直流输电基础
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4. 1882 : The world's first hydroelectric power plant and the first commercial e lectric poweΒιβλιοθήκη Baidu station began operation (built by Edison’s Company) in September, 1 882
14
Overview of HVDC Development (Cont.)
汞弧阀
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
• 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。
7. 1888 : Nikola Tesla patents the rotating field motor May 1, 1888 and later sells the rights to George Westinghouse. This invention helps create and transmit AC power and today is still a method for generating and distributing AC power.
HVDC FUNDAMENTALS 直流输电基础
Textbook
戴熙杰，直流输电，电力工业出版社，北京， 1982 （国内第一本专著）
戴熙杰，直流输电基础，水利电力出版社，北 京，1990
2
Reference Textbooks
(1) J. Arrillaga, Y.H. Liu, and N. R. Watson, Flexible Power Transmission The HVDC Options, Chichester, England: Jhon Wiley & Sons Ltd, 2007 电 科院译本
2. 研究阶段（20世纪30年代至50年代）：该时期特点是 (1) 19世纪末 人们逐渐掌握了交流电路原理，使得交流输电技术迅速发展；(2)开 始研究用各种器件构成的换流器作为直流电源，以取代直流发电机， 并研制出了可控高压汞弧阀，为后来直流输电发展开辟了道路。
3. 重新兴起阶段（1954～1970）： 由于海缆输电直流比交流优势明显， 因此该时期的特点是以海底直流电缆输电工程为主。
5
Research Search Engines
✓ Chinese Journals
− Automation of Electric Power Systems 电自化 − Proceedings of the CSEE电机 − China National Knowledge Infrastructure
(CNKI) 知网
✓ All Mighty ：Google ✓ Baidu 。。。
6
Grade Assessment
• Attendance, 10％ • Presentation, or Assignment or Report, 20％ • Close-book examination, 70％
2. 1879: Thomas Edison demos first incandescent electric light bulb that lasts 13 1/2 hours October 21, 1879.
3. 1882 : The rotating magnetic field was discovered (Nikola Tesla?).
5. 1885: AC generator and transformer was invented
6. 1886 : The first full AC power system (single phase) in the world is demonstrated using step up and step down transformers. The system was built by William Stanley and funded by Westinghouse
In the AC corner: Nikola Tesla & George
Westinghouse
In the DC corner: Thomas Edison
- vs -
✓ Around 1885: Two technologies
✓ 1920s: AC grids became common
4
Reference Journals
✓ IEEE Transactions on Smart Grid ✓ IEEE Transactions on Sustainable Energy ✓ IEEE Transactions on Power System ✓ IEEE Transactions on Energy Conversion ✓ IEEE Transactions on Power Delivery ✓ Proceedings of the IEEE ✓ IET(IEE) Generation, Transmission and Distribution ✓ IET Renewable Power Generation ✓ Electric Power Systems Research ✓ International Journal of Electrical Power & Energy Systems ✓ European Transactions on Electrical Power ✓ CIGRE brochures & papers
(4) Vijay K. Sood, HVDC and FACTS Controllers-Applications of Static Converters in Power Systems, Kluwer, 2004 徐政老师译本
(5) Prabha Kundur, Power System Stability and Control, McGraw Hill Inc., 1993
– 在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
– 直流输电的发展伴随着换流技术的发展：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…
13
Overview of HVDC Development
1. 早期阶段（before 20世纪30年代）：该时期其特点是直流电源为直 流发电机，由于直流发电机串联运行复杂、可靠性低，发展高电压 大容量直流发电机又存在换相困难等技术问题，因此限制了直流输 电的发展（无论是输电电压、距离还是输送容量都受限）。
4. 迅速发展阶段（after 1970）：20世纪70年代初成功研制出性能更加 优越的可控硅换流器，彻底解决了汞弧阀作为高压大功率直流电源 时存在的一系列问题，以及计算机控制技术的迅速发展等，使得 HVDC得到了迅速发展。
5. 技术飞速发展阶段（2000至今）：新能源和配网出现新的应用需求， 促使柔性直流输电技术（VSC-based HVDC）成为当前重点发展方 向。
➢ 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）。
1888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。
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。 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。 三相交流电气设备效率高，运行维护简单。
PREREQUISITES
• Power electronics • Power systems, basic & advanced course
7
Main Contents
HVDC概述 HVDC换流原理 HVDC控制原理与特性 HVDC故障与保护 HVDC系统稳/暂（？）态分析 复习
Development of HVDC (Cont.)
