技术发展及其应用 中国电力科学研究院中国电力科学研究院 2007年年10月月直流输电技术发展及其应用 中国电力科学研究院 1一、直流输电技术的发展历程直流输电技术的发展历程1.100多年前已采用原始的直流输电方式多年前已采用原始的直流输电方式（1 1）由于未能解决电压变换等关键技术，）由于未能解决电压变换等关键技术，被交流输电取代被交流输电取代（2 2）当时已提出交流发电）当时已提出交流发电-转换为直转换为直流输电流输电-逆变为交流的概念。但大容量逆变为交流的概念。但大容量可控电力阀尚未问世，无法实现。可控电力阀尚未问世，无法实现。一、直流输电技术的发展历程100多年前已采用原始的直流输电方22、采用汞弧阀的直流输电技术、采用汞弧阀的直流输电技术(1)20(1)20世纪世纪5050年代汞弧阀问世，为直流输年代汞弧阀问世，为直流输电技术的商业性运营提供了技术条件。电技术的商业性运营提供了技术条件。(2)1954(2)1954年建成世界上第一个直流输电工年建成世界上第一个直流输电工程：瑞典哥特兰岛海底电缆直流输电工程：瑞典哥特兰岛海底电缆直流输电工程。程。2、采用汞弧阀的直流输电技术(1)20世纪50年代汞弧阀问33 3、采用固态晶闸管（可控硅）的直流输电技术、采用固态晶闸管（可控硅）的直流输电技术、采用固态晶闸管（可控硅）的直流输电技术、采用固态晶闸管（可控硅）的直流输电技术(1)20(1)20世纪世纪7070年代，汞弧阀被固态晶闸管代替。年代，汞弧阀被固态晶闸管代替。(2)(2)直流输电工程的经济性和可靠性得到很大提高。直流输电工程的经济性和可靠性得到很大提高。(3)(3)直流输电工程呈逐年增长趋势，到直流输电工程呈逐年增长趋势，到19901990年：年：已有已有4343个个HVDCHVDC工程投入营业运行，总容量工程投入营业运行，总容量31200MW31200MW。计及正在建设和计划中的计及正在建设和计划中的HVDCHVDC工程，共工程，共6262个。个。3、采用固态晶闸管（可控硅）的直流输电技术(1)20世纪7044、直流输电技术的新进展、直流输电技术的新进展 进入进入2020世纪世纪9090年代，直流输电技术进一年代，直流输电技术进一步得到提升，直流输电技术又有新的进步得到提升，直流输电技术又有新的进展，其主要目的如下：展，其主要目的如下：改善直流输电运行特性改善直流输电运行特性大幅度简化设备大幅度简化设备减少换流站占地减少换流站占地降低造价降低造价4、直流输电技术的新进展 进入20世纪90年代，54、直流输电技术的新进展、直流输电技术的新进展（1 1）基于常规晶闸管换流器技术的改进）基于常规晶闸管换流器技术的改进（CCCCCC）简称简称CCCCCC（电容器换相换流器），即（电容器换相换流器），即在换流变压器与换流器间串入电容器和在换流变压器与换流器间串入电容器和MOVMOV的并联支路，将交流电压与电容电压的并联支路，将交流电压与电容电压叠加，共同作用于换流阀。叠加，共同作用于换流阀。4、直流输电技术的新进展（1）基于常规晶闸管换流器技术的改进64、直流输电技术的新进展、直流输电技术的新进展 CCCCCC（电容器换相换流器（电容器换相换流器)主要优点是：主要优点是：引入电容器换相电压，大大减少换相失败的可能引入电容器换相电压，大大减少换相失败的可能性，增加逆变器运行的动态稳定性。性，增加逆变器运行的动态稳定性。不需要采用大量无功补偿装置，减少并联电容器不需要采用大量无功补偿装置，减少并联电容器组数。组数。甩负荷过电压和阀侧短路电流降低。甩负荷过电压和阀侧短路电流降低。低次谐波谐振的可能性降低。低次谐波谐振的可能性降低。换流站占地减少。换流站占地减少。4、直流输电技术的新进展 CCC（电容器换相换流器)主要74、直流输电技术的新进展、直流输电技术的新进展 CCCCCC（电容器换相换流器（电容器换相换流器)主要缺点如下：主要缺点如下：在换相故障时，如果电容器持续充电到在换相故障时，如果电容器持续充电到过电压水平，换流器会失去自恢复能力。过电压水平，换流器会失去自恢复能力。除了需要加除了需要加MOVMOV对电容器进行保护外，对电容器进行保护外，还要求换流阀工作稳定和能够承受大的还要求换流阀工作稳定和能够承受大的电压跃变，并应配备高性能的滤波器。电压跃变，并应配备高性能的滤波器。会增大直流侧的谐波。会增大直流侧的谐波。4、直流输电技术的新进展 CCC（电容器换相换流器)主要缺84、直流输电技术的新进展、直流输电技术的新进展 （2）采用新型电力电子器件（采用新型电力电子器件（GTO）的自换相换）的自换相换流器流器 主要优点是：主要优点是：l在换流母线电压很低时，仍能继续工作，大大降低换在换流母线电压很低时，仍能继续工作，大大降低换相失败的可能性。相失败的可能性。l换流站占地仅为传统换流站的一半，因为无功补偿设换流站占地仅为传统换流站的一半，因为无功补偿设备可以减少很多。备可以减少很多。l考虑交直流系统故障时换流器元件的电流和电压设计考虑交直流系统故障时换流器元件的电流和电压设计系数大大降低系数大大降低 目前正处于研发阶段。在日本中央电力研究所建有目前正处于研发阶段。在日本中央电力研究所建有该换流器的模型。该换流器的模型。4、直流输电技术的新进展 （2）采用新型电力电子器件（GT94、直流输电技术的新进展、直流输电技术的新进展l（3）采用新型全控型电力电子器件）采用新型全控型电力电子器件IGBT的全全可控型换流器可控型换流器 其特点是开关频率高、损耗小。