特高压直流输电技术课件

特高特高压直流直流输电技技术特高压直流输电技术特高压直流输电技术 一、直流输电技术发展历程一、直流输电技术发展历程一、直流输电技术发展历程一、直流输电技术发展历程 二、直流输电技术基本原理二、直流输电技术基本原理二、直流输电技术基本原理二、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三、特高压直流输电技术应用与实践三、特高压直流输电技术应用与实践三、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四、直流输电技术发展趋势四、直流输电技术发展趋势四、直流输电技术发展趋势 2 一、直流输电技术发展历程一、直流输电技术发展历程一、直流输电技术发展历程一、直流输电技术发展历程 （一）电的时间简史（一）电的时间简史 （二）直流输电的兴起（二）直流输电的兴起 （三）直流输电的发展（三）直流输电的发展 3 电是人类文明和社会进步的象征电是人类文明和社会进步的象征,与我们的生活息息相关。与我们的生活息息相关。生活，因为电力而绚丽！生活，因为电力而绚丽！（一）电的时间简史感恩与回顾：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；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？电的时间简史谁为我们带来了这样的奇迹？电的时间简史4 1.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。2.1600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。3.3.17291729年，英国人格雷确定物质可分为导体和绝缘体两部分。年，英国人格雷确定物质可分为导体和绝缘体两部分。4.1747年，富兰克林发表电单流质理论，提出正电和负电概念。5.1752年，富兰克林作风筝试验，引天电到地面。6.6.18201820年，奧斯特年，奧斯特发现导线通电产生磁效应发现导线通电产生磁效应。7.1826年，欧姆提出欧姆定律。8.8.18311831年，法拉第年，法拉第发现电磁感应现象。发现电磁感应现象。9.9.18401840年，焦耳年，焦耳和楞次从电流和楞次从电流的的热效应发现所产生热效应发现所产生的的热量与电流热量与电流的平方、的平方、电电阻及阻及时间时间成正比，成正比，称称焦耳焦耳-楞次定律。楞次定律。（一）电的时间简史510.10.18641864年，年，麦麦克斯克斯韦韦提出提出电磁场电磁场的基本方程的基本方程组组(后称为麦克斯韦后称为麦克斯韦方程方程组组)，并推断电磁波的存在，奠定了电磁场理论的并推断电磁波的存在，奠定了电磁场理论的基础基础。11.1879年，爱迪生研制成功电灯（直流）。12.1882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。13.13.1882 1882 年，爱迪生建成世界上第一座发电厂（直流）。年，爱迪生建成世界上第一座发电厂（直流）。14.1885 年，制成交流发电机和变压器。15.15.1886 1886 年，建成第一个单相交流送电系统。年，建成第一个单相交流送电系统。16.1888 年,制成交流感应式电动机。17.17.1891 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。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6n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）。n1888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。n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。n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。n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、损耗少没有运行稳定问题；线路造价低、损耗少，不存在无功问题，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18311831年年18701870年年18911891年年19541954年年20102010年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 1）汞弧阀时代）汞弧阀时代（2 2）晶闸管换流阀时代）晶闸管换流阀时代（3 3）新型半导体）新型半导体IGBTIGBT的应用的应用10（三）直流输电的发展11哥特兰岛（哥特兰岛（GotlandGotland）直流工程）直流工程1954年，由瑞典ASEA承建的瑞典哥特兰岛直流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。