高压直流输电技术 主讲人 刘春艳 直流输电系统的构成及换流站主要 设备 直流输电换流技术 直流输电运行方式 直流输电的特点及应用场合 第一部分 直流输电系统的构成 及换流站主要设备 一 直流输电系统的构成 1. 两端直流输电系统 单极系统 双极系统 2. 多端直流输电系统 3. 背靠背直流输电系统 二 换流站的主要设备 换流变压器 换流器 平波电抗器 交流滤波器 直流滤波器 无功补偿设备 避雷器 直流开关 控制保护装置 远动通信系统 直流测量设备 接地极及接地极线路 1.换流变压器： 功能：电压配合、隔离、限流、抽头调节改善 运行性能。 特点：谐波、阀侧绕组绝缘（ACDC）、自动 调抽头、多绕组等。 类型：三相三线圈、三相双线圈、单相三线圈 、单相双线圈。 2. 换流器（核心部分）（重点讲解学习） 功能：换流、开关、与控制系统配合实现运行 控制。 特点：结构（四重阀、双重阀；户外式、户内 式）、冷却方式、触发方式、试验等。 类型：汞孤阀、晶闸管阀、光直接触发晶闸管 阀、IGBT换流阀。 3. 平波电抗器： 功能：滤波、限流、防止电流断续、降 低过电压、防止换相失败等。 特点：电感值（0.31.0H）。 类型：油浸式、干式。 4. 直流滤波器： 功能：滤波。 类型：无源和有源两种。 5. 交流滤波器： 功能：滤波、无功补偿。 类型：无源、连续可调。有源的正在研 究。 6. 无功补偿设备： ACF、电容器、调相机、静补。 7. 避雷器： 换流站的避雷器种类多、运行条件复 杂。 特点：续流为直流、通流能力强、正常 运行时发热较严重、有时两端均不接地 类型：曾采用碳化硅避雷器，现均采用 氧化锌避雷器。 8. 直流开关： 灭弧问题。目前只用于回路方式转换 。 9. 控制保护设备： 功能：起动、停运、自动调节、运行性 能 改进等。 类型：微机控制。各公司所用硬件、软 件不同。发展很快。 10. 远动通信： 功能：传送两换流站之间的信息、换流 站与调度以及其他所需信息。 类型：电力线载波、微波、光纤通信。 11. 直流测量设备： 直流CT、直流PT、微分CT等。 12. 接地极及接地极线路 功能：固定直流侧电位、长期通过运行 电流、改变直流侧运行方式、提高运行 可靠性等。 特点：地下埋设物电腐蚀、中性点接地 变压器的磁饱和等。 第二部分 直流输电换流技术 一. 换流技术与直流输电的关系 1. 直流输电必须进行换流 2. 直流输电换流技术的发展 汞弧阀换流 晶闸管阀换流 新型可关断器件的应用 二. 直流输电换流技术 1. 换流的基本概念 基本换流单元 6脉动换流单元 12脉动换流单元 换流阀（电力器件）与换流器（整流与逆变电路 ） 换流阀的导通条件和关断条件 换流阀的单向导电性 2. 6脉动整流器工作原理 如何将交流电变为直流电 整流器的工况 整流器的电压、电流波形 3. 6脉动逆变器工作原理 如何将直流电变为交流电 逆变器的工作条件 逆变器的电压、电流波形 请参讲义第二章 整流电路及有源逆变电路 单桥整流器的运行方式 v工况2-3 -正常运行方式 v工况3 -非正常运行方式 v工况3-4 -故障运行方式 工况2-3： 在600的重复周期中，2个 阀和3个阀轮流导通的运行方式。 4. 换流原理中的电角度 触发角（、） 换相角（）（） 关断角（）（） 导通角（） 5. 12脉动换流器 12脉动换流器的构成 12脉动换流器的特点 6. 直流输电稳态计算常用公式 整流侧直流电压 Ud1N1（1.35U1cos3/X1Id） 逆变侧直流电压 Ud2N2（1.35U2cos3/X2Id） Ud2N2（1.35U2cos3/X2Id） 直流电流 Id（Ud1Ud2）/R 直流功率 Pd1Ud1 Id（整流侧） Pd2Ud2Id（逆变侧） 换流器消耗的无功 Q1Pd1tg1（整流侧） Q2Pd2tg2（整流侧） 换流器的功率因数 cos1coscos（1）2 （整流器） cos2coscos（2）2 （逆变器） 换流器的换相角 1arccoscos（2X1Id）（2 U1）（整流器） 2arccoscos（2X2Id）（2 U2）（逆变器） 换流变压器视在功率 S1（/3）Ud01Id （整流侧） S2（/3）Ud02Id （逆变侧 ) 7. 