第04章 高压直流输电及柔性交流输电系统(10)

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国内HVDC工程

5. 三广工程
三 峡 ±500kV,3000MW, 3kA 江 976km 陵
广 东 鹅 城
制造商： ABB公司 单极投运时间： 2004.2.19 双极投运时间： 2004.6.6 主要特点：
首个华中与南方电网非同步连接HVDC工程 荆州站采用500kVGIS
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国内HVDC工程
2
HVDC的发展
一、 国外发展概况：对电的认识和电科学的发展 源于直流。 HVDC标志性事件
1、 1882年，德国，HVDC首次成功试验
送端 受端 技术指标
2kV,1.5kW， 57km电报线 米期巴赫煤矿 慕尼黑国际展览 (Miesbach ) 会(Munich )
特点:
① 第一个电力系统； ② 线路损耗：78%； ③ 从此进入试验性阶段
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国内HVDC工程

11.高岭背靠背工程
华 北 ±500kV,2*750MW, 3kA 东 北
制造商： 自主生产 一期投运时间： 2008.11.25
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国内HVDC工程

12.德宝工程
陕 西 宝 鸡
±500kV,3000MW, 3kA 约534km
四 川
万 寿 桥
制造商： Siemens公司 单极投运时间： 2007.6.21 双极投运时间： 2007.12
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HVDC的发展阶段及其特点
第二阶段（1954-1972年）-稳步发展阶段
以 HVDC首次投入商业运行为标志。 主要特征： 1）HVDC完全进入实用化阶段； 2）HVDC的用途扩大； 3）换流设备仍是汞弧阀，但是参数和质量 大大提高。 工程投产速度：1个/2年
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HVDC的发展阶段及其特点 第三阶段（1970年-）-大力发展阶段
以 HVDC首次全部采用晶闸管元件为标志。 主要特征： 1） 换流设备几乎都采用晶闸管； 2）几乎所有工程都是超高压工程； 3）单回线输电能力增强； 4）发展速度非常快，规模越来越大。 工程投产速度：2个/年
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二、国内发展概况



1958，我国开始研究HVDC； 1963，电力科学研究院建成国内第一个晶闸管阀模 拟装置（5A）； 1977年，在上海，将一条报废的交流电缆线路改造 成为31kV的HVDC试验线路，供研究使用。
额定电压： ±800KV 额定电流：4000安培 额定功率：640万千瓦 示范工程
株 洲
浙西 上海
四川 电网
向家坝
向家坝左 向家坝右
溪左
溪洛渡左 溪洛渡右
溪右
昭通
金沙江一期800kV直流特高压输电工程
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云广特高压直流输电工程
1 2 3 4 3 2 1
额定电压： ±800KV 额定电流：3125安培 额定功率：500万千瓦 2009年单极投运、10年 投运 1-换流变压器； 2-换流器； 3-平波电抗器； 4-直流输电线路； 5-接地极系统； 6-两端交流系统
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国内HVDC工程

2. 葛南工程
葛 洲 坝
±500kV,1200MW, 1.2kA (反送： 600MW) 1045km 南 桥
制造商：葛洲坝-BBC公司；南桥-Siemens公司 单极投运时间： 1989.9 双极投运时间： 1990.8 改造竣工时间： 引进签约时间： 1984.12 2005年6月 主要特点： 我国第一个跨大区、跨系统、超高压、大容量、远 距离HVDC工程
第四章 高压直流输电及柔性交流输电系统



4.1 4.2 4.3 4.4 4.5
概述 直流输电的基本原理与稳态模型 交直流电力系统潮流计算 柔性输电元件的工作原理及数学模型 含柔性输电元件的电力系统潮流计算
1
4.1 概述


1、输电形式的发展过程（AC、DC、多相、分 频） 2、HVDC的发展 3、HVDC的组成 4、HVDC的特点 5、FACTS的基本概念 6、FACTS技术背景
上 海 华 兴
制造商： ABB公司 单极投运时间： 双极投运时间： 2006.11 开工时间: 2004.12.28
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国内HVDC工程

10.贵广II回工程
贵 州 安 顺
±500kV,3000MW, 3kA 约880km
广 东 宝 安
制造商： Siemens公司 单极投运时间： 2007.6.21 双极投运时间： 2007.12