主要优点如下：其特点是开关频率高、损耗小。主要优点如下：l可以对有功和无功功率进行精确控制。可以对有功和无功功率进行精确控制。l无需外部交流网提供换相电压，不会发生换相失败。无需外部交流网提供换相电压，不会发生换相失败。l可以很好地解决换流器谐波问题。可以很好地解决换流器谐波问题。l大大减少无功补偿设备容量和换流站占地面积。大大减少无功补偿设备容量和换流站占地面积。在瑞典和美国等国家已有工程实例，但目前阶段主在瑞典和美国等国家已有工程实例，但目前阶段主要为小容量短距离轻型直流输电和背靠背联网工程，要为小容量短距离轻型直流输电和背靠背联网工程，有待于进一步发展和成熟。有待于进一步发展和成熟。4、直流输电技术的新进展（3）采用新型全控型电力电子器件IG105、采用直流输电新技术的工程采用直流输电新技术的工程 目前处于发展阶段，主要为小容量短距离轻型直流输电目前处于发展阶段，主要为小容量短距离轻型直流输电和背靠背联网工程，工程实例如下：和背靠背联网工程，工程实例如下：l19971997年年3 3月，瑞典月，瑞典HellsjonHellsjon，世界第一条采用新型换流阀，世界第一条采用新型换流阀的试验线路：的试验线路：10kV,3MW,10km10kV,3MW,10km。l19981998年年5 5月，瑞典月，瑞典GotlandGotland，世界第一条商业营运的轻型直，世界第一条商业营运的轻型直流输电线路，流输电线路，50MW,70km50MW,70km。l19991999年，澳大利亚年，澳大利亚DirectlinkDirectlink工程，当时世界上最大的轻工程，当时世界上最大的轻型直流输电工程，型直流输电工程，180MW180MW，65km65km。l20002000年年6 6月，美国和墨西哥边界月，美国和墨西哥边界Eagle PassEagle Pass，世界上第一，世界上第一个采用新型直流输电技术的背靠背换流站，个采用新型直流输电技术的背靠背换流站，36MW36MW，15.9kV15.9kV。5、采用直流输电新技术的工程 目前处于发展阶段，115、采用直流输电新技术的工程采用直流输电新技术的工程l20002000年年8 8月，丹麦月，丹麦 Tjreborg Tjreborg示范工程，示范工程，7.2MW7.2MW，9kV9kV，4.3km4.3km长，将位于长，将位于TjreborgTjreborg的风力发电站与交流主网相联。的风力发电站与交流主网相联。l20022002年年4 4月，澳大利亚月，澳大利亚MurraylinkMurraylink工程，工程，200MW200MW，150kV150kV，180km180km，建设目的是使南部电网与，建设目的是使南部电网与VictoriaVictoria州电网互联。州电网互联。该工程将是世界上最长的地下电缆输电项目。该工程将是世界上最长的地下电缆输电项目。l20022002年年5 5月，美国月，美国Cross-SoundCross-Sound联络工程，联络工程，330MW330MW，150kV150kV，40km40km长，建设目的是通过海底电缆使位于长，建设目的是通过海底电缆使位于New MavendNew Mavend的的ConnecticutConnecticut电网与纽约长岛电网联网。电网与纽约长岛电网联网。5、采用直流输电新技术的工程2000年8月，丹麦 Tj126、直流输电控制保护系统的新进展、直流输电控制保护系统的新进展1)1)目前已广泛采用的控制保护系统为：目前已广泛采用的控制保护系统为：硬件采用模块集成和软件采用功能块编程的硬件采用模块集成和软件采用功能块编程的多处理器系统多处理器系统与一次系统的信息交换采用光纤与一次系统的信息交换采用光纤换流站内设备信息交换采用网络换流站内设备信息交换采用网络站间通讯采用光纤站间通讯采用光纤信息已实现信息已实现GPSGPS定时定时2 2）控制保护系统正向全面微机化、智能化）控制保护系统正向全面微机化、智能化和小型化发展，并更加安全可靠和小型化发展，并更加安全可靠6、直流输电控制保护系统的新进展目前已广泛采用的控制保护系统13二、国际上直流输电达到的水平二、国际上直流输电达到的水平1.1.国外目前的水平国外目前的水平(1)(1)最高直流电压：最高直流电压：600kV 600kV，巴西伊泰普，巴西伊泰普HVDCHVDC工程工程 750kV 750kV，前苏联埃基巴斯图兹，前苏联埃基巴斯图兹欧洲中部（已停建）欧洲中部（已停建）(2)(2)最大输送容量最大输送容量 巴西伊泰普巴西伊泰普630630万千瓦（万千瓦（2 2条条600kV600kV线路）线路）(3)(3)最长直流架空线路最长直流架空线路 2400km 2400km前苏联埃基巴斯图兹前苏联埃基巴斯图兹欧洲中部（已停建）欧洲中部（已停建）(4)(4)最长海底电缆最长海底电缆 242 km,242 km,挪威挪威丹麦丹麦(5)(5)多端直流输电系统多端直流输电系统 加拿大加拿大-美国五端直流输电系统，按三端直流运行。美国五端直流输电系统，按三端直流运行。意大利撒丁岛三端直流输电系统。意大利撒丁岛三端直流输电系统。二、国际上直流输电达到的水平1.国外目前的水平14二、目前国际上直流输电达到的水平二、目前国际上直流输电达到的水平2.2.我国目前的水平我国目前的水平l 500kV 500kV，3000MW3000MW，3000A3000A，目前世界上单个双，目前世界上单个双极电流最大、换流能力最强的直流输电工程（例极电流最大、换流能力最强的直流输电工程（例如三峡等直流输电工程）。