特高压直流输电技术
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450120206 钱骁
直流输电技术发展历程
特高压定义及其发展的必
要性 我国特高压直流技术实践 成就 国际特高压直流技术应用 前景
2010年 1954年 1891年 特高压直 流输电技 术
1870年
1831年
高压直流输 电技术
三相交流变 压器
直流发电 机
电磁感 应定律
汞弧阀定义：具有冷阴极的汞蒸气离子阀 特点：制造技术复杂、价格昂贵、逆弧故障率高、 可靠性较低、运行维护不便
输电损耗率 (每千公里)
向上 工程
±800
1907
640
165
39.6
3.5%
呼辽 工程
±500
908
300
216
57.9
6.6%
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(KURUKSHETRA)。
Xinggu
Madeira River
7200MW ± 600kV 6300MW
Brasilia
Araraquara Itaipu
± 600kV 6300MW
Ibiuna
体积减小、成本降低；
可靠性提高； 没有逆弧故障，而且制造、试验、运行维护和
检修都比汞弧阀简单而方便。
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）
直流正负800千伏及以上的电压等级。特高压英文 缩写UHV；电压符号是U（个别地方有用V表示的）； 电压的伏特，单位符号也是V；比伏大的有KV、比 伏小的mV,uV，它们之间是千进位 。 对我国电力建设的意义：特高压能大大提升我国电 网的输送能力。据国家电网公司提供的数据显示， 一回路特高压直流电网可以送600万千瓦电量，相 当于现有500千伏直流电网的5到6倍，而且送电距 离也是后者的2到3倍，因此效率大大提高。此外， 据国家电网公司测算，输送同样功率的电量，如果 采用特高压线路输电可以比采用500千伏超高压线 路节省60%的土地资源。
世界上首次研制成功电压最高、容量最大的直流换流变压器
世界上首次研制成功电压最高、容量最大的换流阀
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
4、在世界上率先建立了特高压直流技术标准体
系 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。
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。
1.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
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）
ຫໍສະໝຸດ Baidu
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）
(4).工程投资省。根据有关设计部门的计算，对于超 长距离、超大容量输电需求，±800千伏直流输电方 案的单位输送容量综合造价约为±500千伏直流输电 方案的72％，节省工程投资效益显著。 (5).走廊利用率高。±800千伏、640万千瓦直流输电 方案的线路走廊为76米，单 位走廊宽度输送容 量为8.4万千瓦/米，是±500千伏、300万千瓦方案和 ±620 千伏、380万千瓦方案的1.3倍左右，提高输 电走廊利用效率，节省宝贵的土地资源；由于单回线 路输送容量大，显著节省山谷、江河跨越点的有限资 源。 (6).运行方式灵活。国家电网公司特高压直流输电拟 采用400＋400千伏双十二脉动换流器串联的接线方案， 运行方式灵活，系统可靠性大大提高。任何一个换流 阀模块发生故障，系统仍能够保证75％额定功率的送 出。
特高压直流输电技术的主要特点 1.特高压直流输电系统中间不落点，可点对点、大功率、 远距离直接将电力送往负荷中心。在送受关系明确的情 况下，采用特高压直流输电，实现交直流并联输电或非 同步联网，电网结构比较松散、清晰。 2.特高压直流输电可以减少或避免大量过网潮流，按照 送受两端运行方式变化而改变潮流。特高压直流输电系 统的潮流方向和大小均能方便地进行控制。 3.特高压直流输电的电压高、输送容量大、线路走廊窄， 适合大功率、远距离输电。 4.在交直流并联输电的情况下，利用直流有功功率调制， 可以有效抑制与其并列的交流线路的功率振荡，包括区 域性低频振荡，明显提高交流的暂态、动态稳定性能。 5.大功率直流输电，当发生直流系统闭锁时，两端交流 系统将承受大的功率冲击。
一是满足经济社会发展对电力的需求
二是促进能源资源更大范围优化配置 三是推动清洁能源的规模开发和利用 四是推进节能减排目标实现 五是促进不同区域协调发展 六是巩固我国在国际电工领域的领先
地位
和±600千伏级及600千伏以下超高压直流相比，特