6. 贵广I回工程
制造商： Siemens公司 单极投运时间： 2004.5.31 双极投运时间： 2004.9.20 主要特点： 世上第一个高海拔（>1000m）换流站直流工程； 首次采用三调谐滤波器； 首次采用带正向保护的LTT阀的HVDC工程； 同规模工程中投资最低 （￥56.3亿元）
4.2 直流输电的基本原理与稳态模型
二、稳态模型 1、几个假设
1）交流侧系统三相对称、电压波形为正弦波；
2）直流侧电流无纹波，即为恒直流； 3）不计换流变压器电阻和激磁支路的影响；
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2、换流器模型及等值电路
三相六脉冲桥式电路
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晶闸管换流阀的通断条件

导通条件
换流阀的阳极电位必须高于阴极电位
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在建或计划建设的国内HVDC工程
宁东-青岛：±500kV，3000MW，1043km 葛沪II 回： ±500kV，3000MW，975km 呼盟～辽宁： ±500kV，3000MW，908km 俄罗斯～辽宁：±500kV，3000MW，1400km 黑河背靠背：±500kV，750 MW ，联网 福建广东背靠背：±500kV，1500MW ，联网
换流母线 交流 系统 I
直流滤 波器
换流母线 交流系 统II
无功补 偿设备
交 流 滤波器
桥I
直流线路
桥II
交 流 滤波器
无功补 偿设备
图 HVDC原理图
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两端HVDC系统的典型设计方案 双极双桥
葛洲坝 ~500kV
Id
＋ 500kV ＋
南 桥 ~220kV
－ ＋
－ ＋
525 209 209 3 3
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国内HVDC工程

1. 舟山工程
-100kV，50MW,0.5kA 宁 舟山 54km （其中，架空线： 42km 群岛
波
海底电缆：12km ）
制造商： 中国西电公司 试运行时间： 1987.12.8 正式投运： 1989.8.31 ～ 9.1 主要特点： 我国第一个试点工程--舟山直流输电试验工程； 完全由我国自行完成
6 5
6
楚雄站
直流线路
穗东站
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4.1 概述


1、输电形式的发展过程（AC、DC、多相、分 频） 2、HVDC的发展 3、HVDC的组成 4、HVDC的特点 5、FACTS的基本概念 6、FACTS技术背景
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HVDC系统的组成
换流站I
平波电抗器 换流站II 换流变 压器 Vd II 断路器 换流变 压器 Vd I 断路器
/ /
－500kV
Id
－
230 198 198 3 3
/ /
209kV
198kV
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4.1 概述


1、输电形式的发展过程（AC、DC、多相、分 频） 2、HVDC的发展 3、HVDC的组成 4、HVDC的特点 5、FACTS的基本概念 6、FACTS技术背景
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4.1 概述

4、与交流输电相比，直流输电： 适合远距离输电 控制与调节快速 无同步稳定性问题 不增加短路容量
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国内HVDC工程

4. 三常工程
三 ±500kV,3000MW, 3kA 峡
龙 泉
890km
江 苏 政 平
制造商： ABB公司 单极投运时间： 2002.12.21 双极投运时间： 2003.7.14 主要特点：
世上容量仅次于Itaipu的第二大HVDC工程。 Itaipu 工程：2回± 600kV,3150MW,785/805km 大规模技术引进（换流变、阀冷却、12脉冲阀等） AC侧500kV
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±800kV—直流输电工程
送电容量及送电距离
云南－广东特高压直流：500万千瓦 里 1418公
向家坝－上海特高压直流：640万千瓦 1905公 里 锦屏－苏南特高压直流：720万千瓦 里 2078公
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向家坝－上海±800KV特高压直流输电工程
金沙江一期特高压直 流送出工程包括换流 站6座，换流容量 3840万千瓦；线路约 4769公里，配套的 500kV输电线路1250 公里，2010年第一回 投运，2016年全部建 成。