如三峡等直流输电工程）。l 800kV 800kV，6400MW6400MW，4000A4000A，世界上首个，世界上首个6400MW6400MW特高压直流输电工程（例如在建的金沙江一期直特高压直流输电工程（例如在建的金沙江一期直流输电工程）。流输电工程）。二、目前国际上直流输电达到的水平2.我国目前的水平15二、目前国际上直流输电达到的水平二、目前国际上直流输电达到的水平3.3.我国直流电压等级研究情况我国直流电压等级研究情况l 500kV 500kV，3000MW3000MWl 660kV 660kV，4000MW4000MWl 800kV 800kV，6400MW6400MWl 1000kV 1000kV，9000MW9000MW 二、目前国际上直流输电达到的水平3.我国直流电压等级研究情况16三、特高压交直流输电技术的特点和功能定位三、特高压交直流输电技术的特点和功能定位 8080年年代代初初期期以以来来，我我国国电电力力工工作作者者在在三三峡峡电电站站及及其其输输电电系系统统规规划划、西西电电东东送送和和全全国国联联网网研研究究中中，对对交交、直直流流输输电电的的特特点点和和适适用用范范围围进行过大量全面深入的研究工作。进行过大量全面深入的研究工作。基基本本的的共共识识可可归归纳纳为为：交交、直直流流输输电电方方式式各各有有所所长长，本本身身没没有有排排他他性性，而而是是互互相相补补充充的的；在在电电网网规规划划和和建建设设中中要要注注意意发发挥挥各各自自的的优势，使两种输电方式各尽所能，相得益彰。优势，使两种输电方式各尽所能，相得益彰。三、特高压交直流输电技术的特点和功能定位 80171、交流输电的特点和适用范围、交流输电的特点和适用范围 在电力系统中，交流是主要的输电方式，其特在电力系统中，交流是主要的输电方式，其特点是：点是：l兼有输电和网络功能，适用于构建电网的主网兼有输电和网络功能，适用于构建电网的主网架和各级输电网络，充分发挥同步电网的功能；架和各级输电网络，充分发挥同步电网的功能；l在输电线路的中间可以落点，满足向中间地区在输电线路的中间可以落点，满足向中间地区供电的需要，电力的传输、交换、疏散十分灵供电的需要，电力的传输、交换、疏散十分灵活；活；l对电源和负荷变化的适应性较强。对电源和负荷变化的适应性较强。1、交流输电的特点和适用范围 在电力系统中，交流是主181、交流输电的特点和适用范围、交流输电的特点和适用范围 因此，交流输电技术主要用于构建各级输因此，交流输电技术主要用于构建各级输电网络和电网互联的联络通道，形成以特高电网络和电网互联的联络通道，形成以特高压为骨干网架、各级电压网络协调发展的坚压为骨干网架、各级电压网络协调发展的坚强电网；强电网；同时，交流输电也是电源送出的主要输电同时，交流输电也是电源送出的主要输电方式之一。方式之一。1、交流输电的特点和适用范围 因此，交流输192.直流输电的特点和适用范围直流输电的特点和适用范围 直流输电具有输送容量大、距离远、直流输电具有输送容量大、距离远、节省输电走廊和实现非同步联网等特点，节省输电走廊和实现非同步联网等特点，随着远方水、火电基地的开发外送和全随着远方水、火电基地的开发外送和全国电网互联的进展，直流输电已成为主国电网互联的进展，直流输电已成为主要的输电方式之一。要的输电方式之一。2.直流输电的特点和适用范围 直流输电具有输送容202.直流输电的特点和适用范围直流输电的特点和适用范围 目前，我国采用的直流输电技术主要是端对目前，我国采用的直流输电技术主要是端对端直流输电和背靠背直流联网技术，其中：端直流输电和背靠背直流联网技术，其中：l 端对端直流输电技术作为端对端直流输电技术作为“直达快车直达快车”，适用于超过交、直流经济等价距离（目前对适用于超过交、直流经济等价距离（目前对于于500500千伏交流输电和千伏交流输电和500kV500kV直流输电约为直流输电约为70070010001000公里；对于公里；对于10001000千伏交流输电和千伏交流输电和800kV800kV直流输电约为直流输电约为1100110014001400公里）的远公里）的远距离、大容量输电；距离、大容量输电；l 背靠背直流技术适用于不同频率以及不易背靠背直流技术适用于不同频率以及不易协调的系统间的联网。协调的系统间的联网。2.直流输电的特点和适用范围 目前，我国采用的直流输212.直流输电的特点和适用范围直流输电的特点和适用范围 l 对对于于多多端端直直流流输输电电技技术术，我我国国也也开开展展过过试试验验研研究究工工作作。由由于于直直流流断断路路器器没没有有电电流流过过零零点点可可以以利利用用，灭灭弧弧问问题题难难以以解解决决，给给制制造造带带来来困困难难，缺缺乏乏满满意意的的产产品品提提供供给给工工程程使使用用，加加上上其其控控制制系系统统复复杂杂，使使多多端直流工程发展缓慢。端直流工程发展缓慢。l 世世界界上上只只有有意意大大利利撒撒丁丁岛岛（三三端端）和和魁魁北北克克新新英英格格兰兰（五五端端，目目前前按按三三端端运运行行）等等少少数数几几个个工工程，还需要在运行实践中进行考验和改进。程，还需要在运行实践中进行考验和改进。2.直流输电的特点和适用范围 对于多端直流输电技术，我222.