换流器的外特性 无调节器的外特性 实际工程中有调节器的外特性 第三部分 直流输电运行方式 1. 运行接线方式 单极直流输电工程 双极直流输电工程 2. 全压和降压方式 全压运行方式 降压运行方式 3. 功率正送与反送方式 功率正送方式 功率反送方式 4. 双极对称与不对称方式 双极对称方式 双极不对称方式 双极电压不对称 双极电流不对称 双极电压和电流均不对称 5. 运行控制方式 定功率控制方式 定电流控制方式 无功功率控制方式 交流电压控制方式 6. 直流输电系统的损耗 换流站的损耗（小于额定容量的1%） 直流线路损耗（主要是电阻损耗） 第四部分 直流输电的特点 及应用场合 一 直流输电的特点 1 直流架空线路结构简单、造价低、损耗 小、输送能力强；线路电容不起作用， 沿线电压分布均匀，不需装设并联电抗 器。 2 直流电缆线路承受的电压高、输送容量 大、造价低、损耗小、寿命长、且输送 距离不受限制。 3 直流输电无交流输电的稳定问题，有利 于远距离大容量送电。 4 用直流输电实现电力系统非同步联网 具有一系列的优点。 5 利用直流输电的快速控制改善交流系 统的运行性能。 6 可方便地进行分期建设，有利于发挥 投资效益。 7 利用大地为回路提高输电系统运行 的灵活性和可靠性。 8 直流输电换流站设备多、结构复杂 、造价高、损耗大、运行费用高 。 9 换流器运行中产生谐波，在换流站 需装设交、直流滤波器。 10 换流器运行中消耗大量的无功，在 换流站需装设无功补偿装置。 11 利用大地为回路而引起的一些技术 问题。如：接地极附近直流电流对 地下金属埋设物的电腐蚀；地下直 流电流通过中心点接地变压器使变 压器饱和等。 12 直流断路器由于没有电流过零点可 利用，制造困难，使多端直流输电 发展缓慢。 二 直流输电应用埸合 1 远距离大容量输电 2 电力系统联网 3 直流电缆送电 4 交流线路的增容改造 5 轻型（柔性）直流输电 6 特高压直流输电 特高压直流输电 1. 特高压直流输电的现状 目前世界上已运行的直流输电工程最高 电压为士600kV，尚无特高压直流输电工程 运行。对于特高压直流工程，国外研究的 结论是：士800kV的工程在技术上是可行的 ，士1000kV不经过很大努力进行研究是困 难的，士1200kV若技术上没有重大突破是 不可能的。 2. 特高压直流输电接线方式 每极一组12脉动换流器 每极两组12脉动换流器串联 每极两组12脉动换流器并联 中国直流输电的发展 1. 发展概况 2. 已运行的直流输电工程 3. 计划建设的直流输电工程 . 中国已运行的直流输电工程 工程名称 容量 电压 距离 投运时间 （MW） （KV） （Km） （年） 1. 舟山 50 -100 54 1987 2. 葛洲坝-上海 1200 士500 1045 1989/1990 3. 天生桥-广东 1800 士500 941 2000/2001 4 嵊泗 60 士50 66.2 2002 5. 三峡-常州 3000 士500 860 2002/2003 6. 三峡-广东 3000 士500 960 2003/2004 7. 贵州-广东I 3000 士500 880 2004 8 灵宝背靠背 360 120 / 2005 9 .三峡-上海 3000 士500 1047 2006 10. 贵州-广东II 3000 士500 1194 2007 11. 高岭背靠背 2*750 2*士125 / 2008 总计 19970 7047 2009年6月止 中国计划建设的直流输电工程 工程名称 功率 电压 距离 投运时间 （MW） （kV） （km） （年） 1. 灵宝背靠背扩建 750 166.7 / 2009 2. 宝鸡-德阳 3000 士500 560 2010 3. 向家坝-奉贤特高压 6400 士800 2000 2010 4. 云南-广东特高压1 5000 士800 1450 2010 5. 呼伦贝尔-沈阳 3000 士500 920 2010 6. 宁东-山东 3960 士660 1335 2011 7. 三峡-上海II 3000 士500 1100 2011 8. 高岭背靠背扩建 750*2 士125 / 2011 9. 青海-西藏联网 1200 士500 1100 2012 总计 27810 8465