世界上第一个工业性直流输电工程（直流电压为世界上第一个工业性直流输电工程（直流电压为100kV100kV，输，输送功率为送功率为20MW20MW）12n 世界上共有1212项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)汞弧阀的工程应用汞弧阀的工程应用13（三）直流输电的发展14晶闸管换流阀的工程应用晶闸管换流阀的工程应用n首首个采用晶闸管阀的工程个采用晶闸管阀的工程哥特兰岛直流扩建工程哥特兰岛直流扩建工程（直流电压直流电压50kV50kV，输送功率，输送功率10MW10MW）n首首个个全部全部采用采用晶闸管换流阀的直流晶闸管换流阀的直流工程工程加拿大依尔河直流工程加拿大依尔河直流工程（直流电压直流电压80kV80kV，输送，输送功率功率320MW320MW）n国外国外输送容量输送容量最大的工程最大的工程巴西伊泰普直流工程巴西伊泰普直流工程（直流电压直流电压600kV600kV，两回两回输送功率输送功率共共6300MW6300MW，线路全长，线路全长1590km1590km）n国内国内输送容量输送容量最大的工程最大的工程向家向家坝至坝至上海特高压直流工程上海特高压直流工程（直流电压直流电压800kV800kV，额定额定功率功率6400MW6400MW，最大，最大连续输送功率连续输送功率7000MW7000MW，线路全长线路全长1907km1907km）1516（三）直流输电的发展17世界直流输电技术发展世界直流输电技术发展（三）直流输电的发展准东准东-成都工程，成都工程，1000万千瓦万千瓦18阿根廷阿根廷-巴西巴西 I&II(I&II(加勒比加勒比CCC)CCC)采用电容换相换流器（CCC）的背靠背直流工程，额定容量2 x 1100 MW，2000/2002年投运。不同电压等级、不同频率异步联网(500 kV,50 Hz/525 kV,60 Hz)19瑞典波兰瑞典波兰直流联网工程直流联网工程典型单级电缆直流输电工程245 km600 MW450 kV20魁北克魁北克新英格兰新英格兰,加拿大加拿大-美国美国直流输电工程直流输电工程HVDC Classic双极系统双极系统(多端多端)架空线架空线,1480 km2000 MW+450 kV21Sao PauloBrasiliaAtlantic Oceann投运投运:1987n传输功率传输功率:2*3100 MWn直流电压直流电压:600 kVn传输距离传输距离:800 km巴西伊泰普直流输电工程巴西伊泰普直流输电工程22.10 x700 MW10 x700 MW50 Hz50 HzBIPOLE 1BIPOLE 1BIPOLE 2BIPOLE 2500 kV500 kV345 kV345 kV.10 x700 MW10 x700 MW60 Hz60 Hz伊泰普电厂伊泰普电厂伊泰普电厂伊泰普电厂 14,000 MW 14,000 MW500 kV500 kV 750 kV750 kV4T4T500 kV500 kV南部系统南部系统南部系统南部系统南部系统南部系统345 kV345 kV500 kV500 kV2T2T2T2TF.IGUAUF.IGUAUIVAIPORIVAIPORITABERITABERT.PRETOT.PRETO东南部系统东南部系统东南部系统东南部系统东南部系统东南部系统+/-600 kV+/-600 kV2T2T南部东南部互联系统南部东南部互联系统南部东南部互联系统南部东南部互联系统伊泰普输电系统伊泰普输电系统交直流系统交直流系统23600kV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巴西伊泰普直流输电工程24黑河工程黑河工程,中俄联网中俄联网,75万千瓦万千瓦,已投已投运运 高岭工程高岭工程,2*75万千瓦万千瓦,1期已投运，期已投运，二期在建。二期在建。灵宝工程灵宝工程,111万千瓦万千瓦,已投运已投运.背靠背工程背靠背工程25呼辽工程呼辽工程,300万千瓦万千瓦,908公里公里,已已投运。投运。德宝工程德宝工程,300万千瓦万千瓦,908公里公里,已已投运。投运。三上、三常、三沪、三沪三上、三常、三沪、三沪II工程工程 300万千瓦万千瓦,葛上工程葛上工程,120万千瓦万千瓦,约约1000公里公里,1990-2011年陆续投运。年陆续投运。三广工程三广工程,300万千瓦，已投运。万千瓦，已投运。青藏工程青藏工程,60万千瓦万千瓦,1038公里公里,已已投运。投运。500kV500kV及以下直流工程及以下直流工程26宁东-山东 660kV直流工程，4000MW,1335km,2011年2月投运。660kV660kV直流工程直流工程27向家坝向家坝-上海上海,640万千瓦万千瓦,1,907公公里里,水电送出，已投运水电送出，已投运哈密哈密-郑州郑州,800万千瓦万千瓦,2,210公里公里,火电送出，已开工。火电送出，已开工。锦屏锦屏-苏南苏南,720万千瓦万千瓦,2,097公里公里,水电送出，双极低端已经投产，今水电送出，双极低端已经投产，今年年底全部投产。