超高压直流输电技术.ppt
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1、12:58112:582目目 录录n一、发展特高压电网的必要性一、发展特高压电网的必要性n二、直流输电技术的发展二、直流输电技术的发展n三、直流输电与交流输电的性三、直流输电与交流输电的性能比较能比较n四、高压直流输电系统的结构四、高压直流输电系统的结构和元件和元件电压等级的划分:电压等级的划分:交流:交流:330kV330kV、500kV 500kV 和和 750kV 750kV 超高压;超高压;1000kV-1000kV-特高压特高压。直流:直流:500kV500kV、600kV600kV 超高压;超高压;660kV660kV、800kV 800kV 和和 1000kV-1000kV-特高
2、压特高压。一、发展特高压电网的必要性一、发展特高压电网的必要性1、发展特高压电网是满足电力持续快速增长的客观需要。随着国民经济的持续快速发展,我国电力工随着国民经济的持续快速发展,我国电力工业呈现加速发展态势,近几年发展更加迅猛。按照在业呈现加速发展态势,近几年发展更加迅猛。按照在建规模和合理开工计划,全国装机容量建规模和合理开工计划,全国装机容量20102010年达到年达到9.59.5亿千瓦,亿千瓦,20202020年达到年达到14.714.7亿千瓦;用电量亿千瓦;用电量20102010年达到年达到4.54.5万亿千瓦时,万亿千瓦时,20202020年达到年达到7.47.4万亿千瓦时。电力需
3、万亿千瓦时。电力需求和电源建设空间巨大,电网面临持续增加输送能力求和电源建设空间巨大,电网面临持续增加输送能力的艰巨任务。的艰巨任务。一、发展特高压电网的必要性一、发展特高压电网的必要性0.02 0.00431.030.492.170.993.191.353.911.894.422.185.172.486.222.829.54.514.77.401949198719952000200320042005200620102020全国全国发电发电装机容量装机容量(亿亿千瓦)千瓦)全社会用全社会用电电量(万量(万亿亿千瓦千瓦时时)1949年2020年我国发电装机容量、用电量图一、发展特高压电网的必要性
4、一、发展特高压电网的必要性 2、发展特高压电网是电源结构调整和优化布局的必发展特高压电网是电源结构调整和优化布局的必然要求。然要求。我国发电能源以煤、水为主。西部地区资源我国发电能源以煤、水为主。西部地区资源丰富,全国四分之三以上经济可开发水能资源分布在丰富,全国四分之三以上经济可开发水能资源分布在西南地区,煤炭资源三分之二以上分布在西北地区;西南地区,煤炭资源三分之二以上分布在西北地区;东部地区经济发达,全国三分之二以上的电力负荷集东部地区经济发达,全国三分之二以上的电力负荷集中在京广铁路以东经济发达地区,未来的负荷增长也中在京广铁路以东经济发达地区,未来的负荷增长也将保持这一趋势。将保持这
5、一趋势。一、发展特高压电网的必要性一、发展特高压电网的必要性华北华北南方南方东北东北西藏西藏台台湾湾西北西北华中华中华东华东煤电基地煤电基地水电基地水电基地负荷中心负荷中心我国能源资源分布图我国能源资源分布图我国能源资源分布图我国能源资源分布图一、发展特高压电网的必要性一、发展特高压电网的必要性 西部能源基地与东部负荷中心距离在800-3000公里左右,远距离、大容量输电是我国未来电网发展的必然趋势。2、发展特高压电网是电源结构调整和优化布局的必然发展特高压电网是电源结构调整和优化布局的必然要求。要求。一次能源远离负荷中心,超出现有500千伏系统的输送能力。必须发展新的高效的大容量长距离输电系