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限制 – 无功问题限制跨海及地下电缆输电距离
人们又回忆起直流输电的许多优点
– 没有运行稳定问题；线路造价低、损耗少，不存在无 功问题（线路电压补偿）等等，而继续加以研究运用
换流技术是核心
8
HVDC Overview
✓ 1. 背景 ✓ 2. HVDC发展概况
‒ 国内外HVDC发展现状 ‒ 国内外柔直工程现状 ‒ 我国的HVDC特点及挑战
✓ 3.相关的电力电子背景知识 ✓ 4. HVDC系统构成 ✓ 5. 交直流输电的比较
9
A Brief History Related
1. 1864: James Clerk Maxwell, "A Dynamical Theory of the Electromagnetic Field", Philosophical Transactions of the Royal Society of London 155, 459–512 (1865). (This article accompanied a December 8, 1864 presentation by Maxwell to the Royal Society) . Maxwell's equations are a set of partial differential equations form the foundation of classical electrodynamics, classical optics, and electric circuits.
Origin of HVDC Technology
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。
✓ 1960s: Birth of power electronics
✓ Today: HVDC is the key technology for interconnecting regions and countries.
✓ Today: Argument of HVAC vs HVDC still goes on in China
8. 1891 : The first distance power transmission (for electric power utility) from Lauffen to Frankfurt 109 miles, Germany
A Short History of AC and DC transmission
3
Reference Textbooks (Cont.)
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(1)徐政等，柔性直流输电系统，机械工业出版社，2013 (2)徐政，交直流电力系统动态行为分析，机械工业出版社，2004 (3)韩民晓，文俊，徐永海，高压直流输电原理与运行，机械工业
出版社，2004 (4)李兴源，高压直流输电系统的运行和控制，科学出版社，1998
(2) J. Arrillaga and B. Smith, AC-DC Power system Analysis, IEE Power and Energy Series, London, UK, 1998
(3) J. Arrillaga, High voltage direct current transmission, Second Edition, IEE Power and Energy Series, London, UK, 1998 任震第一版译本
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Overview of HVDC Development (Cont.)
汞弧阀
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
• 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。
7. 1888 : Nikola Tesla patents the rotating field motor May 1, 1888 and later sells the rights to George Westinghouse. This invention helps create and transmit AC power and today is still a method for generating and distributing AC power.
HVDC FUNDAMENTALS 直流输电基础
Textbook
戴熙杰，直流输电，电力工业出版社，北京， 1982 （国内第一本专著）
戴熙杰，直流输电基础，水利电力出版社，北 京，1990
2
Reference Textbooks
(1) J. Arrillaga, Y.H. Liu, and N. R. Watson, Flexible Power Transmission The HVDC Options, Chichester, England: Jhon Wiley & Sons Ltd, 2007 电 科院译本
2. 研究阶段（20世纪30年代至50年代）：该时期特点是 (1) 19世纪末 人们逐渐掌握了交流电路原理，使得交流输电技术迅速发展；(2)开 始研究用各种器件构成的换流器作为直流电源，以取代直流发电机， 并研制出了可控高压汞弧阀，为后来直流输电发展开辟了道路。
3. 重新兴起阶段（1954～1970）： 由于海缆输电直流比交流优势明显， 因此该时期的特点是以海底直流电缆输电工程为主。
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Research Search Engines
✓ Chinese Journals
− Automation of Electric Power Systems 电自化 − Proceedings of the CSEE电机 − China National Knowledge Infrastructure
(CNKI) 知网
✓ All Mighty ：Google ✓ Baidu 。。。
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Grade Assessment
• Attendance, 10％ • Presentation, or Assignment or Report, 20％ • Close-book examination, 70％
2. 1879: Thomas Edison demos first incandescent electric light bulb that lasts 13 1/2 hours October 21, 1879.