直流输电的特点和适用范围直流输电的特点和适用范围 l 新新的的基基于于全全可可控控元元件件的的直直流流输输电电技技术术，可可以以部部分分克克服服目目前前常常规规直直流流输输电电的的一一些些问问题题，但但还还处处于于发发展展的的初初期期，短短期期内内难难以以满满足足远远距距离离、大容量输电的需要。大容量输电的需要。2.直流输电的特点和适用范围 新的基于全可控元件的直流输233特高压交直流输电的功能定位特高压交直流输电的功能定位l 特特高高压压交交流流与与特特高高压压直直流流在在电电网网中中的的应应用用是是相相辅辅相相成成和和互互为补充的。为补充的。l 特特高高压压交交流流可可以以形形成成坚坚强强的的网网架架结结构构，因因此此，特特高高压压交交流流输输电电的的发发展展除除了了可可应应用用于于大大电电源源基基地地的的外外送送外外，主主要要将将定定位位于高一级电压电网的建设；于高一级电压电网的建设；l 特特高高压压直直流流输输电电将将定定位位于于我我国国西西部部大大电电源源基基地地的的远远距距离离、大容量外送，并将依托于坚强的交流输电网发挥作用。大容量外送，并将依托于坚强的交流输电网发挥作用。3特高压交直流输电的功能定位 特高压交流与特高压直流在电244 4特高压直流系统需要坚强交流输电网的支持特高压直流系统需要坚强交流输电网的支持特高压直流系统需要坚强交流输电网的支持特高压直流系统需要坚强交流输电网的支持l 特高压直流输送容量大，其安全运行性能特高压直流输送容量大，其安全运行性能与送、受端交流电网电气强弱有密切关系，与送、受端交流电网电气强弱有密切关系，主要表现在以下几个方面：主要表现在以下几个方面：l（1 1）送、受端交流系统给直流输电系统的整）送、受端交流系统给直流输电系统的整流器和逆变器提供换相电压，创造实现换流流器和逆变器提供换相电压，创造实现换流的条件。的条件。l（2 2）送、受端交流系统是直流输电必不可少）送、受端交流系统是直流输电必不可少的组成部分，送端系统作为直流输电的电源，的组成部分，送端系统作为直流输电的电源，提供传输功率；而受端系统相当于负荷，接提供传输功率；而受端系统相当于负荷，接受和消纳直流输送功率。受和消纳直流输送功率。4特高压直流系统需要坚强交流输电网的支持 特高压直流输送254 4特高压直流系统需要坚强交流输电网的支持特高压直流系统需要坚强交流输电网的支持特高压直流系统需要坚强交流输电网的支持特高压直流系统需要坚强交流输电网的支持l（3 3）送端交流系统具有足够的强度，一方面）送端交流系统具有足够的强度，一方面可以为直流系统整流站提供足够的无功和电可以为直流系统整流站提供足够的无功和电压支撑；另一方面承受由直流输电系统故障压支撑；另一方面承受由直流输电系统故障而带来的有功和无功功率冲击的能力强，可而带来的有功和无功功率冲击的能力强，可以减少由于直流输电系统故障而需要切除的以减少由于直流输电系统故障而需要切除的送端发电机组台数。送端发电机组台数。4特高压直流系统需要坚强交流输电网的支持（3）送端交流系统264 4特高压直流系统需要坚强交流输电网的支持特高压直流系统需要坚强交流输电网的支持特高压直流系统需要坚强交流输电网的支持特高压直流系统需要坚强交流输电网的支持 （4 4）受端交流系统的强度，对于直流输电系统的安全稳定运）受端交流系统的强度，对于直流输电系统的安全稳定运行具有重要作用，特别是当多回直流输电线路集中落点于受行具有重要作用，特别是当多回直流输电线路集中落点于受端系统时更是如此。端系统时更是如此。l如果受端交流系统具有足够的强度，虽然在交流系统发生严如果受端交流系统具有足够的强度，虽然在交流系统发生严重故障时存在多个逆变站发生换相失败的可能性，但故障清重故障时存在多个逆变站发生换相失败的可能性，但故障清除后交流系统电压能迅速恢复，直流系统也能迅速恢复正常。除后交流系统电压能迅速恢复，直流系统也能迅速恢复正常。因此逆变站发生换相失败后，不需要马上实行闭锁保护，通因此逆变站发生换相失败后，不需要马上实行闭锁保护，通过采取适当的措施，还可以加速这一恢复过程，防止发生继过采取适当的措施，还可以加速这一恢复过程，防止发生继发性换相失败。发性换相失败。4特高压直流系统需要坚强交流输电网的支持 （4）受端交274 4特高压直流系统需要坚强交流输电网的支持特高压直流系统需要坚强交流输电网的支持特高压直流系统需要坚强交流输电网的支持特高压直流系统需要坚强交流输电网的支持l同时，如果直流输电系统故障导致直流单极同时，如果直流输电系统故障导致直流单极或双极闭锁以后，坚强的受端交流系统能够或双极闭锁以后，坚强的受端交流系统能够承受由此而引起的功率突变的冲击，系统运承受由此而引起的功率突变的冲击，系统运行电压和频率能够保持在正常范围内，可以行电压和频率能够保持在正常范围内，可以防止切负荷的发生，或尽量减少负荷损失。防止切负荷的发生，或尽量减少负荷损失。4特高压直流系统需要坚强交流输电网的支持同时，如果直流输电284 4特高压直流系统需要坚强交流输电网的支持特高压直流系统需要坚强交流输电网的支持特高压直流系统需要坚强交流输电网的支持特高压直流系统需要坚强交流输电网的支持l对于弱交流系统，在发生严重故障后，交流对于弱交流系统，在发生严重故障后，交流系统电压不能正常恢复，多个逆变站会发生系统电压不能正常恢复，多个逆变站会发生连续换相失败，将进一步恶化交流系统的运连续换相失败，将进一步恶化交流系统的运行，会导致系统稳定破坏。行，会导致系统稳定破坏。