6、统。土地资源短缺,输电走廊的获取越来越困难。输送煤炭的运输压力。环境保护面临越来越大的困难和压力。特高压输电是必然选择一、发展特高压电网的必要性一、发展特高压电网的必要性 特高压输电具有超远距离、超大容量、低损耗送电、特高压输电具有超远距离、超大容量、低损耗送电、节约线路走廊、降低工程造价等特点。节约线路走廊、降低工程造价等特点。建设特高压电网,可促进大媒电、大水电、大核电、建设特高压电网,可促进大媒电、大水电、大核电、大规模可再生能源的建设,能够推进资源的集约开发大规模可再生能源的建设,能够推进资源的集约开发和高效利用,缓解煤炭运输和环境的压力,节约土地和高效利用,缓解煤炭运输和环境的压力,
7、节约土地资源,在全国乃至更大范围的优化配置,具有显著的资源,在全国乃至更大范围的优化配置,具有显著的经济效益和社会效益。经济效益和社会效益。一、发展特高压电网的必要性一、发展特高压电网的必要性 电力技术的发展是从直流电开始的;电力技术的发展是从直流电开始的;随着三相交流发电机、感应电动机、变压随着三相交流发电机、感应电动机、变压器的迅速发展,发电和用电领域很快被交流电器的迅速发展,发电和用电领域很快被交流电所取代;所取代;但是直流还有交流所不能取代之处,如远但是直流还有交流所不能取代之处,如远距离大容量输电,不同频率电网之间的联网、距离大容量输电,不同频率电网之间的联网、海底电缆和大城市地下电
8、缆等。海底电缆和大城市地下电缆等。二、二、直流输电技术的发展直流输电技术的发展二、二、直流输电技术的发展直流输电技术的发展直流输电的发展与换流技术有密切的关系。直流输电的发展与换流技术有密切的关系。(特别与高电压、大功率换流设备的发展特别与高电压、大功率换流设备的发展)n第一阶段:汞弧阀换流时期第一阶段:汞弧阀换流时期n 1901年发明的汞弧整流管只能用于整流。1928年具有栅极控制能力的汞弧阀研制成功,它不但可用于整流,同时也解决了逆变问题。因此大功率汞弧阀使直流输电成为现实。n 1954年世界上第一个采用汞弧阀性直流输电工程(哥特兰岛直流工程)在瑞典投入运行,1977年最后一个采用汞弧阀换
9、流的直流输电工程(纳尔逊河I期工程)建成。二、二、直流输电技术的发展直流输电技术的发展直流输电的发展与换流技术有密切的关系。直流输电的发展与换流技术有密切的关系。(特别与高电压、大功率换流设备的发展特别与高电压、大功率换流设备的发展)n第一阶段:汞弧阀换流时期第一阶段:汞弧阀换流时期n世界上共有12项汞弧阀换流的直流工程投入运行,其中最大的输送容量为1600MW(美国太平洋联络线I期工程),最高输电电压为450kV(纳尔逊河l期工程),最长输电距离为1362km(太平洋联络线)。n 但是汞弧阀制造技术复杂、价格昴贵、逆弧故障率高、可靠性较差、运行维护不便等因素,使直流输电的应用和发展受到限制。
10、二、二、直流输电技术的发展直流输电技术的发展第二阶段:晶闸管阀换流时期第二阶段:晶闸管阀换流时期第二阶段:晶闸管阀换流时期第二阶段:晶闸管阀换流时期n n20202020世纪世纪世纪世纪70707070年代以后,电力电子技术和微电子技术的年代以后,电力电子技术和微电子技术的年代以后,电力电子技术和微电子技术的年代以后,电力电子技术和微电子技术的迅速发展,高压大功率晶闸管的问世,晶闸管换流迅速发展,高压大功率晶闸管的问世,晶闸管换流迅速发展,高压大功率晶闸管的问世,晶闸管换流迅速发展,高压大功率晶闸管的问世,晶闸管换流阀和计算机控制技术在直流输电工程中的应用,这阀和计算机控制技术在直流输电工程中
11、的应用,这阀和计算机控制技术在直流输电工程中的应用,这阀和计算机控制技术在直流输电工程中的应用,这些进步有效地改善了直流输电的运行性能和可靠性,些进步有效地改善了直流输电的运行性能和可靠性,些进步有效地改善了直流输电的运行性能和可靠性,些进步有效地改善了直流输电的运行性能和可靠性,促进了直流输电技术的发展。促进了直流输电技术的发展。促进了直流输电技术的发展。促进了直流输电技术的发展。二、二、直流输电技术的发展直流输电技术的发展第二阶段:晶闸管阀换流时期第二阶段:晶闸管阀换流时期第二阶段:晶闸管阀换流时期第二阶段:晶闸管阀换流时期n n第一个采用晶闸管阀的第一个采用晶闸管阀的第一个采用晶闸管阀的
