第一章概述2012(1)——直流输电发展及系统结构

2012-09-10
15


交流标志性事件：
1891年，多利沃-多布罗夫斯基在德国法兰克福的电气技术博览会上
，成功地进行了远距离三相交流输电实验，将劳风 (Lauffen) 三相交
流发电机发出的电能用15kV的高压送电到180公里外的法兰克福，输 电效率达到75％，在当时的条件下，如此高的传输效率是直流输电所
2012-09-10 14

19 世纪 80 年代，（多利沃 - 多布罗夫斯基）相继发明出了
三相交流发电机（1888年）和三相变压器（1891年）。

随着三相交流发电机、感应电动机和变压器的迅速发展， 发电和用电领域很快被交流电取代；同时，由于变压器可 以方便的改变电压，从而进一步使交流输电和交流电网得 到迅速发展，占据了统治地位。
2012-09-10
27

因此，从1954年开始，输电方式进入了：
交直流输电并存的新的历史时期
（不是简单的恢复到爱迪生时代）
2012-09-10
28
1.3 直流输电工程的系统结构

主接线，汇集、输送、 分配电能的电路
单极大地（海水）回线方式 单极金属回线方式 单极双导线并联大地回线方式 双极两端中性点接地方式 双极一端中性点接地方式 双极金属中线方式

标志性事件2： 1954年，瑞典，HVDC首次投入商业运行 送端 受端 技术指标 瑞典大陆 果特兰岛 100/150kV ，200A 20MW/30MW ， 果特兰岛直流工程 96km海底电缆 ① 换流元件:汞弧阀(一期)、晶闸管(二期)； 特点 ② 从此进入稳步发展阶段
2012-09-10 19
东北电网公司：辽宁、吉林、黑龙江
南方电网：
云南、广西、广东、贵州、海南 南方电网
2012-09-10 5
华中电网

为了实现资源优化配置，在六大区域电网的基础 上开展了全国联网工作。
东北电网
华北电网
西北电网
89葛上线
ห้องสมุดไป่ตู้
山东电网
华中电网 川渝电网 贵州电网 云南电网 广西电网
03三常线 06三上线
华东电网
使用的教材及参考书
1）赵畹君《高压直流输电工程技术》，中国电力出版社，2009 （80元） 2）浙江大学发电教研组直流输电科研组编写《直流输电》，水利电力出版社， 1985年； 3）戴熙杰《直流输电技术》水利电力出版社，1990年； 4）王官杰，任震《高压直流输电技术》重庆大学出版社，1997年； 5）李兴源《高压直流输电系统的运行和控制》科学出版社，2010年；(28元) 6）夏道止《高压直流输电系统的谐波分析及滤波》水利电力出版社，1994年 7）张金堂翻译（瑞典 E. 乌尔曼编）《直流输电》科学出版社，1983年。 8）韩民晓等《高压直流输电原理与运行》机械工业出版社，2009年(30元)

主要特征：

工程投产速度：1个/2年 到1977年最后一个采用汞弧阀换流的直流工程（加拿 大纳尔逊河Ⅰ期工程）建成，世界上共有12项采用汞 弧阀换流的直流工程投入运行。

2012-09-10
25
第三阶段（1970年以来）——大力发展阶段

以 HVDC首次全部采用晶闸管元件为标志。
伊尔河背靠背直流工程 特点 从此进入大力发展阶段
2012-09-10
22
果特兰岛 直流工程
2012-09-10
23
1.2 高压直流输电发展阶段及其特点

直流输电的发展与换流技术的发展（其中特别是 高压大功率换流设备的发展）有密切的关系。 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：
不能办到的。


从此，高压交流输电的有效性和优越性得到了公认。
（例如， Westinghouse1893年芝加哥世界博览会展示，同时点亮 90000盏灯；在美国1895年建成了尼亚加拉水电站73.5MW-35km）
补充：为什么用三相？

与单相电比较,三相电具有许多优点:
1）从发电方面看，对于相同尺寸的发电机，采用三相的比单相的可
2012-09-10
9
第一章 导论

1.1 高压直流输电发展概貌
采用交流输电还是直流输电？ （国外的发展历史）
1）早期直流输电阶段

对电的认识和电科学的发展源于直流。(电报的启发)