年年底全部投产。溪洛渡溪洛渡-浙西浙西,800万千瓦万千瓦,1,669公公里里,水电送出，已开工水电送出，已开工800kV800kV直流工程直流工程28上海南汇风电场柔性直流输电工程上海南汇风电场柔性直流输电工程29截止目前，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“中国创造中国创造”和“中国引领中国引领”。30中国已投运直流工程中国已投运直流工程工程名称工程名称直流电压直流电压输送容量输送容量输送距离输送距离投运时间投运时间投资方投资方葛南直流500kV1200MW1045km1990国网天广直流500kV1800MW960km2001南网三常直流500kV3000MW860km2003国网贵广I回500kV3000MW899km2004南网三广直流500kV3000MW975km2004国网灵宝背靠背及其扩建120/167kV360+750MW02005/2009国网三沪直流500kV3000MW1048.6km2006国网贵广II回500kV3000MW1225km2007南网高岭背靠背125kV750MW02008国网德宝直流500kV3000MW574km2009国网呼辽直流500kV3000MW908km2010国网云广直流800kV5000MW1437km2010南网向上直流800kV6400MW1907km2010国网宁东直流660kV4000MW1335km2011国网三沪II回500kV3000MW1106km2011国网青藏直流400kV600MW1038km2011国网南汇风电场柔性直流30kV20MW8.4km2011国网黑河背靠背125kV750MW02011国网31“十二五十二五”直流输电工程直流输电工程序号序号项目项目起点起点落点落点电压等级电压等级（千伏）（千伏）输送容量输送容量(万千瓦万千瓦)长度长度（公里）（公里）1锦屏苏南锦屏苏南80072020832高岭背靠背高岭高岭1257503哈密河南哈密郑州80076022104溪洛渡浙江溪洛渡浙西80076016805宝清唐山宝清唐山80076015006酒泉湖南酒泉湘潭80076023007呼盟山东呼盟青州80076016008陕西山东彬长临沂80076012009哈密北重庆哈密重庆800760230010宁东-浙江宁东绍兴800760200011锡盟江苏锡盟泰州800760160012蒙西湖北蒙西武汉800760145013陇东江西陇东新余800760140014准东成都准东成都11001050268732 二、直流输电技术基本原理二、直流输电技术基本原理二、直流输电技术基本原理二、直流输电技术基本原理 （一）直流输电技术的原理（一）直流输电技术的原理 （二）直流输电技术的分类（二）直流输电技术的分类 （三）直流输电技术的特点（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交流场交流场换流变压器换流变压器换流阀换流阀交流电交流电交流电交流电交流电交流电交流电交流电直流电直流电交流场交流场换流变压器换流变压器换流阀换流阀交流电交流电交流电交流电交流电交流电交流电交流电直流电直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常规高压直流工程原理图换流母线换流母线交流系交流系统统 I无功补偿设无功补偿设备备交交 流滤流滤波器波器直流线路直流线路Vd I 换流站换流站I平波电抗器平波电抗器直流滤波直流滤波器器桥桥I换流母线换流母线换流变压换流变压器器断路器断路器桥桥II图图1.1 HVDC原理图原理图换流站换流站II 交流系统交流系统 I I无功补偿设无功补偿设备备交交 流滤流滤波器波器换流变压换流变压器器Vd II 断路器断路器38+800kV DC500kV AC400kV400kV-800kV DC500kV AC400kV400kV800kV特高压直流工程原理图39 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。41n线路造价低；n输电损耗小；n输送容量大；n限制短路电流；n线路故障时的自防护能力强；n节省线路走廊；n实现非同步电网互联；n功率调节控制灵活；n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42n换流设备较昂贵；n消耗无功功率多；n产生谐波影响；n换流器过载能力低；n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；n缺乏直流开关；n不能用变压器来改变电压等级。直流输电的缺点43n高电压、远距离、大容量输电；n跨海送电；n不同频率电网联网或相同频率电网非同步联网；n由地下电缆向大城市供电；n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；n配合新能源输电。直流输电适用场合直流输电适用场合44n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。