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。
03
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04
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。
高压直流输电原理
高压直流输电原理高压直流输电是一种通过直流电进行能量传输的技术，它在长距离输电和特定场合下具有明显的优势。
其原理是利用变流器将交流电转换为直流电，通过输电线路将电能传输到目标地点，再通过逆变器将直流电转换为交流电。
高压直流输电技术已经在世界各地得到广泛应用，为电力输送提供了新的解决方案。
高压直流输电的原理主要包括三个方面，变流器、输电线路和逆变器。
首先是变流器，它是将交流电转换为直流电的关键设备。
变流器通过控制晶闸管或者其他功率半导体器件的导通和关断，实现对交流电的整流和逆变。
在直流电系统中，变流器能够实现对电压和频率的控制，保证电能的稳定输送。
同时，变流器还能实现对电能的调节和平衡，提高电能的利用效率。
其次是输电线路，它是高压直流输电的传输通道。
输电线路需要具备足够的绝缘强度和导电能力，以保证电能的稳定传输。
在高压直流输电系统中，输电线路通常采用特殊的材料和结构设计，以满足长距离输电和大功率输送的需求。
同时，输电线路还需要考虑环境因素和安全要求，确保电能传输的可靠性和稳定性。
最后是逆变器，它是将直流电转换为交流电的关键设备。
逆变器通过控制晶闸管或其他功率半导体器件的导通和关断，实现对直流电的逆变和变频。
在直流电系统中，逆变器能够实现对电压和频率的控制，保证电能的稳定输出。
同时，逆变器还能实现对电能的调节和平衡，提高电能的利用效率。
综上所述，高压直流输电原理是通过变流器将交流电转换为直流电，通过输电线路将电能传输到目标地点，再通过逆变器将直流电转换为交流电的技术。
这种技术在长距离输电和特定场合下具有明显的优势，为电力输送提供了新的解决方案。
随着技术的不断发展，高压直流输电将在未来得到更广泛的应用，为能源领域的发展带来新的机遇和挑战。
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。
目前，我国已经建成了多条高压直流输电线路，如长江三峡-上海、青海-河南等，这些线路的建设和运行经验为我国高压直流输电技术的发展提供了宝贵的经验。
未来，高压直流输电技术还将面临一些挑战和机遇。
一方面，随着技术的不断进步，高压直流输电技术的输电效率将进一步提高，输电损耗将进一步降低。
另一方面，随着可再生能源的快速发展，高压直流输电技术将成为可再生能源大规模开发和利用的重要手段。
总之，高压直流输电技术是一种具有广泛应用前景的技术。
它不仅可以实现长距离输电，提高能源利用效率，还可以实现交流与直流的互联，提高电网的稳定性和可靠性。
高压直流输电原理
高压直流输电原理高压直流输电是一种利用高压直流技术进行能量传输的电力输电方式。
与传统的交流输电相比，高压直流输电具有输电损耗小、线路占地少、环境影响小等优势，因此在远距离、大容量的电力输送中具有重要的应用价值。
高压直流输电的原理主要包括直流发电、换流器、直流输电线路和直流接收端等几个方面。
首先是直流发电，即通过发电机产生直流电能；然后是换流器，将交流电转换成直流电以便进行输电；接着是直流输电线路，将直流电能通过特殊的输电线路输送到目的地；最后是直流接收端，将直流电能转换成交流电以供给用户使用。
在高压直流输电中，换流器是起着至关重要的作用的设备。
换流器主要由整流器和逆变器两部分组成，整流器将交流电转换成直流电，逆变器将直流电转换成交流电。
这样的设计可以有效地减小输电损耗，提高输电效率。
另外，高压直流输电线路也是高压直流输电系统中的关键部分。
相比于交流输电线路，直流输电线路可以减小电能损耗，降低线路的损耗和占地面积，减少对环境的影响。
因此，直流输电线路在远距离、大容量的电力输送中具有明显的优势，是高压直流输电系统的重要组成部分。
总的来说，高压直流输电以其输电损耗小、线路占地少、环境影响小等优势，在远距离、大容量的电力输送中具有重要的应用价值。