4特高压直流系统需要坚强交流输电网的支持对于弱交流系统，在294 4特高压直流系统需要坚强交流输电网的支持特高压直流系统需要坚强交流输电网的支持特高压直流系统需要坚强交流输电网的支持特高压直流系统需要坚强交流输电网的支持 作为一种初步评估的手段，通常采用有效短路比作为一种初步评估的手段，通常采用有效短路比（ESCRESCR）来评估交流系统的强弱程度：）来评估交流系统的强弱程度：（1 1）传统交流系统的强弱程度分类如下：）传统交流系统的强弱程度分类如下：l强，如果强，如果ESCRESCR大于大于5 5；l中，如果中，如果ESCRESCR在在3 3至至5 5之间；之间；l弱，如果弱，如果ESCRESCR小于小于3 3。4特高压直流系统需要坚强交流输电网的支持 作为304 4特高压直流系统需要坚强交流输电网的支持特高压直流系统需要坚强交流输电网的支持特高压直流系统需要坚强交流输电网的支持特高压直流系统需要坚强交流输电网的支持（2 2）随着交、直流输电系统控制的改进，）随着交、直流输电系统控制的改进，在具备条件时也可以考虑采用如下的分在具备条件时也可以考虑采用如下的分类：类：l强，如果强，如果ESCRESCR大于大于3 3；l弱，如果弱，如果ESCRESCR在在2 2至至3 3之间；之间；l极弱，如果极弱，如果ESCRESCR小于小于2 2。4特高压直流系统需要坚强交流输电网的支持（2）随着交、直流314 4特高压直流系统需要坚强交流输电网的支持特高压直流系统需要坚强交流输电网的支持特高压直流系统需要坚强交流输电网的支持特高压直流系统需要坚强交流输电网的支持受受端端交交流流系系统统保保持持所所要要求求的的电电压压和和频频率率的的能能力力还还与与其其转转动动惯惯量量有有关关。受受端端交交流流系系统统必必须须有有一一个个相相对对于于直直流流系系统统规规模模的的最最小小的的转转动动惯惯量量，来来为为交交、直直流流输输电电系系统统的的安安全全稳稳定定运运行行提提供供必必要要条条件件。可可以以采采用用有有效效直流惯性常数来表示相对转动惯量，其定义如下：直流惯性常数来表示相对转动惯量，其定义如下：4特高压直流系统需要坚强交流输电网的支持受端交流系统保持所324 4特高压直流系统需要坚强交流输电网的支持特高压直流系统需要坚强交流输电网的支持特高压直流系统需要坚强交流输电网的支持特高压直流系统需要坚强交流输电网的支持 为为了了交交、直直流流输输电电系系统统的的安安全全稳稳定定运运行行，要要求求有有效效直直流流惯惯性性常常数数至至少少为为2-32-3秒秒。因因此此，对对于于很很少少或或没没有有发发电电机机的的受受端端交交流流系系统统，必须采用同步调相机以增大系统的惯量。必须采用同步调相机以增大系统的惯量。4特高压直流系统需要坚强交流输电网的支持 为了交、直流输334 4特高压直流系统需要坚强交流输电网的支持特高压直流系统需要坚强交流输电网的支持特高压直流系统需要坚强交流输电网的支持特高压直流系统需要坚强交流输电网的支持l 综综上上所所述述，送送、受受两两端端交交流流系系统统的的强强弱弱，包包括括系系统统规规模模、结结构构和和无无功功电电压压支支持持能能力力等等性性能能直直接接关关系到特高压直流输电系统能否安全稳定运行。系到特高压直流输电系统能否安全稳定运行。l 特特高高压压直直流流输输电电系系统统的的规规划划、设设计计和和运运行行需需要要考考虑虑两两端端交交流流系系统统的的特特点点和和要要求求，进进行行专专题题研研究究，包包括括：换换流流站站落落点点的的选选择择、交交流流侧侧滤滤波波和和无无功功补补偿偿配配置置方方案案、换换流流站站的的绝绝缘缘配配合合和和主主要要设设备备的的绝绝缘缘水水平平、直直流流输输电电控控制制保保护护系系统统的的功功能能配配置置和和动动态相应特性等等。态相应特性等等。4特高压直流系统需要坚强交流输电网的支持 综上所述，送、受344 4特高压直流系统需要坚强交流输电网的支持特高压直流系统需要坚强交流输电网的支持特高压直流系统需要坚强交流输电网的支持特高压直流系统需要坚强交流输电网的支持l 在在特特高高压压交交直直流流输输电电系系统统规规划划、设设计计和和运运行行研研究究中中，除除进进行行初初步步评评估估外外，还还必必须须按按照照“电电力力系系统统安安全全稳稳定定导导则则”的的要要求求，进进行行详详细细的的系系统统仿仿真真计算分析和模拟试验研究。计算分析和模拟试验研究。l 研研究究内内容容包包括括：特特高高压压交交直直流流输输电电系系统统故故障障的的相相互互影影响响，系系统统的的功功角角稳稳定定性性、电电压压稳稳定定性性和和频频率率稳稳定定性性，以以及及相相应应的的安安全全稳稳定定控控制制措措施施等等等等，以以确确保保特特高高压压直直流流输输电电系系统统得得到到坚坚强强交交流流电电网网的的支持，实现特高压交直流电网的安全稳定运行。支持，实现特高压交直流电网的安全稳定运行。4特高压直流系统需要坚强交流输电网的支持 在特高压交直流输354 4特高压直流系统需要坚强交流输电网的支持特高压直流系统需要坚强交流输电网的支持特高压直流系统需要坚强交流输电网的支持特高压直流系统需要坚强交流输电网的支持l 在在特特高高压压交交直直流流输输电电系系统统规规划划、设设计计和和运运行行研研究究中中，除除进进行行初初步步评评估估外外，还还必必须须按按照照“电电力力系系统统安安全全稳稳定定导导则则”的的要要求求，进进行行详详细细的的系系统统仿仿真真计算分析和模拟试验研究。计算分析和模拟试验研究。