n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0建设建设费用费用输电距离输电距离线路等价距离线路等价距离变电站建设费用变电站建设费用换流站建设费用换流站建设费用线路等价距离线路等价距离交流架空线路交流架空线路直流架空线路直流架空线路换流站国产化水平换流站国产化水平提高后直流架空线提高后直流架空线路路通道清理费用上涨通道清理费用上涨后交流架空线路后交流架空线路通道清理费用上涨通道清理费用上涨后直流架空线路后直流架空线路45 三、特高压直流输电技术应用与实践三、特高压直流输电技术应用与实践三、特高压直流输电技术应用与实践三、特高压直流输电技术应用与实践 （一）直流工程建设选择（一）直流工程建设选择 （二）发展特高压的必要性（二）发展特高压的必要性 （三）我国特高压直流技术实践成就（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（四）国际特高压直流技术应用前景 46为何想起用直流：n输送一定距离，陆地500公里以上，海底20公里以上；n中间没有接入要求；n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：n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）。n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）。n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。n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不同电压等级直流输电功率损耗率不同电压等级直流输电功率损耗率500kV500kV约4.2%约2.0%约8.2%800kV800kV1100kV1100kV（每千公里）提高电压的意义提高电压的意义49交流系统接入什么电压等级：n一般大容量直流接入送受端主网架，目前交流侧最高为500kV.n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。5010.6%10.6%5.2%5.2%8.2%8.2%亿千瓦时亿千瓦时全社会用电量全社会用电量11.8%11.8%5.2%5.2%8.5%8.5%万千瓦万千瓦最大负荷最大负荷13.6%13.6%4.1%4.1%8%8%万千瓦万千瓦全国装机全国装机（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一是满足经济社会发展对电力的需求51我国能源资源分布图我国能源资源分布图西藏西藏台湾煤炭资源煤炭资源水能资源水能资源负荷中心负荷中心华中华中西北西北南方华东华东华北华北东北东北风电基地风电基地二是促进能源资源更大范围优化配置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西 部部 地地 区区中中部部地地区区东北地区东北地区东东部部地地区区20092009年年 43.843.820202020年年 45.845.820302030年年 48.248.220092009年年 10.810.820202020年年 10.510.520302030年年 10.010.020092009年年 24.024.020202020年年 22.422.420302030年年 20.820.820092009年年 21.421.420202020年年 21.221.220302030年年 21.021.0未来能源需求增量未来能源需求增量主要转向东部地区主要转向东部地区200920092009200920202020202020202030203020302030西部西部西部西部7.447.447.447.4410.0810.0810.0810.0811.2311.2311.2311.23中部中部中部中部6.636.636.636.639.549.549.549.5411.3411.3411.3411.34东北东北东北东北3.353.353.353.354.734.734.734.735.405.405.405.40东部东部东部东部13.5813.5813.5813.5820.6120.6120.6120.6126.0326.0326.0326.03亿吨标煤亿吨标煤53西西 部部 地地 区区中中部部地地区区东北地区东北地区东东部部地地区区2009年年 13.62020年年 12.02030年年 10.0能源生产重心逐渐西移2009年年 8.52020年年 8.22030年年 8.02009年年 47.72020年年 49.82030年年 52.02009年年 30.22020年年 30.02030年年 30.0未来能源产量增量未来能源产量增量转向西部地区转向西部地区200920092020202020302030西部西部13.1213.1218.6018.6022.4622.46中部中部8.318.3111.2111.2112.9612.96东北东北2.342.343.063.063.463.46东部东部3.743.744.484.484.324.32亿吨标煤亿吨标煤54 