主张直流输电的科学家：爱迪生、开尔文、德普勒
2012-09-10
10
1）早期的直流输电
1874年，在俄国彼得堡第一次实现了低压直流输电， 电压100V；

主张交流输电的科学家：
特斯拉、威斯汀豪斯、法拉第、亨利、奥斯特

原因：
远距离送电—减少输电线路中的电能损失 ——提高电压——改变电压—交流输电
1888 年，由 费朗蒂 设计的伦敦泰晤士河畔的大型交流 输电站开始输电。以10kV的交流电送往相距 10km外的市 区变电站，在这里降为 2.5kV ，再分送到各街区的二级变 压器，降为100V供用户照明。
1）直流输电概述（优缺点、系统结构等） 2）直流输电中的换流技术（整流和逆变）及无功补偿； 3）直流系统的稳态运行特性； 4）直流输电系统的控制方式； 5）直流系统中谐波产生及抑制技术； 6）换流站中主设备的特点； 7）直流输电系统中的故障方式及保护方式； 8）直流输电系统的过电压保护和绝缘配合。
2012-09-10 8
4

为了实现资源优化配置，在六大区域电网的基础上开展了全国 东北电网 联网工作。 华北电网
国家电网： 西北电网
华北电网公司：北京、天津、河北、山西、山东、内蒙
华中电网公司：湖北、湖南、江西、河南、四川、重庆
华东电网公司：上海、江苏、浙江、安徽、福建 西北电网公司：陕西、甘肃、宁夏、青海、新疆、西藏 华东电网
国 家 电 网
广东电网 海南电网
南 方 电 网
6
2012-09-10
国家电网公司的指导方针
国家电力公司部署了“西电东送、南北互联、全国联
网”的方针。全国互联电网的基本格局是：以三峡输电系统
为主体，向东西南北方向辐射，形成以北、中、南送电通道 为主体，南北电网间多点互联，纵向通道联系较为紧密的全
国互联电网格局。北、中、南三大片电网之间原则上采用直
2012-09-10
17
但随着电力系统的迅速扩大，输电功率和输电 距离的进一步增加，交流电也遇到了一系列不可 克服的困难，例如： 造价； 稳定性； 工频过电压； 等
2012-09-10
18
3）汞弧阀换流时期
解决方案：交流和直流的融合 依赖于——换流技术的发展 1933年，美国通用电气公司为布尔德坝枢纽工程设计出 了高压直流输电装置；

主要特征：




工程投产速度：2个/年
26
2012-09-10

1954年~2000年，世界上投运的直流输电工程63项，其
中：架空线17项、电缆8项、架空电缆混合的12项、背 靠背26项。（2001~2003年，13项）


最高电压：±600kV，巴西伊泰普直流工程
最高输送容量：6300MW，巴西伊泰普直流工程 最长输送距离：1700km：南非英加—沙巴直流工程； 电缆最大输送容量：2000MW，英法海峡直流工程。



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。
2012-09-10
24
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。

1954年世界上第一个工业性直流输电工程（果特兰岛直流工 程）在瑞典投入运行 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。
到1977年最后一个采用汞弧阀换流的直流工程 （加拿大纳尔逊河I期工程）建成，世界上共有12 项采用汞弧阀换流的直流工程投入运行。其中：
最大输送容量和最长输送距离的是美国太平洋联络线： 1440MW、1362km； 最高输电电压的为加拿大纳尔逊河I期工程：±450kV

上述时期被称为汞弧阀换流时期。 但汞弧阀制造技术复杂、价格昂贵、可靠性低（易发生 逆弧）、运行维护不便，使直流输电的发展受到了限制。
原因有二：

正极性导线电晕的电磁干扰和噪声水平大于负极性； 雷电是负极性的，为了防雷的需要。
30
2012-09-10
a) 单极大地（海水）回线方式
以提高功率约50%； 2）从输电方面看，在输电距离、输送功率、功率因数、电压损失和 功率损失等相同的输电条件下 ,输送三相电能较输送单相电能可以节约铜 25%； 3）从配电方面看，三相变压器比单相变压器更经济，而且三相变压 器更便于接入三相及单相两类负载； 4 ）此外 ,在用电设备方面，三相笼型异步电动机具有结构简单，价 格低廉,坚固耐用,维护使用方便，且运行时比单相电动机振动小等优点。
流背靠背或常规直流隔开，以控制交流同步电网的规模。预 计今后十几年内直流输电项目不少。
2012-09-10
7
学习本课程的目的和意义
了解和基本掌握高压直流输电的基本原理及其中的关键问题，为
大家今后从事直流输电工程的规划、设计、运行管理以及直流输电 设备的设计、制造和试验等打下一定的基础。 本课程的主要内容包括：
2012-09-10 20
4）高压直流输电的进一步发展—— 晶闸管换流时期

到了 20 世纪 70 年代以后，电力电子和微电子技
术迅速发展，高压大功率的晶闸管问世、微机控 制和保护技术、光电传输技术、水冷技术等新技 术也在直流输电工程中得到广泛应用，促进了高 压直流输电的进一步发展。