l 研研究究内内容容包包括括：特特高高压压交交直直流流输输电电系系统统故故障障的的相相互互影影响响，系系统统的的功功角角稳稳定定性性、电电压压稳稳定定性性和和频频率率稳稳定定性性，以以及及相相应应的的安安全全稳稳定定控控制制措措施施等等等等，以以确确保保特特高高压压直直流流输输电电系系统统得得到到坚坚强强交交流流电电网网的的支持，实现特高压交直流电网的安全稳定运行。支持，实现特高压交直流电网的安全稳定运行。4特高压直流系统需要坚强交流输电网的支持 在特高压交直流输36四、规划四、规划四、规划四、规划“强直强交强直强交强直强交强直强交”特高压交直流输电系统的必要特高压交直流输电系统的必要特高压交直流输电系统的必要特高压交直流输电系统的必要性性性性 在西电东送战略工程研究中，对特高压交直流并列混合输电方在西电东送战略工程研究中，对特高压交直流并列混合输电方案进行了研究，其主要技术特点如下：案进行了研究，其主要技术特点如下：1.1.交交/直流输电线路在送端并联向受端输电，实现同步联网。直流输电线路在送端并联向受端输电，实现同步联网。2.2.既可发挥交流联网的优势，又可利用直流输电传输功率可既可发挥交流联网的优势，又可利用直流输电传输功率可快速调节的特点来改善系统的稳定，有利于综合发挥交流和直快速调节的特点来改善系统的稳定，有利于综合发挥交流和直流输电的优势。流输电的优势。3.3.美国西部太平洋交直流并列输电工程，我国南方电网天广和美国西部太平洋交直流并列输电工程，我国南方电网天广和贵广交直流并列输电工程等等，都已有多年的成功运行经验。贵广交直流并列输电工程等等，都已有多年的成功运行经验。四、规划“强直强交”特高压交直流输电系统的必要性 37四、规划四、规划四、规划四、规划“强直强交强直强交强直强交强直强交”特高压交直流输电系统的必要特高压交直流输电系统的必要特高压交直流输电系统的必要特高压交直流输电系统的必要性性性性 l4 4在交直流并列混合输电系统中，交流和直流系统的在交直流并列混合输电系统中，交流和直流系统的输送能力要有一个恰当比例，应掌握以下的原则：输送能力要有一个恰当比例，应掌握以下的原则：（1 1）交流线路故障时，能借助于直流系统的功率调）交流线路故障时，能借助于直流系统的功率调制和紧急功率支援等快速调节功能，保证系统稳定；制和紧急功率支援等快速调节功能，保证系统稳定；（2 2）直流输电系统故障时，其甩至与之并联的交流）直流输电系统故障时，其甩至与之并联的交流线路上的功率应该不超过系统稳定所能承受的程度。线路上的功率应该不超过系统稳定所能承受的程度。l 四、规划“强直强交”特高压交直流输电系统的必要性 4在交直38四、规划四、规划四、规划四、规划“强直强交强直强交强直强交强直强交”特高压交直流输电系统的必要特高压交直流输电系统的必要特高压交直流输电系统的必要特高压交直流输电系统的必要性性性性 l 根据上述原则，显然如采用强直流、弱交流根据上述原则，显然如采用强直流、弱交流的输电方式，交流系统将无法承受由直流故障的输电方式，交流系统将无法承受由直流故障而转移过来的功率，系统容易发生稳定破坏事而转移过来的功率，系统容易发生稳定破坏事故。因此在交直流并列混合输电方案中，应避故。因此在交直流并列混合输电方案中，应避免免“强直弱交强直弱交”的方式。的方式。四、规划“强直强交”特高压交直流输电系统的必要性 根据上39四、规划四、规划四、规划四、规划“强直强交强直强交强直强交强直强交”特高压交直流输电系统的必要特高压交直流输电系统的必要特高压交直流输电系统的必要特高压交直流输电系统的必要性性性性 l （3 3）按照）按照“电力系统安全稳定导则电力系统安全稳定导则”，对交直流，对交直流并列混合输电系统安全稳定运行特性的要求如下：并列混合输电系统安全稳定运行特性的要求如下：la)a)除电源直接送出的直流线路外，直流单极闭锁故障除电源直接送出的直流线路外，直流单极闭锁故障引起的潮流转移对交流系统形成冲击，系统应保持稳引起的潮流转移对交流系统形成冲击，系统应保持稳定；对于电源直接送出的直流线路单极闭锁故障，可定；对于电源直接送出的直流线路单极闭锁故障，可考虑采取切机措施。考虑采取切机措施。lb)b)除电源直接送出的交流线路外，交流系统侧输电线除电源直接送出的交流线路外，交流系统侧输电线路发生三永短路故障，系统应保持稳定；对于电源直路发生三永短路故障，系统应保持稳定；对于电源直接送出的交流线路，发生三永短路故障，可考虑采取接送出的交流线路，发生三永短路故障，可考虑采取切机措施。切机措施。四、规划“强直强交”特高压交直流输电系统的必要性 （3）40四、规划四、规划四、规划四、规划“强直强交强直强交强直强交强直强交”特高压交直流输电系统的必要特高压交直流输电系统的必要特高压交直流输电系统的必要特高压交直流输电系统的必要性性性性 lc)c)对于交流系统发生的对于交流系统发生的N N2 2型严重故障，要通过采取型严重故障，要通过采取安全稳定控制措施，保持系统安全稳定运行；对于交安全稳定控制措施，保持系统安全稳定运行；对于交流系统发生更为严重的连锁反应型故障，也要通过采流系统发生更为严重的连锁反应型故障，也要通过采取安全稳定控制措施，防止全系统的崩溃。取安全稳定控制措施，防止全系统的崩溃。