高压直流输电-直流输电新技术课件

,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,*,*,*,Click,chap.6,直流输电新技术,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,Click,*,*,2024/11/3,Chap.6,直流输电新技术,高压直流输电,2023/10/10Chap.6 直流输电新技术高压直流输电,2024/11/3,2,课程安排,第六章 直流输电新技术,6.1,高压直流三极输电,6.2,特高压直流输电,6.3,柔性直流输电,6.4,电容换相换流器,2023/10/102课程安排 第六章 直流输电新技术,2024/11/3,3,6.1,高压直流三极输电,高压直流三极输电技术,Tripole HVDC,HVDC,线路,HVAC,线路,？,高压直流输电,2023/10/1036.1 高压直流三极输电高压直流三极输,2024/11/3,4,6.1,高压直流三极输电,提高交流输电传输容量的典型措施,新建交流输电线路；,改造为紧凑型交流输电线路 ；,提高导线允许温度；,利用电力电子技术，提高输送功率；,增大导线截面积；,提高输电电压等级。,2023/10/1046.1 高压直流三极输电提高交流输电传,2024/11/3,5,6.1,高压直流三极输电,交直流转换技术,交改双极直流；,交改,三极直流,；,交改双极与单极并联直流。,HVAC,线路,HVDC,线路,2023/10/1056.1 高压直流三极输电交直流转换技术,2024/11/3,6,6.1,高压直流三极输电,交直流转换的意义,新建输电线路的许可越来越难以获得，只好转为充分挖掘现有线路走廊潜力，增大输送功率；,HVDC,单位走廊的输送容量高于（甚至远高于）,HVAC,，且有利于提高系统的稳定性；,交直流转换无技术障碍，投资增加有限，但增容显著。,2023/10/1066.1 高压直流三极输电交直流转换的意,2024/11/3,7,6.1,高压直流三极输电,交直流转换的研究现状,1997,年首次提出三极直流输电的概念；,2004,年，,Cigre,发表了关于将,220kV,交流输电线路改造为直流输电线路对系统容量可能提升的研究报告；,2005,年，美国电科院与,BPA,合作，开展双向阀及三极直流输电的研究；,2005,年以来，在,Cigre,和,IEEE,会议刊物上发表文章,10,多篇，专利,4,个；,主要研究人员：约,8,人。,2023/10/1076.1 高压直流三极输电交直流转换的研,2024/11/3,8,6.1,高压直流三极输电,高压直流三极输电,系统原理图,2023/10/1086.1 高压直流三极输电高压直流三极输,2024/11/3,9,6.1,高压直流三极输电,三极直流输电原理,电流调制控制,b),电流调制波形,a),三极直流原理图,2023/10/1096.1 高压直流三极输电三极直流输电原,2024/11/3,10,6.1,高压直流三极输电,三极直流输电的特点,较交流输电线路的传输容量提高近一倍；,较常规,HVDC,的传输容量提高,37%,；,对线路进行有限改造；,设备利用率较常规,HVDC,的更高；,属于前瞻性研究，尚无规模性试验。,2023/10/10106.1 高压直流三极输电三极直流输电,2024/11/3,11,6.1,高压直流三极输电,三极直流输电的关键问题,直流电流的确定；,直流电压的确定：,电磁场限制；,交流线路改造力度；,投资；,线路走廊。,2023/10/10116.1 高压直流三极输电三极直流输电,2024/11/3,12,6.2,特高压直流输电,特高压电网,由特高压骨干网架、超高压、高压输电网、配电网以及高压直流输电系统共同构成的分层、分区，结构清晰的大电网。,（国家电网）,特高压骨干网架,由,1000kV,级交流输电网和,800kV,级以上直流输电系统构成的电网。