高压直流输电的主要技术和经济优势可归纳为以下 六个方面： (1).输送容量大。采用4000安培晶闸管阀，±800千 伏直流特高压输电能力可达到640万千瓦，是±500 千伏、300万千瓦高压直流方式的2.1倍，是±600千 伏级、380万千瓦高压直流方式的1.7倍，能够充分 发挥规模输电优势。 (2).送电距离长。采用±800千伏直流输电技术使得 超远距离的送电成为可能，经济输电距离可以达到 2500公里甚至更远，为西南大水电基地开发提供了 输电保障。 (3).线路损耗低。在导线总截面、输送容量均相同的 情况下，±800千伏直流线路的电阻损耗是±500千 伏直流线路的39％，是±600千伏级直流线路的60％， 提高输电效率，节省运行费用。
汞弧阀于1901年发明成功，当时仅能用于整流。
1928年具有栅极控制能力的汞弧阀研制成功，它不 但可用于整流，同时也解决了逆变问题。 从1954年至1977年，世界上共有12个采用汞弧阀的 直流输电工程投入运行。
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)
交流滤波 器
高端阀厅和 换流变
站前 区
交流 场
直流场
低端阀厅和 换流变
复 龙 换 流 站
奉 贤 换 流 站
工程 名称
电压等级 输电距 额定功 （千伏） 离 率 （公里） (万千 瓦)
单位容量单位长 度综合投资(万 元/（万千瓦*百 公里）)
单位电量单位长 度年费用 (元 /(万千瓦时*百 公里))
典型单级电缆直流输电工程 传输距离：245 km 传输功率：600 MW 直流电压：450 kV
Brasilia Sao Paulo
投运: 传输功率: 直流电压: 传输距离:
1987 2*3100 MW ± 600 kV 800 km
Atlantic Ocean
定义：在我国，特高压是指交流1000千伏及以上和
2.在世界上率先掌握了±800千伏特高压直流输
电技术 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
3、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
进入20世纪90年代以后，新型金属氧化物半导
体器件-绝缘栅双极晶体管（IGBT）研制成功并 首先在工业驱动装置上得到推广应用。 1997年3月世界上第一个采用IGBT构成电压源 换流器的直流输电工业性试验工程在瑞典中部 投入运行，其输送功率为3MW，输送电压为 10kV，输送距离为10km。 这种换流器可以减少换流站的滤波装置，省去 换流变压器，简化换流站结构，称之为轻型直 流输电（HVDC Light），我国称为柔性直流。
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 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。
直流输电技术发展历程
特高压定义及其发展的必
要性 我国特高压直流技术实践 成就 国际特高压直流技术应用 前景
2010年 1954年 1891年 特高压直 流输电技 术
1870年
1831年
高压直流输 电技术
三相交流变 压器
直流发电 机
电磁感 应定律
汞弧阀定义：具有冷阴极的汞蒸气离子阀 特点：制造技术复杂、价格昂贵、逆弧故障率高、 可靠性较低、运行维护不便
输电损耗率 (每千公里)
向上 工程
±800
1907
640
165
39.6
3.5%
呼辽 工程
±500
908
300
216
57.9
6.6%
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(KURUKSHETRA)。
Xinggu
Madeira River
7200MW ± 600kV 6300MW
Brasilia
Araraquara Itaipu
± 600kV 6300MW
Ibiuna
体积减小、成本降低；
可靠性提高； 没有逆弧故障，而且制造、试验、运行维护和
检修都比汞弧阀简单而方便。
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）
直流正负800千伏及以上的电压等级。特高压英文 缩写UHV；电压符号是U（个别地方有用V表示的）； 电压的伏特，单位符号也是V；比伏大的有KV、比 伏小的mV,uV，它们之间是千进位 。 对我国电力建设的意义：特高压能大大提升我国电 网的输送能力。据国家电网公司提供的数据显示， 一回路特高压直流电网可以送600万千瓦电量，相 当于现有500千伏直流电网的5到6倍，而且送电距 离也是后者的2到3倍，因此效率大大提高。此外， 据国家电网公司测算，输送同样功率的电量，如果 采用特高压线路输电可以比采用500千伏超高压线 路节省60%的土地资源。
世界上首次研制成功电压最高、容量最大的直流换流变压器
世界上首次研制成功电压最高、容量最大的换流阀
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
4、在世界上率先建立了特高压直流技术标准体
系 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。
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。
1.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
