高压直流输电
《高压直流输电》课件
研究高压直流输电线路和换流站对周边电磁环境的影响，制定相应的防护措施和标准，降低对环境和人体的影响。
研究高压直流输电在电网中的稳定运行机制，通过优化无功补偿、有功滤波等技术手段，提高系统的稳定性和可靠性。
高压直流输电系统的核心，负责将交流电转换为直流电或反之。
换流站
直流输电线路
接地极
用于传输直流电，通常采用架空线或海底电缆。
为系统提供参考地电位，并泄放多余的电流。
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实现交流电与直流电相互转换的核心元件。
换流阀
用于调整电压等级，使换流站能与不同电压等级的电网连接。
变压器
用于滤除换流过程中产生的谐波，减少对周围环境的干扰。
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目录
高压直流输电概述高压直流输电的基本原理高压直流输电系统的构成与设备高压直流输电的优缺点与关键技术问题高压直流输电的工程实例与展望
01
高压直流输电概述
Chapter
总结词
高压直流输电是一种利用高压直流电进行远距离传输的输电方式，具有输送容量大、损耗小、稳定性高等特点。
详细描述
总结词
换流技术是高压直流输电的核心技术之一，涉及到整流和逆变两个过程。
详细描述
在整流过程中，交流电源转换为直流电源，通过控制晶闸管或绝缘栅双极晶体管的开关状态实现。逆变过程则是将直流电源转换为交流电源，同样通过控制开关状态实现。换流技术的关键在于保证电流的稳定和减小谐波干扰。
VS
高压直流输电的损耗主要包括线路损耗和换流损耗，提高效率是重要目标。
高压直流输电技术简析
高压直流输电技术简析高压直流输电技术是一种将电能以直流形式进行长距离传输的技术。
相比传统的交流输电技术，高压直流输电技术具有许多优势，如输电损耗小、输电距离远、电网稳定性高等。
本文将对高压直流输电技术进行简析，介绍其原理、应用和发展前景。
一、高压直流输电技术的原理高压直流输电技术是利用变流器将交流电转换为直流电，然后通过高压直流输电线路将直流电进行传输，最后再通过变流器将直流电转换为交流电。
这种技术的核心是变流器，它能够实现电能的双向转换，即将交流电转换为直流电，也可以将直流电转换为交流电。
二、高压直流输电技术的应用1. 长距离输电：高压直流输电技术适用于长距离输电，特别是在海底或山区等地形复杂的地方。
由于直流电的输电损耗较小，可以有效减少能源的浪费，提高输电效率。
2. 交流与直流互联：高压直流输电技术可以实现交流电与直流电的互联，使得不同电网之间可以进行互相补充，提高电网的稳定性和可靠性。
3. 可再生能源输电：随着可再生能源的快速发展，如风能、太阳能等，高压直流输电技术可以有效解决可再生能源的输电问题，将分散的可再生能源集中输送到用电地区，提高能源利用率。
三、高压直流输电技术的发展前景高压直流输电技术在能源领域具有广阔的应用前景。
随着能源需求的增加和能源结构的调整，高压直流输电技术将成为未来能源输送的重要手段。
其主要发展趋势包括：1. 提高输电效率：通过不断提高变流器的转换效率和输电线路的导电性能，进一步降低输电损耗，提高输电效率。
2. 提高输电容量：通过增加输电线路的电压等级和改进输电线路的结构，提高输电容量，满足不断增长的能源需求。
3. 发展智能化控制系统：利用先进的智能化控制系统，实现对输电线路的实时监测和故障诊断，提高电网的稳定性和可靠性。
4. 推动国际合作：加强国际间的合作与交流，共同推动高压直流输电技术的发展，实现全球能源的高效、安全、可持续发展。
总结：高压直流输电技术作为一种高效、稳定的电力输送方式，具有广泛的应用前景。
高压直流输电术语
高压直流输电术语高压直流输电是一种将电能以直流形式从发电厂输送到用户的电力传输技术。
与传统的交流输电相比，高压直流输电具有更高的效率、更远的距离和更小的输电损耗。
下面将从输电方式、输电特点和应用领域三个方面详细介绍高压直流输电术语。
一、输电方式1. 单线架空输电：高压直流输电可以通过架设单根输电线路来实现。
这种方式适用于输电距离短、地形平坦的场景。
单线架空输电需要考虑线路的安全性和稳定性，以及对环境的影响。
2. 铜氧化镍导体：高压直流输电线路中常使用铜氧化镍导体。