,特高压输电分类,特高压交流输电（,UHVAC transmission,）,特高压直流输电（,UHVDC transmission,）,2005年,同步电网图,2023/10/10126.2 特高压直流输电特高压电网20,2024/11/3,13,6.2.1,特高压电网建设的必要性,1,、发电能源资源和经济发展呈逆向分布，决定了能源资源必须在全国范围内优化配置,运煤发电环境污染严重。,运煤发电交通运输压力大。一座,5GW,的电厂日耗煤达,4.1,万吨， 对铁路、公路的运输压力极大,2,、提高输送容量,一回,1000kV,输电线路的自然功率接近,5GW,， 约为,500kV,输电线路的,5,倍。,800kV,直流输电线路的输电能力为,6.4GW,，是,500kV,的,2.1,倍。,能源分布,，,水能分布,2023/10/10136.2.1 特高压电网建设的必要性1,2024/11/3,14,6.2.1,特高压电网建设的必要性,3,、缩短电气距离，提高稳定极限,1000kV,输电线路的电气距离相当于同长度,500kV,的,1/4,1/5,。即输送相同功率下，,1000kV,输电线路的最远送电距离是后者的,4,倍。,800kV,直流的经济输电距离为,2500km,及以上。,4,、降低线路损耗,相同条件下，,1000kV,线损是,500kV,的四分之一。,相同条件下，,800kV,线损是,500kV,的,39,。,2023/10/10146.2.1 特高压电网建设的必要性3,2024/11/3,15,6.2.1,特高压电网建设的必要性,5,、减少工程投资,单位输送容量综合造价：,1000kV,输电方案约为,500kV,的四分之三。,800kV,输电方案约为,500kV,的四分之三。,6,、节省走廊面积,一回,1000kV,输电线路的单位走廊输送能力约为同类型,500kV,线路的,3,倍。,800kV,直流输电线路的单位走廊输送能力是,500kV,的,1.29,倍。,2023/10/10156.2.1 特高压电网建设的必要性5,2024/11/3,16,6.2.1,特高压电网建设的必要性,7,、降低短路电流,特高压长距离送电可减少负荷中心区装机需求，从而降低当地电网的短路电流幅值,。,实现分层分区布局，优化系统结构，从根本上解决短路电流超标问题。,8,、加强联网能力,UHVAC,同步联网可大大缩短电网间电气距离，提高稳定水平，发挥大同步电网的各项综合效益。,增强电网间功率交换能力，实现更大范围内优化能源资源配置。,2023/10/10166.2.1 特高压电网建设的必要性7,2024/11/3,17,6.2.2,特高压输电研究和应用概况,6.2.2.1,国外特高压输电研究和应用,特高压直流输电技术起源于,20,世纪,60,年代，瑞典,Chalmers,大学,1966,年开始研究,750kV,导线,美国邦德维尔电力局（,BPA,）,1970,年规划建设,1100kV,远距离输电线路，建成,2,个试验场。,美国电力公司 （,AEP,）,规划在,765KV,电网之上建设,1500kV,特高压输电骨干电网，建成特高压试验场。,2023/10/10176.2.2 特高压输电研究和应用概况,2024/11/3,18,6.2.2.1,国外特高压输电研究和应用,前苏联,上世纪,70,年代规划，,1981,年起开始建设，建成,1150kV,线路,900km,，在额定电压下累积运行超过,5,年。,1978,年计划建设,750kV,直流特高压，试制出工程所用的全套设备，两端换流站完成了大部分土建及设备安装工作，直流线路建成,1090km,。,2023/10/10186.2.2.1 国外特高压输电研究和,2024/11/3,19,6.2.2.1,国外特高压输电研究和应用,日本,上世纪,70,年代规划，,80,年代初开始技术研究，建成,1000kV,同塔双回线路,427km,，目前降压,500kV,运行。,意大利,规划建设,1050kV,特高压输电骨干网，建成试验站,加拿大、巴西、印度,加拿大、巴西分别研究过,UHVAC,和,UHVDC,技术，近年来，印度开始考虑,UHVDC,。,2023/10/10196.2.2.1 国外特高压输电研究和,2024/11/3,20,6.2.2.2,国内特高压输电研究和应用,2005,年初，国网公司启动特高压输电工程关键技术问题的研究（研究内容共,113,项，其中直流,56,项，交流,57,项）。