高压直流输电(HVDC)
直流输电系统保护(HVDC protection)
直流输电系统保护（HVDC protection）直流输电系统保护（HVDC protection）指检测发生于直流输电系统中交、直流开关场，或整流逆变两端交流系统的故障，并发出相应的处理指令，以保护直流系统免受过电流、过电压、过热和过大电动力的危害，避免系统事故的进一步扩大。
直流输电保护的特性要求直流输电系统保护除了与交流继电保护一样，应能满足快速性、灵敏性、选择性和可靠性的要求，还应特别注意其抗电磁干扰和抗暂态谐波干扰的性能、双极系统中两个单极的保护必须完全独立等特性；直流保护应为多重化配置，并应具有很强的软、硬件自检功能。
因此，新建的直流工程多采用微机型数字式直流系统保护。
直流输电系统保护通常分为如下保护分区：À换流站交流开关场保护区，包括换流变压器及其阀侧连线、交流滤波器和并联电容器及其连线、换流母线；Á换流阀保护区；Â直流开关场保护区，包括平波电抗器和直流滤波器，及其相关的设备和连线；Ã中性母线保护区，包括单极中性母线和双极中性母线；Ä接地极引线和接地极保护区；Å直流线路保护区。
各保护区的保护范围应是重叠的，不允许存在死区。
直流输电系统保护的特点是与直流控制系统的联系十分紧密，对于直流系统的异常或故障工况，通常首先通过控制的快速性来抑制故障的发展，例如，直流控制可在10mS左右将直流故障电流抑制到额定值左右；又如，当换相电压急剧下降时，直流控制将自动降低直流电流整定值以避免低压大电流的不稳定工况或故障的发展。
而且，根据不同的故障工况，直流保护启动不同的直流自动顺序控制程序，某些保护首先是告警，如果故障进一步发展，则启动保护停运程序。
直流系统保护停运的动作，首先是通过换流器触发脉冲的紧急移相或投旁通对后紧急移相，使直流线路迅速去能，然后闭锁触发脉冲并断开所联的交流滤波器和并联电容器，或进一步断开其它的交、直流场设备，如果需要与交流系统隔离，则进一步跳开交流断路器。
《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。
《高压直流输电》PPT课件
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。
高压直流输电技术现状及发展前景
高压直流输电技术现状及发展前景一、本文概述随着全球能源需求的持续增长和电网互联的深化发展，高压直流输电技术（HVDC）已成为现代电力系统的重要组成部分。
本文旨在全面概述高压直流输电技术的现状，包括其基本原理、关键设备、应用领域以及面临的挑战，并展望其未来的发展前景。
我们将深入探讨HVDC 技术的最新进展，包括新型拓扑结构、控制策略、设备制造技术等方面的创新，并分析这些创新如何推动HVDC技术在全球范围内的广泛应用。
我们还将讨论HVDC技术在可再生能源接入、电网互联、城市电网建设等领域的应用潜力，以及面临的挑战和解决方案。
通过本文的阐述，我们期望为读者提供一个全面而深入的了解高压直流输电技术的现状和发展前景的视角，为相关领域的研究和实践提供参考和借鉴。
二、高压直流输电技术现状高压直流输电（HVDC）技术自20世纪50年代诞生以来，经过几十年的发展，已经成为现代电力系统的重要组成部分。
当前，HVDC技术正处在一个快速发展的阶段，其在全球范围内的应用越来越广泛，技术性能也日益成熟和先进。
在技术上，现代高压直流输电系统已经实现了高度的自动化和智能化。
通过采用先进的控制系统和保护装置，HVDC系统能够实现快速响应和精确控制，确保电力系统的稳定运行。
同时，随着电力电子技术的飞速发展，HVDC系统的换流技术也在不断升级，从最初的汞弧阀换流器发展到现在的晶闸管换流器，再到未来的可关断晶闸管换流器，这些技术的进步极大地提高了HVDC系统的效率和可靠性。
在应用上，高压直流输电技术已经广泛应用于长距离大功率输电、跨海输电、异步联网等多个领域。
特别是在可再生能源的开发和利用中，HVDC技术发挥着不可替代的作用。
例如，在风能、太阳能等可再生能源丰富的地区，通过建设HVDC系统将电能输送到需求侧，可以有效地解决可再生能源的接入和消纳问题，推动可再生能源的大规模开发和利用。
然而，尽管高压直流输电技术取得了显著的进步和广泛的应用，但仍面临着一些挑战和问题。
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。
HVDC技术的发展和优势以及作用
浅谈HVDC技术的发展和优势以及作用摘要：高压直流输电（hvdc），是利用稳定的直流电具有无感抗，容抗也不起作用，无同步问题等优点而采用的大功率远距离直流输电。
输电过程为直流。
常用于海底电缆输电，非同步运行的交流系统之间的连络等方面。