通过直流发电、换流器、直流输电线路和直流接收端等关键部分的协同作用，高压直流输电系统可以实现高效、稳定地输送电能，为现代电力系统的发展提供了重要的支持。
随着技术的不断进步和应用的不断推广，相信高压直流输电技术将在未来的电力输送中发挥越来越重要的作用。
高压直流输电的基本控制原理
高压直流输电的基本控制原理引言高压直流输电（High Voltage Direct Current Transmission，简称HVDC）是利用直流电进行长距离电能传输的一种电力传输方式。
相比传统的交流输电，HVDC具有输送能力强、输电距离远、输电损耗小等优势，因此被广泛应用于长距离大容量电力传输领域。
本文将介绍高压直流输电的基本控制原理。
1. 高压直流输电系统架构HVDC系统由两个互补的部分组成：直流变换站（Converter Station）和直流输电线路（Transmission Line）。
1.1 直流变换站直流变换站有两个关键组成部分：直流输电端（Rectifier），用于将交流输电线路的电能转换为直流电能；直流送电端（Inverter），用于将直流电能转换为交流电能。
直流变换站还包括转换器阀（Converter Valve）和控制系统，用于实现电能的双向转换和控制。
1.2 直流输电线路直流输电线路是连接两个直流变换站的输电线路，通常采用高压直流输电线路（High Voltage Direct Current Transmission Line）或双回线方式。
直流输电线路的主要组成部分有导线、绝缘子、支架等。
2. 高压直流输电的基本控制原理高压直流输电系统的基本控制原理是通过控制直流变换站和直流输电线路的参数来实现对系统的稳定性、功率传输和电压/电流等的调节。
2.1 直流变换站控制直流变换站通过改变直流输电端和直流送电端的工作状态，实现电流方向和功率的控制。
主要的控制策略有以下几种： - 换流控制：控制换流阀的开关时间，改变电流的方向； - 功率控制：通过调整换流阀的开关时间，控制功率的输入和输出； - 电压/电流控制：通过调整换流阀的开关时间，控制电压/电流的大小和稳定性。
2.2 直流输电线路控制直流输电线路的控制主要包括电流控制和电压控制两个方面： - 电流控制：通过调整输电线路的电流大小和方向，实现输电功率的调整和平衡。
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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向失败，因而它更无法向无源网络供电。
针对这些缺陷，目前主要有两种解决方案：
一是在换流器主电路中增加辅助器件来提高晶闸管的换向可靠性 和补偿换流器的无功损耗。电容换向换流装置 （Capacitor Commutated Converters,简称CCC）就属于这种情况。换向电容
器提供一个能减小熄弧角的附加换向电压，从而减小无功消耗
我国正在规划中的直流输电工程
北部与中部电网联网工程，已通过项目可行性初审 华北—华中联网，先交流联网再过渡到直流背靠背 山东—华东联网，建议用背靠背 四川—西北联网，拟用直流 金沙江向家坝、溪洛渡水电站外送华东、华中工程，规划用直流 （可能±600或±750）
பைடு நூலகம்
云南小湾电站送广东，用直流
会使金属发生腐蚀
四、新的直流输电技术
传统的采用晶闸管的HVDC虽是一门成熟的技术，但仍存在一些不 足之处。如因晶闸管为半控元件，它只能控制阀的开通而不能控
制阀的自然关断，关断必须借助交流母线电压的过零使阀电流减
少到阀的维持电流以下才能使阀自然关断。而由于开通滞后角和 熄弧角的存在及波形的非正弦，传统的直流输电要吸收大量的无 功功率，也就需要大量的无功补偿及滤波设备。另外，传统HVDC 需要受端交流网络提供换向电流，若受端网络较弱则容易发生换
4.换流器过载能力低
其过载能力仅为额定容量的10~25%
5.送电方式单一
6.在某些运行方式下，对地下或海底物产生腐蚀和电磁 干扰
如直流输电在单极以大地为回路的方式运行时，电流将沿大地返 回，在返回的途中电流总是趋向于沿阻抗低的导体流动，如金属