控制东部、稳定中部、发展西部55核电7.1%水电其他可再生煤炭 58.0%18.5%石油8.8%天然气 4.8%2.8%2020年20082008年年煤炭68.7%核电6.6%水电其他可再生 18.0%石油3.8%天然气 2.0%0.9%我国一次能源储量情况我国一次能源储量情况总量总量 占世界比重占世界比重 世界排位世界排位 水能水能(可开发总量，亿千瓦可开发总量，亿千瓦)4 417%17%1 1 煤炭煤炭(可采储量，亿吨可采储量，亿吨)2020202012.6%12.6%2 2 石油石油(探明储量，亿吨探明储量，亿吨)23 23 1.3%1.3%10 10 天然气天然气(探明储量，万亿立方米探明储量，万亿立方米)2.23 2.23 1.3%1.3%22 22 三是推动清洁能源的规模开发和利用三是推动清洁能源的规模开发和利用56十三大水电基地十三大水电基地东东 北北西西 北北南南 方方西西 藏藏哈密哈密酒泉酒泉吉林吉林江苏江苏河北河北蒙西蒙西蒙东蒙东“三华三华”受受端端电网电网辽宁辽宁大型风电基地分布大型风电基地分布太阳能辐射量区域分布太阳能辐射量区域分布57 疆电外送。新疆地区煤炭和风能资源蕴藏丰富，是我国的重要能源基地。仅哈密地区预测储量就达3638亿吨，已探明储量373亿吨，新疆“九大风区”中有三个位于哈密，技术开发容量达25635万千瓦，根据发展规划，“十二五”期间新疆将新增水电装机240万千瓦，风电760万千瓦，火电3446万千瓦。准东准东成都成都哈密哈密重庆重庆郑州郑州58四是推进节能减排目标实现四是推进节能减排目标实现单位：单位：gS/m2.a41.640.81.60.20.80.010.20.01 59 五是促进不同区域协调发展五是促进不同区域协调发展 通过特高压电网将煤电基地的电力输送到中东部地区，到网电价低于当地煤电平均上网电价，有利于中东部地区节约土地资源、减小环保压力、实现可持续发展，有利于西北部地区将资源优势转化为经济优势，推动区域经济协调发展。六是巩固我国在国际电工领域的领先地位六是巩固我国在国际电工领域的领先地位 特高压电网的建设实践和市场机遇，将进一步提升我国电力技术的国际竞争力和电工装备制造业的创新发展实力。有利于推动我国电力和设备“走出去”，占领世界市场，实现投资、出口双拉动，实现从电力大国向电力强国的转变。60大煤电大水电大型可再生能源基地大核电特高压特高压特高压特高压一特四大一特四大一特四大一特四大61电压等级越高，技术难度就越大。特高压直流代表了国际高压直流输电的最高水平，研发工作极具挑战性。电压等级越高，技术难度就越大。特高压直流代表了国际高压直流输电的最高水平，研发工作极具挑战性。800千伏特高压直流输电技术为中国首次提出，国际上没有可供借鉴的经验和标准，更没有现成的设备。按照“科学论证、示范先行、自主创新、扎实推进”的原则，国家电网公司在“十一五”期间全面开展了特高压直流输电技术研究，通过产学研联合攻关，大力开展自主创新，在五个方面取得了重大突破。（三）我国特高压直流技术实践成就621、建成了世界一流的特高压直流试验研究体系 (三基地、两中心)特高压直流试验基地 高海拔试验基地 特高压工程力学试验基地 国家电网仿真中心 特高压直流输电工程成套设计研发(实验)中心63特高压直流试验基地（北京）特高压工程力学试验基地（河北霸州）高海拔试验基地（西藏）国家电网仿真中心（北京）国家能源特高压直流输电工程成套设计研发中心（北京）64 开展130项特高压直流输电关键技术研究 攻克全新电压等级面临的关键难题申请专利260项专利（其中发明专利108项），已获授权专利129项（其中发明专利25项）创造了60多项世界纪录2、在世界上率先掌握了800千伏特高压直流输电技术653、在世界上率先研制成功800千伏特高压直流设备 掌握了特高压直流设备制造核心技术 刷新了世界高压直流设备性能参数主要纪录 国内电工装备制造业实现全面产业升级 国内高压输变电设备制造达到国际先进水平66世界上首次研制成功电压最高、容量最大首次研制成功电压最高、容量最大的直流换流变压器特高压换流变压器特高压换流变压器67 特高压换流变压器：特高压换流变压器：n重要性：直流工程中的最重要设备，设备价格的重要性：直流工程中的最重要设备，设备价格的4040；n型式：型式：单相双绕组单相双绕组、单相三绕组、三相双绕组、三相三绕组；、单相三绕组、三相双绕组、三相三绕组；n容量：以常用的单相双绕组为例，约为换流器容量容量：以常用的单相双绕组为例，约为换流器容量0.20.2；n构造：最好的结构是单相双柱，两个绕组柱并联，因运输限制也有采用三柱并联的结构；构造：最好的结构是单相双柱，两个绕组柱并联，因运输限制也有采用三柱并联的结构；n难点：套管、出线装置、成型绝缘件难点：套管、出线装置、成型绝缘件68两种型式两种型式800kV800kV换流变换流变n换流变研制主要难点：换流变研制主要难点：绝缘结构复杂，需要同时耐受交直流；绝缘结构复杂，需要同时耐受交直流；发热和冷却复杂；发热和冷却复杂；直流侧绕不能从线圈中部出线；直流侧绕不能从线圈中部出线；调压级数多；调压级数多；出线结构十分复杂；出线结构十分复杂；尺寸大，重量大。