铜氧化镍导体具有良好的导电性能和导热性能，能够承受高温和高压。
此外，铜氧化镍导体还具有较小的电阻损耗和较高的机械强度。
3. 架空输电塔：高压直流输电线路需要架设输电塔来支撑输电线路。
架空输电塔通常由钢材制成，具有高强度和稳定性。
根据地形和线路距离的不同，输电塔的类型和形状也会有所不同。
二、输电特点1. 高电压：高压直流输电中，电压通常达到数百千伏或更高。
高电压可以减小输电线路的电流，降低线路损耗，提高输电效率。
同时，高电压也对输电线路的绝缘和安全性提出了更高的要求。
2. 低损耗：高压直流输电由于直流特性，输电线路的电阻损耗相对较低。
与交流输电相比，高压直流输电的线路损耗更小，能够减少能源的浪费，提高能源利用效率。
3. 远距离输电：高压直流输电相对于交流输电来说，具有更远的输送距离。
这是因为在长距离输电中，交流输电会产生较大的电阻损耗和电感损耗，而高压直流输电可以减小这些损耗。
三、应用领域1. 远距离输电：高压直流输电被广泛应用于远距离输电领域。
例如，海底电缆输电和跨国输电项目都采用高压直流输电技术。
通过高压直流输电，可以实现超长距离的电力传输，满足不同地区的用电需求。
2. 可再生能源输电：高压直流输电也逐渐应用于可再生能源输电领域。
由于可再生能源发电厂往往位于偏远地区，而用户集中在城市地区，高压直流输电可以有效地将可再生能源输送到用户，促进可再生能源的开发和利用。
高压直流输电
一、高压直流输电概述1．已投运的直流输电工程中，输送容量最大的是巴西的伊泰普直流输电工程，容量为6300MW，输电电压±600KV，线路长度806KM；输送电压等级最高的是前苏联的叶基巴斯利兹—欧洲中心的直流输电工程，容量为6000MW，电压±750KV，线路长达2414KM；2．直流输电的优点（1）线路造价低、年运行费用省；（2）没有运行稳定问题；（3）能限制短路电流；（4）调节速度快，运行可靠。
3．直流输电的缺点（1）环流装置价格昂贵；（2）消耗大量的无功功率；（3）产生谐波影响；（4）缺乏直流断路器；二、基本原理直流和交流线路不同，它只输送有功功率，而不输送无功功率。
一个换流站既可以作整流站，也可以做逆变站运行。
高压直流输电系统，就是将送端系统的高压交流电，经换流变压器变压，由换流器将高压交流转换成高压直流，通过直流输电线路输送到另一端换流站，再由换流器将将高压直流转换成高压交流，然后经过环流变压器与受端交流电网相连，将电能送至受端系统。
三、换流站电气主接线及电气设备1．换流站电气主接线两种方式：一种是换流单元串联而成；另一种是由换流单元并联而成。
绝大多数采用串联方式。
两端单极直流输电系统、两端双极直流输电系统；2．电气设备主接线中除了换流变压器、换流桥、平波电抗器、交流滤波器组、直流滤波器组、接地电极外，还包括交流断路器、同步调相机、避雷器、高频阻塞器、直流冲击波吸收电容器、直流电流互感器和直流电压互感器以及旁路隔离开关等。
换流器、换流变压器、平波电抗器和滤波器等看做是换流站特有的主要一次电气设备。
换流器，用于将交流电力变换成直流电力，或将直流电力逆变为交流电力。
现在的换流器都是由晶闸管组成的，每个晶闸管的额定电压可达1.5KV，额定电流1200A。
换流变压器，用于电压的变换和功率的传送。
交流断路器，用于将直流侧空载的换流站或者换流装置投入到交流电力系统或从其中切出。
高压直流输电
高压直流输电一、高压直流输电系统（HVDC）概述众所周知，电的发展首先是从直流开始的，但很快就被交流电所取代，并且在相当长的一段时间内，在发电、输电和用电各个领域，都是交流电一统天下的格局。
HVDC技术是从20世纪50年代开始得到应用的。
经过半个世纪的发展，HVDC技术的应用取得了长足的进步。
据不完全统计，目前包括在建工程在内，世界上己有近百个HVDC 工程，遍布5大洲20多个国家。
其中，瑞典在1954年建成投运的哥特兰（Gotland）岛HVDC 工程（20MW，100kV，90km海底电缆）是世界上第一个商业化的HVDC工程，由阿西亚公司(ASEA，今ABB集团)完成；拥有最高电压（±600kV）和最大输送容量（2 x 3150MW）的HVDC工程为巴西伊泰普（Itaipu）工程；输送距离最长（1700km）的HVDC 工程为南非英加——沙巴（1nga2Shaba）工程；电流最大的HVDC工程在我国：如三常、三广和贵广HVDC工程，额定直流电流均为3000A。