中图分类号： tm621 文献标识码： a 文章编号：一、为什么采用高压直流输电？追溯历史，最初采用的输电方式是直流输电，于1874年出现于俄国。
当时输电电压仅100v。
随着直流发电机制造技术的提高，到1885年，直流输电电压已提高到6000v。
但要进一步提高大功率直流发电机的额定电压，存在着绝缘等一系列技术困难。
由于不能直接给直流电升压，输电距离受到极大的限制，不能满足输送容量增长和输电距离增加的要求。
19世纪80年代末，人类发明了三相交流发电机和变压器。
1891年，世界上第一个三相交流发电站在德国竣工。
此后，交流输电普遍代替了直流输电。
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，交流输电遇到了一系列技术困难。
大功率换流器（整流和逆变）的研究成功，为高压直流输电突破了技术上的障碍，直流输电重新受到人们的重视。
1933年，美国通用电器公司为布尔德坝枢纽工程设计出高压直流输电装置；1954年，建起了世界上第一条远距离高压直流输电工程。
之后，直流输电在世界上得到了较快发展，现在直流输电工程的电压等级大多为±275～±500kv，投入商业运营的直流工程最高电压等级为±600kv（巴西伊泰普工程），我国计划在西南水电送出的直流工程中采用±800kv电压等级。
在现代直流输电系统中，只有输电环节是直流电，发电系统和用电系统仍然是交流电。
在输电线路的送端，交流系统的交流电经换流站内的换流变压器送到整流器，将高压交流电变为高压直流电后送入直流输电线路。
直流电通过输电线路送到受端换流站内的逆变器，将高压直流电又变为高压交流电，再经过换流变压器将电能输送到交流系统。
2023年高压直流输电系统(HVDC系统)行业市场调研报告
2023年高压直流输电系统（HVDC系统）行业市场调研报告市场概述：高压直流输电系统（HVDC系统）被广泛应用于电力输电、电力互联、电力交易等领域。
它具有输电距离远、输电损耗小、容易跨越障碍物等特点，能够有效提供高效、稳定、安全的电力传输服务。
据市场调查数据显示，HVDC系统市场规模逐年扩大，预计将继续保持增长趋势。
市场现状：目前全球HVDC系统市场主要由欧美发达国家和中国等新兴国家占据主要份额。
其中，欧美国家的传统电网建设较早，已经形成了一定的HVDC系统网络。
中国的HVDC系统应用也较为广泛，尤其是在长途高容量输电、水电送电、海上风电等领域，华能、南方电网等大型国有企业在HVDC系统领域具有较强实力。
在HVDC产业链的上游，主要为电力装备生产厂商，如ABB、西门子等，他们的业务范围主要包括直流输电站的设计、制造、安装和运维等。
随着科技的突飞猛进，以及政府对新能源和海外市场的扶持，近年来国内本土的相关企业也逐渐崛起。
在HVDC系统的中游，主要为电力工程公司，如中国电建、中国电力建设等，他们负责实施HVDC项目、招标、工程监理、测试等环节。
在HVDC产业链的下游，主要为用电企业、电力交易市场等，这些企业可以通过HVDC系统获取稳定的电力，并进一步推动电力市场的发展。
市场前景：随着全球能源消费的不断增长，迫切需要建立高效、可持续的能源输送及分配体系，HVDC系统在此领域发挥着至关重要的作用。
国内外政府不断加大对新能源、清洁能源等领域的支持和投入，也将进一步推动HVDC系统的发展。
未来，随着技术的不断加强和成本降低，HVDC系统将会在海上风电、大规模能源输送、西电东送、内蒙古清洁能源输送等领域得到更广泛的应用。
据市场研究报告数据预测，到2025年，全球HVDC市场规模将达到317亿美元，其中中国市场规模将达到92亿美元。
市场挑战：HVDC系统运维成本较高，需要专业技术人员和设备进行维护。
同时，由于HVDC系统的复杂性及安全性，其设备的研发、制造和运维单位具有很高的专业门槛，进入门槛相对较高。
物理高二远程输电知识点
物理高二远程输电知识点远程输电是指将发电厂产生的电能通过输电线路远距离传输到用电地点的过程。
这种输电方式相比于近距离输电，具有传输距离长、损耗小、经济性高等优势。
本文将介绍物理高二远程输电的相关知识点。
一、输电线路的选取在远程输电中，选择合适的输电线路非常重要。
一般而言，远程输电线路采用高压输电线路，如高压直流(HVDC)输电线路和高压交流(HVAC)输电线路。
1. HVDC输电线路HVDC输电线路是指直流电能通过线路传输。
它具有输电损耗小、输电距离远、稳定性好等优点。
HVDC输电线路使用换流站将交流电转变为直流电，并通过长距离的电缆或架空线路输送。
在接收站，再由换流站将直流电转变为交流电供给用户。
2. HVAC输电线路HVAC输电线路是指交流电能通过线路传输。
它具有输电损耗小、建设成本低、维护方便等特点。
HVAC输电线路分为两种类型：低频交流输电和高频交流输电。