12、第一个采用晶闸管阀的HVDCHVDCHVDCHVDC系统是加拿大系统是加拿大系统是加拿大系统是加拿大1972197219721972年年年年建立的依尔河系统,运行电压建立的依尔河系统,运行电压建立的依尔河系统,运行电压建立的依尔河系统,运行电压80808080kVkV、输送容量为、输送容量为、输送容量为、输送容量为320MW320MW320MW320MW背靠背直流输电系统。目前,国外输送容量背靠背直流输电系统。目前,国外输送容量背靠背直流输电系统。目前,国外输送容量背靠背直流输电系统。目前,国外输送容量最大的是最大的是最大的是最大的是1984198419841984年巴西建设伊泰普水电站年巴西
13、建设伊泰普水电站年巴西建设伊泰普水电站年巴西建设伊泰普水电站600kV600kV600kV600kV超超超超高压直流输电工程,两回共高压直流输电工程,两回共高压直流输电工程,两回共高压直流输电工程,两回共6300MW6300MW6300MW6300MW,线路全长,线路全长,线路全长,线路全长1590km1590km1590km1590km。二、二、直流输电技术的发展直流输电技术的发展第二阶段:晶闸管阀换流时期第二阶段:晶闸管阀换流时期第二阶段:晶闸管阀换流时期第二阶段:晶闸管阀换流时期n n2010201020102010年年年年07070707月月月月08080808日正式投运的向家坝至上海
14、日正式投运的向家坝至上海日正式投运的向家坝至上海日正式投运的向家坝至上海800kV800kV800kV800kV特高压直流输电工程,是中国自主研发、设计和建特高压直流输电工程,是中国自主研发、设计和建特高压直流输电工程,是中国自主研发、设计和建特高压直流输电工程,是中国自主研发、设计和建设的,是世界上电压等级最高、额定容量最大设的,是世界上电压等级最高、额定容量最大设的,是世界上电压等级最高、额定容量最大设的,是世界上电压等级最高、额定容量最大6400MW(6400MW(6400MW(6400MW(最大输送能力最大输送能力最大输送能力最大输送能力7000MW)7000MW)7000MW)700
15、0MW)、送电距离最远、送电距离最远、送电距离最远、送电距离最远1907km1907km1907km1907km、额定电流达到、额定电流达到、额定电流达到、额定电流达到4000A4000A4000A4000A、技术水平最先进的、技术水平最先进的、技术水平最先进的、技术水平最先进的直流输电工程,代表了当今世界高压直流输电技术直流输电工程,代表了当今世界高压直流输电技术直流输电工程,代表了当今世界高压直流输电技术直流输电工程,代表了当今世界高压直流输电技术的最高水平。的最高水平。的最高水平。的最高水平。晶闸管换流阀的特点晶闸管换流阀的特点晶闸管换流阀的特点晶闸管换流阀的特点:n n体积减小、成本降
16、低;体积减小、成本降低;体积减小、成本降低;体积减小、成本降低;n n可靠性提高;可靠性提高;可靠性提高;可靠性提高;n n晶闸管换流阀没有逆弧故障,而且制造、试验、晶闸管换流阀没有逆弧故障,而且制造、试验、晶闸管换流阀没有逆弧故障,而且制造、试验、晶闸管换流阀没有逆弧故障,而且制造、试验、运行维护和检修都比汞弧阀简单而方便。运行维护和检修都比汞弧阀简单而方便。运行维护和检修都比汞弧阀简单而方便。运行维护和检修都比汞弧阀简单而方便。二、二、直流输电技术的发展直流输电技术的发展晶闸管换流阀晶闸管换流阀二、二、直流输电技术的发展直流输电技术的发展n n第三阶段第三阶段第三阶段第三阶段 新型半导体换
17、流设备的应用新型半导体换流设备的应用新型半导体换流设备的应用新型半导体换流设备的应用n n20202020世纪世纪世纪世纪90909090年代以后,年代以后,年代以后,年代以后,IGBTIGBTIGBTIGBT得到广泛应用,得到广泛应用,得到广泛应用,得到广泛应用,1997199719971997年年年年世界上世界上世界上世界上 第一个采用第一个采用第一个采用第一个采用IGBTIGBTIGBTIGBT组成电压源换流器的直流组成电压源换流器的直流组成电压源换流器的直流组成电压源换流器的直流输电工程在输电工程在输电工程在输电工程在 瑞典投入运行瑞典投入运行瑞典投入运行瑞典投入运行。n n目前,世界