HVDC的发达地区在欧洲和北美，ABB和西门子等公司拥有最先进的HVDC技术，美国是HVDC工程最多的国家。
HVDC在我国是从20世纪80年代末开始应用的，起步虽然较晚，但发展很快。
目前包括在建工程在内，总输送容量已达18000MW以上，总输送距离超过7000km，该两项指标均已成为世界第一。
我国第一个HVDC工程是浙江舟山HVDC工程（为工业试验性工程），葛沪HVDC工程是我国第一个远距离大容量HVDC工程，三常HVDC工程是我国第一个输送容量最大（3000MW）的HVDC工程，灵宝（河南省灵宝县）背靠背HVDC工程是我国第一个背靠背HVDC工程。
我国已投运的HVDC工程见表1。
表1我国已投运的HVDC工程另外，2010年前后建成投运的HVDC工程有四川德阳——陕西宝鸡（1800 MW、±500 kV，550km）、宁夏银南——天津东（3000MW、±500kV，1200km）等；至2020年前后，还计划建设云南昆明——广东增城、金沙江水电基地一华中和华东HVDC工程以及东北——华北、华北——华中、华中——南方背靠背HVDC工程等十几个HVDC工程。
高压直流输电HVDC
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直流输电工程的缺点
与高压交流输电相比较，直流输电具有以下
缺点： 1、换流站的设备较昂贵； 2、换流装置要消耗大量的无功功率； 3、产生谐波影响； 4、换流装置几乎没有过载能力，对直流系统 的运行不利； 5、缺乏高压直流开关；
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6、直流输电利用大地或海水为回路带来了一
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高压直流输电系统的经济优势：线损
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高压直流输电系统的经济优势：环境
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三、HVDC系统的组成
三相电源 换流站 输电电缆或者架空线 换流站 交流电网
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HVDC系统的组成
高压直流输电的主要设备是两个换流站和直流输电 线。 两个换流站分别与两端的交流系统相连接。
HVDC的核心有两个：整流与逆变
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HVDC系统的组成
换流站的主要设备包括换流器、换流变压器、平波 电抗器、交流滤波器、直流避雷器及控制保护设备 等。 换流器又称换流阀是换流站的关键设备，其功能是 实现整流和逆变。目前换流器多数采用晶闸管可控 硅整流管)组成三相桥式整流作为基本单元，称为换 流桥。一般由两个或多个换流桥组成换流系统，实 现交流变直流直流变交流的功能。
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四、柔性直流输电
柔性直流输电的技术特点
柔性直流输电是以全控型电力电子器件、电压源换流器和新型调制
技术为突出标志的新一代直流输电技术，具有无需无功补偿和电网 支撑换相、占地面积和环境影响小等特点；
高压直流输电技术
高压直流输电技术在电力系统中的实际应用案例
案例一：国家电网的特高压直流 输电工程
案例三：高压直流输电在海上风 电并网中的应用
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案例二：南方电网的背靠背直流 输电工程
案例四：高压直流输电在跨国电 力联网中的应用
高压直流输电技术在电力系统中的未来发展方向
更高电压等级：随着技术的进步，高压直流输电系统的电压等级将进一步 提高，以实现更远距离、更大容量的电力传输。
智能控制：利用先进的控制算法和人工智能技术，实现对高压直流输电系 统的智能控制，提高电力系统的稳定性和可靠性。
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应用场景：广泛应用于电力系统、城市供电、铁路供电等领域。