,北京特高压直流试验基地于,2007,年,5,月投入使用。,西藏高海拔直流试验基地于,2008,年建成。,我国具备,1000kV,及以下特高压直流输电工程在不同海拔高度下的电磁环境、空气间隙放电特性、绝缘子污秽放电特性、直流避雷器等设备关键技术的试验研究能力，试验功能达到了世界领先水平。,2023/10/10206.2.2.2 国内特高压输电研究和,2024/11/3,21,6.2.3,特高压直流输电系统,Ultra High Voltage Direct Current transmission - UHVDC,UHVDC,的系统组成形式与超高压直流输电,(EHVDC),相同，但单桥个数、输送容量、电气一次设备的容量及绝缘水平等相差很大。,2023/10/10216.2.3 特高压直流输电系统Ult,2024/11/3,22,6.2.3,特高压直流输电系统,1,、换流站主接线,典型方式,:,每极,2,组,12,脉动换流单元串联,(,图,a),其他方式,:,每极,2,组,12,脉动换流单元并联,(,图,b),400kV,400kV,6,英寸,ETT,阀,运行方式灵活,平抗分布在极线和中性线,2023/10/10226.2.3 特高压直流输电系统1、换,2024/11/3,23,6.2.3,特高压直流输电系统,2,、换流阀,二重阀， 空气绝缘，水冷却；,控制角：整流器触发角,15,，逆变器关断角,17,2023/10/10236.2.3 特高压直流输电系统2、换,2024/11/3,24,6.2.3,特高压直流输电系统,3,、换流变压器,型式,:,单相双绕组，油浸式,短路阻抗：,16%,-18%,有载调压开关,: 29,档，每档,1.25%,2023/10/10246.2.3 特高压直流输电系统3、换,2024/11/3,25,6.2.3,特高压直流输电系统,4,、噪音治理,换流变采用,BOX-IN,；,平抗采取“穿衣戴帽”；,换流站围墙加装隔音屏。,换流变,平抗,2023/10/10256.2.3 特高压直流输电系统4、噪,2024/11/3,26,6.2.3,特高压直流输电系统,5,、换流站平面布置,高、低压阀厅及其换流变压器采用面对面布置方式，高压阀厅布置在两侧，低压阀厅布置在中间。,2023/10/10266.2.3 特高压直流输电系统5、换,2024/11/3,27,6.3,柔性直流输电,定义,以可关断器件和,PWM,技术为基础的第三代直流输电技术，,CIGRE,和,IEEE,将其正式命名为“,VSC-HVDC”,，即“电压源换流器型高压直流输电”。,名称,CIGRE,和,IEEE,：,VSC-HVDC,ABB,：,HVDC Light,Siemens,：,HVDC plus,中国,：,柔性直流,(HVDC-Flexible),输电,（,2006,年,5,月,后），轻型直流输电（,2006,年,5,月,前）,2023/10/10276.3 柔性直流输电定义,2024/11/3,28,6.3,柔性直流输电,已有柔性直流输电工程采用的,VSC,结构,两电平换流器,二级管箝位型三电平换流器,模块化多电平换流器（,MMC,）,2023/10/10286.3 柔性直流输电已有柔性直流输电,2024/11/3,29,6.3.1,电压源换流器工作原理,1.,两电平换流器,工程应用：,9,个工程，如,Heallsjon(3MW,，瑞典,),，,Estlink,（,350MW,，艾沙尼亚,-,芬兰）。,a),两电平换流器拓扑结构,b),两电平换流器单相输出电压波形,+,U,s,-,U,d,U,d,+,U,o,-,+,Ud,-,Ud,2023/10/10296.3.1 电压源换流器工作原理1.,2024/11/3,30,6.3.1,电压源换流器工作原理,2.,二级管箝位型三电平换流器,工程应用：,4,个工程，如,Eagle Pass,（,36MW,，美国,-,墨西哥），,East West Interconnector,（,500MW,，爱尔兰）。