管道、电(光)缆金属护套等等。而电流在地中金属导体中的流动
一般稳态条件下整流器吸收额定容量30~50%的无功，逆变器则为 40~60%。而暂态条件下消耗得更多。
3. 换流过程产生大量谐波
在目前的技术条件下，直流输电系统中的谐波是不可避免的而且
相当严重，在正常运行条件下从交流侧看，直流换流器实际上呈
现为一个产生特征谐波的谐波电流源，在故障条件下还会产生非 特征谐波。
Thyristor）这样的高压大容量电力电子器件的出现使得这一想 法已成现实，这就是基于电压源换流器的直流输电系统（HVDCVSC)
二是将换流器主电路中的半控型器件替换为全控器件，并采取相 应的控制策略。从而使换流器能工作在无源逆变方式、并且能够 同时且独立地控制有功功率和无功功率。随着电力电子技术的发 展，像门极可关断晶闸管（GTO，Gate Turn Off Thyristor）
和绝缘栅双极晶闸管（IGBT，Insulated Gate Bipolar
5.节约输电走廊，有利于可持续发展
因为直流输电采用双极运行时也只需要架设两根导线，而交流输 电需要三根导线
6.抗故障能力强
发生故障后响应快、恢复时间短（单极0.2~0.35s)、不受稳定制 约、可多次再启动和降压运行来创造消除故障恢复正常运行的条 件
三、直流输电的缺点
1.换流站造价昂贵 2.换流器无功消耗量大
二、直流输电的优点
1.有利于改善交流系统的稳定性
在交流输电系统中，由于受发电机功角特性的限制，所有连接在 电力系统的同步发电机必须保持同步运行以维持系统的稳定。如 果采用直流线路连接两个交流系统，由于直流输电没有相位和功 角问题，所以不存在上述的稳定问题，可实现交流系统的非同步 运行。直流输电也因此而不受输电距离的限制。
2.可有效限制短路容量
如果用交流输电线连接两个交流系统，短路容量将增大，而用直 流输电线路连接两个交流系统，直流系统的“定电流控制”将快
速把短路电流限制在额定值附近，短路容量不因互联而增大
3.调度、控制性能极为优越
直流输电采用电子换流装置，具有快速响应的特点。直流传输功 率在20～30ms时间内就能跟随功率指令而阶跃变化。因此可以快 乃至在交流系统故障情况下进行紧急功率支援
换流技术一直是制约直流输电的瓶颈，随着电力电子技术、 计算机技术、光纤技术和新材料技术的出现和发展，换流 问题得到了很好地解决，直流输电因其良好的技术经济性 再次备受关注，逐步成为了高电压、大容量、远距离送电 及异步联网、跨海送电的重要手段 。
我国高压直流输电技术的应用发展很快，从1989年第一条
速、灵活地调节Pd的大小、方向，并参与对交流网络的功率调制，
4.对于长距离大容量输电，经济性显著
在电压等级相同输送容量相等时，当输电距离超过一定的距离时
直流输电较交流输电经济。随着高电压大容量晶闸管及控制保护
技术的发展，换流设备造价逐渐降低，直流输电的经济优势将更 为明显。同时，由于直流输电的功率损耗比交流输电小的多，所 以其运行费用也低。
高压直流输电
引言
一、直流输电技术的应用与发展
当今使用的高压直流（HVDC）输电技术，其发展始于上世纪二 十年代 ，但直到1954年，当连接哥特兰岛与瑞典大陆之间的 世界上第一条采用汞弧阀的HVDC输电线路建成时，才算进入了 商业化应用时代。
第一个采用晶闸管阀的HVDC系统是于1972年建立的伊尔河系 统，这是用于连接加拿大新不伦威克省和魁北克省的一个 320MW背靠背直流系统。从此晶闸管阀成为直流换流站的标 准设备。
500kV直流输电线路（葛上线）建成至今短短16年，我国已
有500 kV直流输电工程6个（其中一个背靠背），光是南方
电网就有两个
我国已在规划中的直流输电工程也有6个
目前我国已有直流工程：
葛上直流，1989年投产，1200MW，1050km
天广直流，2001年投产，1800MW，960km
龙政直流（三峡—常州），2003年投产，3000MW，860km 江城直流（三峡—惠州），2004年投产，3000MW，975km 高肇直流（贵州—肇庆），2004年投产，3000MW，960km 西北与华中联网灵宝背靠背，2005年投产，360MW