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未来发展：随着新能源、智能电网等技术的不断发展，高压直流输电技 术的应用前景更加广阔。
高压直流输电技术的应用场景
跨大区电网互联 远距离大容量输电 分布式能源并网 城市供电和配电网
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高压直流输电技术的发展历程
高压直流输电技术的起源和发展
起源：20世纪初，高压直流输电技术开始发展，主要用于城市供电和跨大 区输电。
发展历程：20世纪50年代，随着电力电子技术和控制技术的进步，高压直 流输电技术逐渐成熟并得到广泛应用。
技术特点：高压直流输电具有输送功率大、线路损耗小、输送距离远等优 点，尤其适用于大容量、远距离输电。
应用场景：高压直流输电技术广泛应用于电力系统互联、海上风电并网、 城市供电等领域。
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高压直流输电技术的关键技术问题
高压直流输电系统的设计和优化
高压直流输电
2E sin t
6
2E cos
6
6
同理，将A 除以 ／3，即得到这种情况下直流电压的平均值
Vd
A
3
32
E cos
Vd0 cos
1.35E cos
从上式可以看出，在考虑到 0 的情况下，与 0 时比较，直流输出电压改
1.3直流输电系统的分类
一、单极线路方式
单极线路方式是用一根架空导线或电缆线，以大地或海水作为 直流输电系统。
二、双极线路方式
双极线路方式有两根不同极性（即正、负）的导线，可具有大 地回路或中性线回路。它有双极两线中性点两端接地方式、双极中 性点单端接地方式、双极中性线方式、“背靠背”换流方式四种方式。
半桥各有一个阀导通，不考虑变压器
图2.1 单桥整流器原理接线图
漏抗造成的选弧 （即重叠角 ＝0)，
也不考虑阀导通时的延迟（即延迟
角
）。
图2.2 交流相电压的波形图
2.1 整流器的工作原理
所以理想情况下的整流器的工作 原理是：联系最高交流电压的晶闸管 将导通，电流由此流出；而联系最低 交流电压的晶闸管也导通，电流由此 返回。通过按照一定次序的晶闸管阀 的“通”与“断”，将交流电压变换 成脉 动的直流电压。
1.1954年以前——试验性 阶段
2.1954年至1972年——发 展阶段
3.1972年到现在——大力 发展阶段
图1.1 直流输电的发展概况
1.1 高压直流输电的发展历史
二、我国高压直流输电的发展情况
50年代，我国关于直流输电技术的研究工作就开始起步，但发 展曲折而缓慢，而且从设计、运行、制造等方面来看，与世界先进 水平还有相当大的差距。浙江舟山直流输电工程是我国第一个直流 输电试点工程，为发展我国的直流输电技术进行探索、积累经验。
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高压直流输电
高压直流输电是将三相交流电通过换流站整流变成直流电，然后通过直流输电线路送往另一个换流站逆变成三相交流电的输电方式。
它基本上由两个换流站和直流输电线组成，两个换流站与两端的交流系统相连接。
直流输电线造价低于交流输电线路，但换流站造价却比交流变电站高得多。
一般认为架空线路超过600～800km，电缆线路超过40～60km，直流输电较交流输电经济。
随着高电压大容量可控硅及控制保护技术的发展，换流设备造价逐渐降低，直流输电近年来发展较快。
我国从国外引进设备和技术建设的葛洲坝—上海1100km、±500kV、输送容量1200MW的直流输电工程，已于1990年建成并投入运行。
直流输电技术的主要优点是：不增加系统的短路容量；便于实现两大电力系统的非同期联网运行和不同频率的电力系统的联网；利用直流系统的功率调制能提高电力系统的阻尼，抑制低频振荡，提高并列运行的交流输电线的输电能力。
它的主要缺点是直流输电线路难于引出分支线路，绝大部分只用于端对端送电。
加拿大原计划开发和建设五端直流输电系统，现已建成三端直流输电系统。
实现多端直流输电系统的主要技术困难是各种运行方式下的线路功率控制
问题。
目前，一般认为三端以上的直流输电系统技术上难实现，经济合理性待研究。