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4.2 直流输电的基本原理与稳态模型
一、基本原理
Vd 1 Vd 2 Id R Pd 1 Vd 1 I d Pd 2 Vd 2 I d
当直流电压Vd1大于反电压Vd2时，就有电流沿所示方 向流通； 改变两端直流电压Vd1和Vd2就可调节输送的直流电流 Id，从而也就改变直流线路的功率Pd1或Pd2； 调节通过控制系统可保持输送的功率或电流基本恒定 不变。可通过调节换流器阀的触发开通相位来实现直流 33 电压的调节；
3
HVDC标志性事件
2 、1954年，瑞典，HVDC首次投入商业运行
送端
瑞典大陆
受端
果特兰岛
技术指标
100/150kV ，20MW/30MW ， 96km海底电缆
果特兰岛直流工程 特点:
① 电力电子元件: 汞弧阀(一期)、晶闸管(二期)； ② 从此进入稳步发展阶段
4
HVDC标志性事件
3、1972年，加拿大，HVDC首次全部采用晶 闸管元件
送端
魁北克省水电 站
受端
新不伦威克省
技术指标 2×80kV, 2× 160MW ，背靠背
伊尔河背靠背直流工程 特点: 从此进入大力发展阶段
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HVDC的发展阶段及其特点 第一阶段（1954年前）-试验性阶段
以 HVDC首次成功试验为标志。 主要特征： 1）工程运行参数较低， 运行方式复杂， 可靠性低； 2）换流设备几乎都是低参数的汞弧阀； 3）发展速度较慢。
（即：阀电压必须是正向的）
在控制极加上触发所需的脉冲

关断条件
或为负，使阀元件内多余载流子消失
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阀电流减小到零，且阀电压保持一段时间等于零
换相过程(1)
换相前，阀5、6导通
以 －
V1 V5Baidu Nhomakorabea
的 换 相 过 程 为 例
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换相过程(1)
等值电路
以 －
V1 V5
的 换 相 过 程 为 例
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国内HVDC工程

3. 天广工程
天 ±500kV,1800MW, 1.8kA 广 生 州 980km 桥
制造商： Siemens公司 单极投运时间： 2000.12 双极投运时间： 2001.6 主要特点： 我国第一个交直流并联（AC/DC）工程； 世界第一个远距离架空线路上采用有源滤波器 换流器组装、AC滤波器技术转让 AC侧220kV
贵 ±500kV,3000MW, 3kA 州 安 882km 顺
广 东 肇 庆
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国内HVDC工程

7. 嵊泗工程
嵊 ±50kV,60MW, 0.6kA 泗
66.2km
宝 钢 芦 潮 港
制造商： 投运时间：
西电和东电公司 2002.
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国内HVDC工程

8. 灵宝工程
西 北
120kV,360MW, 3kA 背靠背
河 南
制造商：
一次设备： 西电和东电公司 二次设备： 南瑞（ ABB 技术）、许继（ Siemens 技术）
投运时间： 2005.6 主要特点： 我国第一个背靠背HVDC工程； 国产化依托工程
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国内HVDC工程

9. 三沪工程
三 ±500kV,3000MW, 3kA 峡 宜 1040km 都
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4.1 概述

5、FACTS（FlexibleAC Transmission System）技术 是利用大功率电力电子元器件构成 的装置来控制或调节交流电力系统的运 行参数和／或网络参数从而优化电力系 统的运行状态，提高电力系统的输电能 力的技术。
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6、FATCS设备应用背景：
电力负荷的不断增长使现有的输电系统在现有的运行控制技术下 已不能满足长距离大容量输送电能的需要。 由于环境保护的需要，架设新的输电线路受到线路走廊短缺的制 约，因此，挖掘已有输电网络的潜力，提高其输送能力成为解决 输电问题的一条重要途径。 大功率电力电子元器件的制造技术日益发展，价格日趋低廉，使 得用柔性输电技术来改造已有电力系统在经济上成为可能。 计算技术和控制技术方面的快速发展和计算机的广泛应用，为柔 性输电技术发挥其对电力系统快速、灵活的调整、控制的作用提 供了有力的支持。 电力系统运营机制的市场化使得电力系统的运行方式更加复杂多 变，为尽可能地满足市场参与者各方面的技术经济要求，电力系 统必须具有更强的自身调控能力。