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）
ຫໍສະໝຸດ Baidu
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）
(4).工程投资省。根据有关设计部门的计算，对于超 长距离、超大容量输电需求，±800千伏直流输电方 案的单位输送容量综合造价约为±500千伏直流输电 方案的72％，节省工程投资效益显著。 (5).走廊利用率高。±800千伏、640万千瓦直流输电 方案的线路走廊为76米，单 位走廊宽度输送容 量为8.4万千瓦/米，是±500千伏、300万千瓦方案和 ±620 千伏、380万千瓦方案的1.3倍左右，提高输 电走廊利用效率，节省宝贵的土地资源；由于单回线 路输送容量大，显著节省山谷、江河跨越点的有限资 源。 (6).运行方式灵活。国家电网公司特高压直流输电拟 采用400＋400千伏双十二脉动换流器串联的接线方案， 运行方式灵活，系统可靠性大大提高。任何一个换流 阀模块发生故障，系统仍能够保证75％额定功率的送 出。
特高压直流输电技术的主要特点 1.特高压直流输电系统中间不落点，可点对点、大功率、 远距离直接将电力送往负荷中心。在送受关系明确的情 况下，采用特高压直流输电，实现交直流并联输电或非 同步联网，电网结构比较松散、清晰。 2.特高压直流输电可以减少或避免大量过网潮流，按照 送受两端运行方式变化而改变潮流。特高压直流输电系 统的潮流方向和大小均能方便地进行控制。 3.特高压直流输电的电压高、输送容量大、线路走廊窄， 适合大功率、远距离输电。 4.在交直流并联输电的情况下，利用直流有功功率调制， 可以有效抑制与其并列的交流线路的功率振荡，包括区 域性低频振荡，明显提高交流的暂态、动态稳定性能。 5.大功率直流输电，当发生直流系统闭锁时，两端交流 系统将承受大的功率冲击。
一是满足经济社会发展对电力的需求
二是促进能源资源更大范围优化配置 三是推动清洁能源的规模开发和利用 四是推进节能减排目标实现 五是促进不同区域协调发展 六是巩固我国在国际电工领域的领先
地位
和±600千伏级及600千伏以下超高压直流相比，特
高压直流输电的主要技术和经济优势可归纳为以下 六个方面： (1).输送容量大。采用4000安培晶闸管阀，±800千 伏直流特高压输电能力可达到640万千瓦，是±500 千伏、300万千瓦高压直流方式的2.1倍，是±600千 伏级、380万千瓦高压直流方式的1.7倍，能够充分 发挥规模输电优势。 (2).送电距离长。采用±800千伏直流输电技术使得 超远距离的送电成为可能，经济输电距离可以达到 2500公里甚至更远，为西南大水电基地开发提供了 输电保障。 (3).线路损耗低。在导线总截面、输送容量均相同的 情况下，±800千伏直流线路的电阻损耗是±500千 伏直流线路的39％，是±600千伏级直流线路的60％， 提高输电效率，节省运行费用。
汞弧阀于1901年发明成功，当时仅能用于整流。
1928年具有栅极控制能力的汞弧阀研制成功，它不 但可用于整流，同时也解决了逆变问题。 从1954年至1977年，世界上共有12个采用汞弧阀的 直流输电工程投入运行。
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)
交流滤波 器
高端阀厅和 换流变
站前 区
交流 场
直流场
低端阀厅和 换流变
复 龙 换 流 站
奉 贤 换 流 站
工程 名称
电压等级 输电距 额定功 （千伏） 离 率 （公里） (万千 瓦)
单位容量单位长 度综合投资(万 元/（万千瓦*百 公里）)
单位电量单位长 度年费用 (元 /(万千瓦时*百 公里))
典型单级电缆直流输电工程 传输距离：245 km 传输功率：600 MW 直流电压：450 kV
Brasilia Sao Paulo
投运: 传输功率: 直流电压: 传输距离:
1987 2*3100 MW ± 600 kV 800 km
Atlantic Ocean
定义：在我国，特高压是指交流1000千伏及以上和
2.在世界上率先掌握了±800千伏特高压直流输
电技术 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
3、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
进入20世纪90年代以后，新型金属氧化物半导
体器件-绝缘栅双极晶体管（IGBT）研制成功并 首先在工业驱动装置上得到推广应用。 1997年3月世界上第一个采用IGBT构成电压源 换流器的直流输电工业性试验工程在瑞典中部 投入运行，其输送功率为3MW，输送电压为 10kV，输送距离为10km。 这种换流器可以减少换流站的滤波装置，省去 换流变压器，简化换流站结构，称之为轻型直 流输电（HVDC Light），我国称为柔性直流。
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 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。