ld)d)对于直流双极闭锁故障，双极功率全部转移至交流对于直流双极闭锁故障，双极功率全部转移至交流系统，会引起交流线路功率和电压的振荡系统，会引起交流线路功率和电压的振荡;为防止系为防止系统稳定破坏，可考虑采取在送端切除一定容量发电机统稳定破坏，可考虑采取在送端切除一定容量发电机组、解列电网等组、解列电网等措施措施。le)e)受端直流逆变站交流侧发生短路故障，虽然可能会受端直流逆变站交流侧发生短路故障，虽然可能会出现换相失败，但故障切除后直流输电系统应能够恢出现换相失败，但故障切除后直流输电系统应能够恢复正常运行。复正常运行。四、规划“强直强交”特高压交直流输电系统的必要性 c)对于41四、规划四、规划四、规划四、规划“强直强交强直强交强直强交强直强交”特高压交直流输电系统的必要特高压交直流输电系统的必要特高压交直流输电系统的必要特高压交直流输电系统的必要性性性性 为满足上述安全稳定要求，对于特高压交直流并列为满足上述安全稳定要求，对于特高压交直流并列混合输电方案采用混合输电方案采用“强直强交强直强交”的输电方式是必要的的输电方式是必要的:l在直流输电系统发生故障时，其输送的功率可以安全在直流输电系统发生故障时，其输送的功率可以安全地转移到特高压交流输电通道上，减少送端切机台数；地转移到特高压交流输电通道上，减少送端切机台数；l在交流输电系统发生故障时，可以利用特高压直流的在交流输电系统发生故障时，可以利用特高压直流的功率调制和紧急功率支援等附加控制功能，快速增加功率调制和紧急功率支援等附加控制功能，快速增加直流输送功率，减轻对送、受端系统的冲击直流输送功率，减轻对送、受端系统的冲击;l从而系统抗故障扰动的能力显著增强，可以充分发挥从而系统抗故障扰动的能力显著增强，可以充分发挥特高压交直流输电系统的优势。特高压交直流输电系统的优势。四、规划“强直强交”特高压交直流输电系统的必要性 42五五、“强直强交强直强交”特高压电网的构建分析特高压电网的构建分析 l根据西部水电基地开发规划，四川锦屏一、二级水电根据西部水电基地开发规划，四川锦屏一、二级水电总装机总装机8000MW8000MW，金沙江一期溪洛渡、向家坝规划装机，金沙江一期溪洛渡、向家坝规划装机18600MW18600MW，二期乌东德、白鹤滩规划装机，二期乌东德、白鹤滩规划装机13400MW13400MW。这。这些大型水电站的电力将主要通过些大型水电站的电力将主要通过660kV660kV、800kV800kV和和 1000kV1000kV直流送至华中和华东负荷中心地区。直流送至华中和华东负荷中心地区。l为了避免特高压直流故障引起的电能损失和提高系统为了避免特高压直流故障引起的电能损失和提高系统的输电可靠性，这些大型水电站送端将与四川电网通的输电可靠性，这些大型水电站送端将与四川电网通过过500kV500kV线路实现互联，而四川西部水电又将通过交线路实现互联，而四川西部水电又将通过交流流1000kV1000kV特高压线路送往华中及华东地区。特高压线路送往华中及华东地区。l按照这一构建方案，特高压交、直流间将形成并列运按照这一构建方案，特高压交、直流间将形成并列运行格局，这将是世界上最大规模的交直流并列运行系行格局，这将是世界上最大规模的交直流并列运行系统。统。五、“强直强交”特高压电网的构建分析 根据西部水电基地开发规43五五、“强直强交强直强交”特高压电网的构建分析特高压电网的构建分析 由于由于800kV800kV直流每回输送功率为直流每回输送功率为6400MW6400MW，其，其故障将会造成大规模的潮流转移，以及特高压故障将会造成大规模的潮流转移，以及特高压交、直流输电系统故障的相互影响等问题，都交、直流输电系统故障的相互影响等问题，都是在规划阶段必须着重研究的关键技术问题。是在规划阶段必须着重研究的关键技术问题。通过对金沙江一期和锦屏外送特高压交直流通过对金沙江一期和锦屏外送特高压交直流并列输电方案的故障仿真试验及计算分析工作，并列输电方案的故障仿真试验及计算分析工作，得到以下的初步结论：得到以下的初步结论：五、“强直强交”特高压电网的构建分析 由于80044五五、“强直强交强直强交”特高压电网的构建分析特高压电网的构建分析 （1 1）在川渝电网和华中、华东电网采用特高在川渝电网和华中、华东电网采用特高压交、直流并列运行方式下，特高压交流电网压交、直流并列运行方式下，特高压交流电网可以承受特高压直流单极闭锁引起的功率转移，可以承受特高压直流单极闭锁引起的功率转移，系统保持稳定运行，事故后电压可满足要求；系统保持稳定运行，事故后电压可满足要求；可以避免频繁切机，减少窝电和弃水，提高水可以避免频繁切机，减少窝电和弃水，提高水电运行的经济性。电运行的经济性。（2 2）当特高压直流发生小概率的双极闭锁故当特高压直流发生小概率的双极闭锁故障时，通过切除送端部分水电机组可以保持系障时，通过切除送端部分水电机组可以保持系统稳定运行，输电线路和变压器均不会过载，统稳定运行，输电线路和变压器均不会过载，对送、受端系统的冲击较小。对送、受端系统的冲击较小。五、“强直强交”特高压电网的构建分析 （1）45五五、“强直强交强直强交”特高压电网的构建分析特高压电网的构建分析 l（3 3）特高压直流双极闭锁后，由于大量功率转移使）特高压直流双极闭锁后，由于大量功率转移使得交流系统无功损耗增加，引起受端电网电压较正常得交流系统无功损耗增加，引起受端电网电压较正常水平偏低，但仍然能够满足事故后紧急运行的要求。水平偏低，但仍然能够满足事故后紧急运行的要求。