3. 1882 : The rotating magnetic field was discovered (Nikola Tesla?).
5. 1885: AC generator and transformer was invented
6. 1886 : The first full AC power system (single phase) in the world is demonstrated using step up and step down transformers. The system was built by William Stanley and funded by Westinghouse
In the AC corner: Nikola Tesla & George
Westinghouse
In the DC corner: Thomas Edison
- vs -
✓ Around 1885: Two technologies
✓ 1920s: AC grids became common
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✓ IEEE Transactions on Smart Grid ✓ IEEE Transactions on Sustainable Energy ✓ IEEE Transactions on Power System ✓ IEEE Transactions on Energy Conversion ✓ IEEE Transactions on Power Delivery ✓ Proceedings of the IEEE ✓ IET(IEE) Generation, Transmission and Distribution ✓ IET Renewable Power Generation ✓ Electric Power Systems Research ✓ International Journal of Electrical Power & Energy Systems ✓ European Transactions on Electrical Power ✓ CIGRE brochures & papers
(4) Vijay K. Sood, HVDC and FACTS Controllers-Applications of Static Converters in Power Systems, Kluwer, 2004 徐政老师译本
(5) Prabha Kundur, Power System Stability and Control, McGraw Hill Inc., 1993
– 在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
– 直流输电的发展伴随着换流技术的发展：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…
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Overview of HVDC Development
1. 早期阶段（before 20世纪30年代）：该时期其特点是直流电源为直 流发电机，由于直流发电机串联运行复杂、可靠性低，发展高电压 大容量直流发电机又存在换相困难等技术问题，因此限制了直流输 电的发展（无论是输电电压、距离还是输送容量都受限）。
4. 迅速发展阶段（after 1970）：20世纪70年代初成功研制出性能更加 优越的可控硅换流器，彻底解决了汞弧阀作为高压大功率直流电源 时存在的一系列问题，以及计算机控制技术的迅速发展等，使得 HVDC得到了迅速发展。
5. 技术飞速发展阶段（2000至今）：新能源和配网出现新的应用需求， 促使柔性直流输电技术（VSC-based HVDC）成为当前重点发展方 向。
➢ 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）。
1888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。
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。 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。 三相交流电气设备效率高，运行维护简单。
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7
Main Contents
HVDC概述 HVDC换流原理 HVDC控制原理与特性 HVDC故障与保护 HVDC系统稳/暂（？）态分析 复习
Development of HVDC (Cont.)
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限制 – 无功问题限制跨海及地下电缆输电距离
人们又回忆起直流输电的许多优点
– 没有运行稳定问题；线路造价低、损耗少，不存在无 功问题（线路电压补偿）等等，而继续加以研究运用
换流技术是核心
8
HVDC Overview
✓ 1. 背景 ✓ 2. HVDC发展概况
‒ 国内外HVDC发展现状 ‒ 国内外柔直工程现状 ‒ 我国的HVDC特点及挑战
✓ 3.相关的电力电子背景知识 ✓ 4. HVDC系统构成 ✓ 5. 交直流输电的比较
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A Brief History Related
1. 1864: James Clerk Maxwell, "A Dynamical Theory of the Electromagnetic Field", Philosophical Transactions of the Royal Society of London 155, 459–512 (1865). (This article accompanied a December 8, 1864 presentation by Maxwell to the Royal Society) . Maxwell's equations are a set of partial differential equations form the foundation of classical electrodynamics, classical optics, and electric circuits.
Origin of HVDC Technology
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。
✓ 1960s: Birth of power electronics
✓ Today: HVDC is the key technology for interconnecting regions and countries.
✓ Today: Argument of HVAC vs HVDC still goes on in China
8. 1891 : The first distance power transmission (for electric power utility) from Lauffen to Frankfurt 109 miles, Germany
A Short History of AC and DC transmission
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出版社，2004 (4)李兴源，高压直流输电系统的运行和控制，科学出版社，1998
(2) J. Arrillaga and B. Smith, AC-DC Power system Analysis, IEE Power and Energy Series, London, UK, 1998
(3) J. Arrillaga, High voltage direct current transmission, Second Edition, IEE Power and Energy Series, London, UK, 1998 任震第一版译本