,a),换流器基本结构,b),单相输出电压波形,2023/10/10306.3.1 电压源换流器工作原理2.,2024/11/3,31,6.3.1,电压源换流器工作原理,3.,MMC,工程应用：,2,个工程，如,Trans Bay Cable,（,400MW,，美国），上海南汇（,20MW,，中国）,a) MMC,的基本结构,b),子模块,c) MMC,的单相输出电压波形,2023/10/10316.3.1 电压源换流器工作原理 3,2024/11/3,32,6.3.2,柔性直流输电的特点,优点,1,）没有无功补偿问题；,2,）不存在换相失败故障；,3,）可向无源系统供电；,4,）可同时分别调节有功和无功；,5,）谐波水平低；,6,）适合构成多端直流系统；,7,）占地面积小。,2023/10/10326.3.2 柔性直流输电的特点优点,2024/11/3,33,6.3.2,柔性直流输电的特点,缺点,1,）损耗较大：常规换流站损耗,0.8%,，,2,电平或,3,电平换流站损耗,2%,，,MMC,换流站损耗,1.5%,；,2,）投资大；,3,）容量较小：,目前已投运或即将投运的最大工程容量约,1000MW,左右；,4,）可同时分别调节有功和无功；,5,）不太适合长距离架空线路输电。,2,电平,，,3,电平,，,MMC,2023/10/10336.3.2 柔性直流输电的特点缺点2,2024/11/3,34,6.3.3,柔性直流输电的主要应用领域,向,偏远地区供电；,离岸发电的联网；,城市配电网增容改造；,可再生能源发电,；,非同步运行的独立电网之间的联网；,推动多端直流输电系统的发展；,提高配电网电能质量。,目前，已投运的柔性直流输电工程约,15,个，我国首个工程（上海南汇风电场，,30kV,300A,）于,2011,年,7,月,25,日投运。,1st,试验工程,2023/10/10346.3.3 柔性直流输电的主要应用领,2024/11/3,35,6.4,电容换相换流器,起因,：,电网换相换流器,要消耗大量无功功率,换流器吸收无功功率,:,30%-50%,P,d,(,整流器）,40%-60%,P,d,(,逆变器,),因此，,20,世纪,50,年代有人提出强迫换相来降低换流器的无功消耗。,方法：,在换流器和换流变压器之间串联电容器来进行强迫换相,2023/10/10356.4 电容换相换流器起因：电网换相,2024/11/3,36,6.4,电容换相换流器,类型,电容换相换流器（,CCC-,Capacitor,Commutation Converter ),可控串联电容换相换流器（,CSCC-,Controlled Series Capacitor Converter,）,CCC CSCC,2023/10/10366.4 电容换相换流器类型CCC,2024/11/3,37,6.4.1,电容换相换流器工作原理,串联电容的移相作用使换相电压产生滞后，因此有效增大,CCC,逆变器关断角，同时部分补偿晶闸管换流器吸收的无功功率,2023/10/10376.4.1 电容换相换流器工作原理串,2024/11/3,38,6.4.2,电容换相换流器的特点,1,、优点,换相失败,的几率大大减小；,无功需求大大降低；,换流器,最大输送功率,提高；,换流站甩负荷过电压水平降低；,换流阀短路电流降低；,换流器交流侧谐波有所减少。,2023/10/10386.4.2 电容换相换流器的特点1、,2024/11/3,39,6.4.2,电容换相换流器的特点,2,、缺点,三相不对称时可能引发换相失败；,对阀的耐压要求高；,换流器直流侧谐波有所增加。,2023/10/10396.4.2 电容换相换流器的特点2、,2024/11/3,40,6.4.3,电容换相换流器应用现状,CCC-HVDC,工程,巴西加勒比（,Garabi,）背靠背直流工程,（左图）,美国,Rapid City,直流联络线工程,（右图）,2023/10/10406.4.3 电容换相换流器应用现状C,2024/11/3,Thank You !,Chap.6,直,流输电新技术,结束,文 俊,华北电力大学,电气与电子工程学院,柔性电力技术研究所,hbdl_wenjun,2023/10/10Thank You !Chap.6 