通过建设坚强的特高压受端电网可以为特高压直流提通过建设坚强的特高压受端电网可以为特高压直流提供可靠的电压支撑；此外，还可以通过装设无功补偿供可靠的电压支撑；此外，还可以通过装设无功补偿设备和建立电压无功自动控制系统等手段，改善故障设备和建立电压无功自动控制系统等手段，改善故障后系统的电压水平。后系统的电压水平。l（4 4）受端特高压交流线路和直流逆变站交流出线发生）受端特高压交流线路和直流逆变站交流出线发生三相短路等严重故障时，会导致多条直流同时换相失三相短路等严重故障时，会导致多条直流同时换相失败，个别故障会引起全部直流换相失败，但故障清除败，个别故障会引起全部直流换相失败，但故障清除后直流输电系统能够恢复正常运行，整个系统也能保后直流输电系统能够恢复正常运行，整个系统也能保持稳定运行。持稳定运行。五、“强直强交”特高压电网的构建分析 （3）特高压直流双极46五五、“强直强交强直强交”特高压电网的构建分析特高压电网的构建分析 l（5 5）按照直流输电系统的技术规范，直流输）按照直流输电系统的技术规范，直流输电系统具有电系统具有1010的长期过载能力。因此，一回的长期过载能力。因此，一回特高压直流双极闭锁后，其他多回直流可以持特高压直流双极闭锁后，其他多回直流可以持续过载运行。利用特高压直流输电系统的这一续过载运行。利用特高压直流输电系统的这一能力，可以发挥多回特高压直流之间协调控制能力，可以发挥多回特高压直流之间协调控制和紧急功率支援的作用，有助于在系统故障时和紧急功率支援的作用，有助于在系统故障时减少送端切机数量，避免向交流通道大规模地减少送端切机数量，避免向交流通道大规模地转移功率，从而减轻交流输电通道的压力，提转移功率，从而减轻交流输电通道的压力，提高系统的安全稳定水平。高系统的安全稳定水平。五、“强直强交”特高压电网的构建分析 （5）按照直流输电系47五五、“强直强交强直强交”特高压电网的构建分析特高压电网的构建分析 l仿真试验和计算分析的结果表明：西南水电采仿真试验和计算分析的结果表明：西南水电采用特高压交直流并列运行的输电方案在技术上用特高压交直流并列运行的输电方案在技术上是可行的，能够满足是可行的，能够满足“电力系统安全稳定导则电力系统安全稳定导则”的要求。的要求。l因此，在西部电源基地外送中采用特高压交流因此，在西部电源基地外送中采用特高压交流与与800800千伏级直流相互配合，形成千伏级直流相互配合，形成“强直强交强直强交”并列输电结构，可以减少对送端发电机组和并列输电结构，可以减少对送端发电机组和电网的冲击，可为西电东送提供多样化的选择，电网的冲击，可为西电东送提供多样化的选择，将有助于改善我国的电网结构，提高输电系统将有助于改善我国的电网结构，提高输电系统的安全可靠性。的安全可靠性。五、“强直强交”特高压电网的构建分析 仿真试验和计算分析的结48五五、“强直强交强直强交”特高压电网的构建分析特高压电网的构建分析 为了构建坚强的特高压交直流混合输电系统，为了构建坚强的特高压交直流混合输电系统，需要采取以下综合技术措施：需要采取以下综合技术措施：l（1 1）加强主通道网架结构，避免弱交流强直流）加强主通道网架结构，避免弱交流强直流状况，同时加强具有中间支撑作用的电网的网状况，同时加强具有中间支撑作用的电网的网架结构。架结构。l（2 2）规划设计中的主力电厂，特别是交流输电）规划设计中的主力电厂，特别是交流输电通道附近的电厂，应考虑接入交流主网架，以通道附近的电厂，应考虑接入交流主网架，以增强交流系统的动态无功支撑能力，从而增加增强交流系统的动态无功支撑能力，从而增加承受直流功率转移的能力。承受直流功率转移的能力。五、“强直强交”特高压电网的构建分析 为了构建坚强49五五、“强直强交强直强交”特高压电网的构建分析特高压电网的构建分析 l（3 3）研究整个电网的动态稳定特性，找出电网）研究整个电网的动态稳定特性，找出电网中存在的薄弱环节和振荡失稳模式，并考虑通中存在的薄弱环节和振荡失稳模式，并考虑通过发电机组过发电机组PSSPSS的优化配置和利用直流调制等功的优化配置和利用直流调制等功能来抑制系统的低频振荡。能来抑制系统的低频振荡。l（4 4）预测系统负荷增长情况，确定正常和检修）预测系统负荷增长情况，确定正常和检修方式下合理的安全稳定域。对特殊运行方式，方式下合理的安全稳定域。对特殊运行方式，如交如交/直流分列、直流孤岛及多元件停运方式的直流分列、直流孤岛及多元件停运方式的安全稳定域进行校核计算。安全稳定域进行校核计算。五、“强直强交”特高压电网的构建分析（3）研究整个电网的动50五五、“强直强交强直强交”特高压电网的构建分析特高压电网的构建分析 l（5 5）对输电通道中间电网和受端电网的无功）对输电通道中间电网和受端电网的无功/电压问题进行研究，加强无功和电压支撑能力，电压问题进行研究，加强无功和电压支撑能力，提高系统的电压稳定性。提高系统的电压稳定性。l（6 6）根据特高压交直流输电系统的实际情况，）根据特高压交直流输电系统的实际情况，配置合适的安全稳定控制系统，为及时采取安配置合适的安全稳定控制系统，为及时采取安全稳定控制措施创造条件，其主要功能包括：全稳定控制措施创造条件，其主要功能包括：直流功率调制和紧急功率提升或回降；根据故直流功率调制和紧急功率提升或回降；根据故障形态切除不同容量送端发电机组；根据故障障形态切除不同容量送端发电机组；根据故障形态确定和执行不同的解列电网方案等等。形态确定和执行不同的解列电网方案等等。五、“强直强交”特高压电网的构建分析（5）对输电通道中间电51谢谢！谢谢！52