尺寸大，重量大。691000kV1000kV、750kV750kV交流变压器交流变压器70换流变采用可移动式换流变采用可移动式Box-inBox-in方案方案高端高端换流流变“Box-in”方案效果方案效果图71世界上首次研制成功代表直流输电技术升级换代的的6英寸晶闸管6 6英寸晶闸管英寸晶闸管72特高压换流阀特高压换流阀世界上首次研制成功电压最高、容量最大的换流阀晶闸管晶闸管阀组件阀组件阀塔阀塔阀厅阀厅73特高压干式平波电抗器特高压干式平波电抗器世界上首次研制成功电压最高、通流能力最强的干式平波电抗器74特高压直流场设备特高压直流场设备主要品种：主要品种：穿墙套管、平波电抗器、直流滤波器、隔离开关、接地开关、直流电流测量装置、直流电压测量装置、穿墙套管、平波电抗器、直流滤波器、隔离开关、接地开关、直流电流测量装置、直流电压测量装置、RIRI滤滤波电容、各种避雷器等。波电容、各种避雷器等。75n控制保护是全数字的，分层控制；控制保护是全数字的，分层控制；n主要特点：采用分布式控制，由主要特点：采用分布式控制，由LANLAN进行相互通信，主要由常用微机进行相互通信，主要由常用微机CPUCPU和和DSPDSP作为处理器；作为处理器；n多重化结构，控制两套，同时运行，一主一备，保护可采用多重化结构，控制两套，同时运行，一主一备，保护可采用3 3取取2 2。控制保护系统控制保护系统76n辅助系统的分类：水系统、站用电系统、空调通风系统；辅助系统的分类：水系统、站用电系统、空调通风系统；n水系统：质量和可靠性；水系统：质量和可靠性；n站用电系统：可靠性要求极高，典型结构；站用电系统：可靠性要求极高，典型结构；n空调通风系统：保持温度、湿度的稳定，降低灰尘对控制保护的可靠性十分关键，控制保护又决定工程可靠性。空调通风系统：保持温度、湿度的稳定，降低灰尘对控制保护的可靠性十分关键，控制保护又决定工程可靠性。辅助系统辅助系统77建立了包括5大类、123项标准的800千伏特高压直流输电技术标准体系，已发布行业标准10项、企业标准62项，正在编制国际标准4项。国际电工委员会（IEC）将高压直流输电新技术委员会(TC115)秘书处设在中国，提升了我国在国际电工领域的话语权。4、在世界上率先建立了特高压直流技术标准体系78 向家坝上海800千伏特高压直流输电示范工程起于四川宜宾复龙换流站，止于上海奉贤换流站，途经四川、重庆、湖南、湖北、安徽、浙江、江苏、上海八省市，线路全长1907公里,额定输送功率640万千瓦，最大连续输送功率达700万千瓦。是世界上电压等级最高、输送容量最大、送电距离最远、技术水平最先进的高压直流输电工程。5、建成了代表国际高压直流输电技术最高水平的特高压直流输电示范工程79复复 龙龙 换换 流流 站站低端阀厅和低端阀厅和换流变换流变站前区站前区交流场交流场交流滤波器交流滤波器高端阀厅和高端阀厅和换流变换流变直流场直流场80奉奉 贤贤 换换 流流 站站81线路全长1907公里，采用6720mm2导线，全线共有3939基铁塔。82 特高压直流示范工程于2007年4月获得国家核准，2007年12月开工建设，2010年7月建成投运。工程投运以来已稳定运行超过2年，可靠性和电磁环境指标优于常规500千伏直流工程，已向上海地区输送清洁水电约147亿千瓦时，有效保证了上海世博会供电和迎峰度夏。明年将满负荷运行。83 特高压直流示范工程与常规直流工程技术经济比较特高压直流示范工程与常规直流工程技术经济比较工程名称工程名称电压等级电压等级（千伏）（千伏）输电距离输电距离（公里）（公里）额定功率额定功率(万千瓦万千瓦)单位容量单位长度综单位容量单位长度综合投资合投资(万元万元/（万千（万千瓦瓦*百公里）百公里）)单位电量单位长度年费用单位电量单位长度年费用 (元元/(/(万千瓦时万千瓦时*百公里百公里)输电损耗率输电损耗率(每千公里每千公里)向上工程向上工程800190764016539.63.5%呼辽工程呼辽工程50090830021657.96.6%提高提高2.132.13倍倍24%32%47%提高提高2.12.1倍倍提高提高1.61.6倍倍电压电压距离距离功率功率单位投资单位投资运行费用运行费用输电损耗率输电损耗率842009年7月16日，美国能源部部长朱棣文和商务部部长骆家辉到国家电网公司了解特高压直流输电示范工程情况。2010年4月2日，美国参议院能源与自然委员会主席杰夫.宾格曼先生参观奉贤换流站。2010年7月5日，巴西矿业和能源部部长巴西奥齐摩尔曼先生在国家发改委副主任张国宝的陪同下参观奉贤换流站。2010年9月25日，江泽民、曾培炎等到国家电网公司视察特高压工程情况。85 国际大电网会议、国际电工委员会、国际电气电子工程师学会等权威国际组织认为该工程是：世界电气工程领域具有重要意义的成功为国际特高压输电技术发展作出了重大贡献无论对中国还是世界都有重要意义世界电力工业发展史上的重要里程碑86印度800kV多端特高压直流输电工程。