低频交流输电适用于大功率长距离传输，而高频交流输电适用于小功率近距离传输。
二、输电损耗及其计算在远程输电过程中，电能会因为电阻、电感和电容等因素而发生损耗。
为了评估输电线路的性能，需要计算输电损耗。
1. 阻性损耗阻性损耗是由电阻引起的电能损耗。
它与电流的平方成正比，与电阻值和输电距离成正比。
阻性损耗计算公式为：P=I^2R，其中P表示损耗功率，I表示电流，R表示电阻。
2. 电感耗电感耗是由电感引起的电能损耗。
它与电流和频率成正比，与电感值和输电距离成正比。
电感耗的计算公式为：P=2πfLI^2，其中P表示损耗功率，f表示频率，L表示电感，I表示电流。
3. 电容耗电容耗是由电容引起的电能损耗。
它与电流和频率成正比，与电容值和输电距离成正比。
电容耗的计算公式为：P=2πfCU^2，其中P表示损耗功率，f表示频率，C表示电容，U表示电压。
三、输电线路的安全性及其提升措施为了确保远程输电的安全性，必须采取一系列措施来降低事故风险并保障供电质量。
电力电子在高压直流输电系统中的优化设计
电力电子在高压直流输电系统中的优化设计电力电子在高压直流（High Voltage Direct Current，简称HVDC）输电系统中的应用日益广泛，能够有效解决传统交流输电系统存在的问题。
本文将探讨电力电子在HVDC输电系统中的优化设计。
一、HVDC输电系统简介HVDC输电系统是指通过直流电流进行能量传输的输电系统。
与传统的交流输电系统相比，HVDC输电系统具有输电损耗小、线路成本低、覆盖范围广等优点，已成为当前电力输电领域的重要技术。
二、电力电子在HVDC输电系统中的作用1. 逆变器逆变器是HVDC输电系统中的关键设备之一，用于将直流电能转换为交流电能。
通过控制逆变器的工作方式和电压频率，可以有效地控制电能的传输和分配。
2. 相敏传感器相敏传感器用于测量输电系统中的电流和电压。
通过将实时测量的数据传输到控制系统，可以实现对输电系统的智能监控和运行状态的调整。
3. 半导体装置在HVDC输电系统中，各种类型的半导体装置被广泛应用。
例如，硅控整流器和可控陶瓷等装置可以实现对电流和电压的精确控制，提高能量转换的效率和稳定性。
三、电力电子在HVDC输电系统中的优化设计1. 输电线路设计在HVDC输电系统中，线路设计是优化设计的重要环节。
根据输电距离、负荷需求和环境条件等因素，合理选择导线材料、导线截面积和传输电压等参数，以提高输电效率和系统稳定性。
2. 控制系统设计控制系统设计是HVDC输电系统中另一个关键的优化设计方面。
通过合理设计控制策略和参数，可以实现对逆变器和半导体装置的精确控制，提高系统的稳定性和运行效率。
3. 运行模式优化HVDC输电系统可根据负荷需求和电网运行情况选择不同的运行模式。
例如，基于功率优化的运行模式可以实现协调传输功率和系统稳定性；基于容量优化的运行模式可以提高整体传输能力。
四、电力电子在HVDC输电系统中的应用案例1. 中国南方电网南京长江大桥HVDC示范工程该工程是中国南方电网在长江大桥上建设的HVDC示范工程，采用了先进的电力电子技术和优化设计手段。
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HVDC的发展
HVDC技术的 发展历史
悬挂式可控硅阀，150kV/914A 采用微型机的控制系统
第一个可控硅阀，50kV/200A
用作监控的显示器
汞弧整流器，50kV/200A 真空管控制装置
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二、直流输电工程的特点
与高压交流输电相比较，直流输电具有以下
优点： 1、输送相同功率时，线路造价低； 2、线路损耗小； 3、适宜于海底输电； 4、没有系统稳定问题； 5、能限制系统的短路电流；
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6、调节速度快，运行可靠；
7、实现交流系统的异步连接；
8、直流输电可方便的进行分期建设和增容扩
建，有利于发挥投资效益。
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2、晶闸管换流时期
20世纪70年代以后，电力电子技术与微电子
技术的发展，高压大功率晶闸管的问世，晶 闸管换流阀和微机控制技术在直流输电工程 中的应用，这些进步有效地促进了直流输电 技术的发展。晶闸管换流阀比汞弧阀有明显 的优势，以后所建的直流工程均采用晶闸管 换流阀。
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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；