直流,2024/11/3,42,双极方式,HVDC,原理图,双极双桥,葛洲坝,南 桥,209kV,I,d,I,d,500kV,500kV,500kV,198kV,220kV,2023/10/1042双极方式HVDC原理图双极双桥,2024/11/3,43,我国同步电网现状,（,2005,年）,交流联网：东北,华北,华中同步电网，容量超过,2.3,亿千瓦,直流联网：华中,华东、华中,南方、华中,西北,跨区送电能力：,1140,万千瓦,东北,西藏,西北,南方,台湾,500kV AC,2001 / 05,500 kV DC,1989 / 09,500 kV AC,2003 / 09,500 kV AC,2001 / 12,500 kV AC,2002 / 04,500 KV DC,2004 / 02,华东,120 kV DC,2005 / 07,华北,华中,2023/10/1043我国同步电网现状（2005年）交流联,2024/11/3,44,“十二五”初国家电网特高压骨干网架规划图,“十二五”初国家电网特高压骨干网架规划图,华北,南方,东北,西藏,台,湾,西北,陕北煤电,陕北,石家庄,北京东,华中,420,150,豫北,徐州,淮南煤电,徐州煤电,南京,300,320,170,无锡,南阳,300,170,300,150,上海,华东,浙北,皖南,290,330,长沙,荆门,恩施,乐山,330,川西水电,蒙西煤电,I,武汉,220,360,重庆,300,晋城电厂一二期,三峡地下电站,晋东南,蒙西,蒙西煤电,III,450,西宁,拉西瓦,官亭,白银,宁东,东南郊,兰州东,咸阳西,宜宾,哈密煤电,安西,张掖,永登,呼盟煤电,溪洛渡,向家坝,300,华北,南方,东北,西藏,台,湾,西北,陕北煤电,陕北,石家庄,北京东,华中,280,420,200,150,豫北,徐州,淮南煤电,徐州煤电,南京,300,320,170,无锡,南阳,300,170,300,150,上海,华东,浙北,皖南,290,330,长沙,荆门,恩施,乐山,330,川西水电,蒙西煤电,I,武汉,220,360,重庆,300,晋城电厂一二期,三峡地下电站,晋东南,350,蒙西,蒙西煤电,III,450,西宁,拉西瓦,官亭,白银,宁东,东南郊,兰州东,咸阳西,宜宾,图例,500kV,交流,800kV,级,直流,百万伏级,交流,750kV,交流,哈密煤电,安西,张掖,永登,“十二五”初国家电网特高压骨干网架规划图,呼盟煤电,溪洛渡,向家坝,300,2023/10/1044“十二五”初国家电网特高压骨干网架规,2024/11/3,45,我国能源资源和生产力分布示意图,华北,南方,东北,西藏,西北,华中,华东,2023/10/1045我国能源资源和生产力分布示意图华北南,2024/11/3,46,中国水电基地分布图,水电基地分布图,中国水电基地分布图,13,怒江,14,雅鲁藏布江,我国水能资源蕴藏丰富，经济可开发容量,4.02,亿千瓦，居世界首位。我国,2/3,以上的经济可开发水能资源分布在四川、西藏、云南。,未来水电开发主要集中在西南部地区。,2023/10/1046中国水电基地分布图水电基地分布图中国,2024/11/3,47,特高压交流试验示范工程,“三西”煤电基地,晋东南,荆门,武汉,南阳,2023/10/1047特高压交流试验示范工程“三西”煤电基,2024/11/3,48,Hellsjon,试验工程,第一个试验性轻型直流输电工程,1997,年,3,月,10,日投运,3MW,、,10kV,、长,10km,的线路是利用一条暂时没用的交流,50kV,线路改建而成。,2023/10/1048Hellsjon试验工程第一个试验性,2024/11/3,49,Gotland,轻型直流输电工程,1999,年,6,月投运,目的是将,Gotland,岛上的风力发电站发出的电力送至负荷中心,50MW,80kV,70km,2023/10/1049Gotland轻型直流输电工程199,2024/11/3,50,CCC,最大输送功率曲线,2023/10/1050CCC最大输送功率曲线,51,以上有不当之处，请大家给与批评指正，谢谢大家！,51,