印度东北部水力资源丰富,分散;采用两个800千伏特高压直流送出;送往南方班加罗尔是端对端特高压直流;送往西部阿格拉采用多端特高压直流;线路总长2100公里;送端两个换流站之间距离为432公里。（四）国际特高压直流技术应用前景87印度查姆帕克鲁克什800kV特直流输电工程。工程的主要目的是把印度西部电网查姆帕（CHAMPA）附近的电力输送到首都德里附近的克鲁克什特(KURUKSHETRA)。本期输送容量3000MW,远期6000MW,业主为印度电网公司。88Belo Monte4000MW7000MW巴西美利山直流送出工程。美丽山水电站（Belo Monte）位于巴西西北部帕拉州的亚马孙雨林腹地辛古河上，设计装机容量1100万千瓦，是巴西第二大水电站，世界第三大水电站。水电站招标已于2010年4月完成，与之配套的水电站送出工程目前正处于方案论证阶段，该工程包含至巴西东南部电网送电（7000MW）和东北部电网送电（4000MW）两项输变电工程，特高压直流是重要备选方案。89 四、直流输电技术发展趋势四、直流输电技术发展趋势四、直流输电技术发展趋势四、直流输电技术发展趋势 （一）（一）800kV800kV直流技术持续改进直流技术持续改进 （二）（二）1100kV1100kV特高压直流技术特高压直流技术 （三）多端特高压直流技术（三）多端特高压直流技术 （四）柔性直流输电技术（四）柔性直流输电技术 90n容量的增加容量的增加：500万、640万、720万、800万千瓦;n损耗的降低：损耗的降低：900mm2、1000mm2、1250mm2导线的开发应用；n可靠性的持续提高：可靠性的持续提高：一次设备：规范、制造、安装、维护 二次设备：不必要的跳闸回路 辅助系统：水、站用电、空调、防尘n标准化：标准化：国内的标准化建设，国际标准化（一）800kV直流技术持续改进91800kV800kV直流提升输送容量直流提升输送容量p单回工程输送能力强。单回工程输送能力强。p节省线路走廊资源。节省线路走廊资源。同塔双回特高压直流输电技术同塔双回特高压直流输电技术93（二）1100kV特高压直流输电技术输送容量超过1000万千瓦，输送距离最大可达4000公里以上。n主接线采用双换流器串联（550+550）kVn额定功率1000万千瓦n输电线路采用81000mm2大截面导线n换流变压器阻抗约24%94依托工程概况和技术特点依托工程概况和技术特点n额定电压额定电压n11001100千伏千伏n额定电流额定电流n47504750安培安培n额定输送功率额定输送功率n10451045万千瓦万千瓦n依托工程依托工程n准东准东-重庆重庆n输电距离输电距离n26872687公里公里准东准东重庆重庆95高端阀厅尺寸高端阀厅尺寸1100千伏千伏:108米米42米米40米米800千伏千伏:86米米32米米26米米500千伏千伏:56米米22米米18米米96线路铁塔参数线路铁塔参数800千伏1100千伏63吨112 吨78米65米97关键技术关键技术n设备绝缘水平设备绝缘水平n电磁环境电磁环境标标幺幺值值n污秽外绝缘污秽外绝缘n空气间隙空气间隙98n直流侧额定电压比800kV提升37.5%n交流侧接入750/1000kV系统n尺寸超出运输极限n现场组装换流变压器关键设备关键设备换流变压器换流变压器模型样机型式模型样机型式99特高压直流换流变压器结构特高压直流换流变压器结构750750千伏交流变压器结构千伏交流变压器结构端部出线装置端部出线装置机械问题机械问题交流侧交流侧750/1000750/1000千伏千伏100工厂工序工厂工序线圈绕制线圈绕制线圈组装线圈组装线圈运输线圈运输换流站现场工序（极换流站现场工序（极2 2高端阀厅）高端阀厅）铁芯叠制铁芯叠制器身组装器身组装器身入箱器身入箱工艺处理、试验工艺处理、试验换流站现场组装技术换流站现场组装技术101绝缘材料存储绝缘材料存储辅控楼辅控楼直流场直流场换流变广场换流变广场铁芯叠装铁芯叠装器身组装器身组装线圈套线圈套装装总装和工艺处理总装和工艺处理试验完毕的换流变试验完毕的换流变极极2高端阀厅高端阀厅干干燥燥炉炉滤滤油油机机电电容容器器电电容容器器试验试验&检修厂房检修厂房干燥干燥直流电压发直流电压发生器生器串联谐振试串联谐振试验装置验装置冲击电压发冲击电压发生器生器 交流场交流场试试验验电电源源102n耐受世界最高水平直流稳态电压、雷电和操作冲击过电压。n具备世界上最强的通流能力。n需解决长度增加、尺寸变大带来的机械强度问题。n需研制同时满足外绝缘和机械强度要求的复合绝缘外套。800kV800kV穿墙套管穿墙套管1818米长，重米长，重7 7吨吨1100kV1100kV穿墙套管穿墙套管24.724.7米长，重米长，重17.517.5吨吨关键设备关键设备穿墙套管穿墙套管103换流变模型样机和穿墙套管样机换流变模型样机和穿墙套管样机6 6月完成型式试验。月完成型式试验。西门子：升高座绝缘装置西门子：升高座绝缘装置阿尔斯通：线圈模型阿尔斯通：线圈模型ABB：换流变阀侧套管组装完毕：换流变阀侧套管组装完毕西门子：阀侧套管芯体工艺处理西门子：阀侧套管芯体工艺处理104多端直流输电多端直流输电 由多于两个互相独立的换流站和互联的直流线路组成的直流输电系统。