柔性直流输电系统适用于可再生能源发电并网、孤岛和城市供电等
方面，特别是在风力发电并网方面，柔性直流输电系统的综合优势 最为明显；
高压直流输电（HVDC）
刘战 硕研11-03班
高压直流输电
1、高压直流输电的发展
2、高压直流输电工程的特点 3、高压直流输电工程的系统构成 4、柔性直流输电 5、高压直流输电系统构成方式 6、中国的高压直流输电工程
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HVDC HVDC
High Voltage Direct Current
3、新型半导体换流设备的应用
20世纪90年代以后，新型半导体器件绝缘栅
双极晶体管（IGBT）得到广泛应用。1997年 3月，世界第一个采用IGBT组成电压源换流 器的直流输电工业性试验工程在瑞典中部投 入运行。
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由于IGBT单个元件的功率小，损耗大，不利
于大型直流输电工程采用，新型集成门极换 流晶闸管IGCT和大功率碳化硅元件具有电压 高、通流能力强、损耗低、体积小、可靠性 高，并且具有自关断能力。因此，这些新型 的半导体器件将会取代普通晶闸管，将在高 压直流输电的发展中起到关键的推动作用。
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1、汞弧阀换流时期
1901年发明的汞弧整流管只能用于整流，不
能逆变。1928年研制成功了具有栅极控制能 力的汞弧阀，它不但可以用于整流，而且还 可以进行逆变。大功率汞弧阀的问世是直流 输电成为现实。但是，汞弧阀制造技术复杂 、价格昂贵、逆弧故障率高，可靠性低、运 行维护不方便，这些使得直流输电的发展受 到限制。
Rectifier Line/Cable AC system AC system
Inverter
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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一、HVDC的发展
电力技术的发展是从直流电开始的，早期的直流 输电是从直流电源送往直流负荷，不需要经过换 流，如1882年在德国建成的2kV、1.5kW、 57km向慕尼黑展览会的送电工程。 采用直流输电，必须解决换流问题。因此，直流 输电的发展与换流技术的发展有密切的联系。 直流输电的发展可分为以下几个时期：
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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
柔性直流输电技术在提高电力系统稳定性，增加系统动态无功支撑，
改善电能质量，解决非线性负荷、冲击性负荷和三相不平衡等产生 的问题，保障敏感设备供电等方面也都具有较强的技术优势；
柔性直流输电技术开发的作用和意义
柔性直流输电是构建智能化电网的重要装备，对于坚强智能电网的
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高压直流输电系统的经济优势：等价距离
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高压直流输电系统的经济优势：等价距离
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4060km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，等价距离缩 短，使直流输电近年来发展较快。 我国葛洲坝一上海1100km。
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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。
些技术问题； 7、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。
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直流输电应用的场合：
1、远距离大功率输电；
2、海底电缆送电； 3、不同频率或同频率非周期运行的交流系统
之间的联络； 4、用地下电缆向大城市供电； 5、配合新能源输电；
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