优点优点 能够实现多电源供电、多落点受电，提供一种更为灵活、快捷的输电方式。（三）多端直流输电技术（三）多端直流输电技术105两端特高压直流输电的不足输送输送700700万万10001000万千瓦万千瓦n汇聚功率困难（和特大型电站配套无此问题）n超大功率在一点注入交流系统，支撑要求高，局部交流网架密集n存在部分功率通过交流系统折返到来电方向，增加损耗n严重故障对系统冲击大一点对一点一点对一点106特高压直流换流站原理接线图DCDC 滤波器滤波器DCDC 滤波器滤波器特高压直流母线特高压直流母线高压交流母线高压交流母线特高压直流母线特高压直流母线曾经考虑过把共用的交流母曾经考虑过把共用的交流母线分段，以增加可靠性线分段，以增加可靠性最大的特点最大的特点:4 4个标准模块；个标准模块；可以独立运行。可以独立运行。107中压线路低端换流站高端换流站多端特高压直流输电构想108多起点多落点特高压直流输电送端送端2 2起点，受端起点，受端2 2落点落点送端送端4 4起点，受端起点，受端4 4落点落点送端送端3 3起点，受端起点，受端3 3落点落点送端送端3 3起点，受端起点，受端4 4落点落点最可能率先应用的为单起点，双落点；或者是双起点，单落点109l柔性直流（柔性直流（HVDC Light）是为采用地下或水下输电而设计的最新的输电系统，也可适合于远距离输电。该技术）是为采用地下或水下输电而设计的最新的输电系统，也可适合于远距离输电。该技术提供了很多对环境的好处，包括提供了很多对环境的好处，包括电力线路不可见，中性的电磁场，干式电缆和紧凑型的换流站电力线路不可见，中性的电磁场，干式电缆和紧凑型的换流站。轻型直流提高轻型直流提高了电网的可靠性，该技术提高了高压直流输电的经济功率低到几十兆瓦。轻型直流的容量上限可达到了电网的可靠性，该技术提高了高压直流输电的经济功率低到几十兆瓦。轻型直流的容量上限可达到1200MW，320 kV。什么是柔性直流（轻型直流）（四）柔性直流输电技术（四）柔性直流输电技术110连接风力发电场和电力网 地下电力输送 为海岛或海上石油或天然气的钻油平台提供电力 连接异步的交流电网 城市中心的供电柔性直流的应用111海底电缆海底电缆 约约46km46km送端站送端站受端站受端站为进一步提高城市中心区供电可靠性，迫切需要建设与主网连接的第二输电通道。经综合比选，提出了新建跨海柔性直流输电工程的建议。大连柔性直流输电工程大连柔性直流输电工程大连柔性直流输电工程大连柔性直流输电工程项目项目参数参数容量1000MW直流电压等级320kV112应用领域应用领域应用领域应用领域直流功率直流功率直流功率直流功率/MW/MW直流电压直流电压直流电压直流电压/kV/kV投运时间投运时间投运时间投运时间海上风电并网400150 2012互联工程500200 2012风电并网8003202013电网互联7003002015海上风电并网9003202015ABBABB应用领域应用领域应用领域应用领域直流功率直流功率直流功率直流功率/MW/MW直流电压直流电压直流电压直流电压/kV/kV投运时间投运时间投运时间投运时间海上风电并网8003002013海上风电并网576250 2013法国西班牙互联工程 21000320 2014海上风电并网8643202014SIEMENSSIEMENS 根据对目前国内外同类工程情况的比较，本工程在2013年底投运以后，将成为世界上容量最大、电压等级最高的柔性直流输电工程。大连柔性直流输电工程大连柔性直流输电工程大连柔性直流输电工程大连柔性直流输电工程113考虑舟山北部诸岛的地理位置、产业发展定位和电网面临的挑战；经综合比选，提出在舟山本岛、岱山岛、衢山岛、泗礁岛及洋山岛建设五端柔性直流输电工程的方案。舟山五端柔性直流舟山五端柔性直流输电工程地理示意工程地理示意图舟山多端柔性直流输电工程舟山多端柔性直流输电工程舟山多端柔性直流输电工程舟山多端柔性直流输电工程金塘岛金塘岛舟山岛舟山岛岱山岛岱山岛秀山秀山衢山衢山泗礁泗礁小洋山小洋山大洋山大洋山定海站定海站定海站定海站岱山站岱山站岱山站岱山站衢山站衢山站衢山站衢山站洋山站洋山站洋山站洋山站泗礁站泗礁站泗礁站泗礁站定海岱山大衢泗礁洋山换流站容量（MW）400300100100100直流电压等级（kV）200200200200200114工程名称工程名称投运时间投运时间容量容量/电压电压端数端数应用领域应用领域舟山海岛互联（中国）2014.6400MW200kV五端岛屿互联风电并网南澳风电场并网（中国）2014.12200MW160kV四端风电并网Super Station(美国)2015.12750MW345kV三端电网互联电力交易South-West Southern（瑞典-挪威)2016.6700MW300kV三端电网互联风电并网 根据对目前国内外同类工程情况的比较，本工程在2014年投运以后，将成为世界上首个多端柔性直流工程，并在联网端数等方面占据世界制高点。舟山多端柔性直流输电工程舟山多端柔性直流输电工程舟山多端柔性直流输电工程舟山多端柔性直流输电工程115谢谢谢谢 谢！谢！谢！谢！116汇报结束谢谢大家!请各位批评指正