18、上最大的目前,世界上最大的目前,世界上最大的目前,世界上最大的IGBTIGBTIGBTIGBT轻型轻型轻型轻型HVDCHVDCHVDCHVDC是北欧地区是北欧地区是北欧地区是北欧地区的的的的EstlinkEstlinkEstlinkEstlink海底电缆工程,运行电压海底电缆工程,运行电压海底电缆工程,运行电压海底电缆工程,运行电压150kV150kV150kV150kV,传输,传输,传输,传输容量容量容量容量350MW350MW350MW350MW ,电缆全长,电缆全长,电缆全长,电缆全长105km105km105km105km。二、二、直流输电技术的发展直流输电技术的发展n n第三阶段第三
19、阶段第三阶段第三阶段 新型半导体换流设备的应用新型半导体换流设备的应用新型半导体换流设备的应用新型半导体换流设备的应用n nL HVDCL HVDCL HVDCL HVDC采用采用采用采用IGBTIGBTIGBTIGBT器件组成换流器,功能强、体器件组成换流器,功能强、体器件组成换流器,功能强、体器件组成换流器,功能强、体积小,可以减少换流站的滤波装置,省去了换流积小,可以减少换流站的滤波装置,省去了换流积小,可以减少换流站的滤波装置,省去了换流积小,可以减少换流站的滤波装置,省去了换流变压器,整个变压器,整个变压器,整个变压器,整个 换流站可以搬迁。此外,采用可关换流站可以搬迁。此外,采用可
20、关换流站可以搬迁。此外,采用可关换流站可以搬迁。此外,采用可关断器件换流器,可以断器件换流器,可以断器件换流器,可以断器件换流器,可以 避免换相失败。避免换相失败。避免换相失败。避免换相失败。n n但是但是但是但是IGBTIGBTIGBTIGBT功率小、损耗大,不利于大型直流输电功率小、损耗大,不利于大型直流输电功率小、损耗大,不利于大型直流输电功率小、损耗大,不利于大型直流输电工程采用。最新研制的门极换相晶闸管(工程采用。最新研制的门极换相晶闸管(工程采用。最新研制的门极换相晶闸管(工程采用。最新研制的门极换相晶闸管(IGCTIGCTIGCTIGCT)和大功率碳化硅元件,该元件电压高、通流能
21、力和大功率碳化硅元件,该元件电压高、通流能力和大功率碳化硅元件,该元件电压高、通流能力和大功率碳化硅元件,该元件电压高、通流能力强、损耗低、可靠性高。强、损耗低、可靠性高。强、损耗低、可靠性高。强、损耗低、可靠性高。二、二、直流输电技术的发展直流输电技术的发展我国直流输电的发展我国直流输电的发展 1989年,我国自行研制的舟山直流输电工程(士l00kV,100MW,54km)投入运行;葛洲坝上海(葛上线)是我国的第一个高压直流输电工程(500kV,1200MW,1064km)1990年投运。90年代末,开始建设三广直流工程、三峡常州直流工程和贵广直流工程。三广直流工程于2004年投运;三常直流
22、工程(500kV,3000MW,962km)于2004年5月投入运行。舟山工程地理位置舟山工程地理位置三广直流工程三广直流工程三广直流工程三广直流工程 惠州换流阀惠州换流阀惠州换流阀惠州换流阀 二、二、直流输电技术的发展直流输电技术的发展我国直流输电的发展我国直流输电的发展 云南广东800kV直流输电工程,额定容量5000MW,2010年实现双极投运。向家坝-上海800千伏特高压直流输电示范工程起于四川复龙换流站,止于上海奉贤换流站。额定输送功率640万千瓦,最大输送功率700万千瓦;直流输电线路途经八省市,全长约2000公里。特高压直流示范工程 线路工程起于四川复龙换流站,途经四川、重庆、湖
23、南、湖北、线路工程起于四川复龙换流站,途经四川、重庆、湖南、湖北、安徽、浙江、江苏、上海八省市,止于上海奉贤换流站。全长约安徽、浙江、江苏、上海八省市,止于上海奉贤换流站。全长约20002000公里,公里,4 4次跨越长江。次跨越长江。复龙换流站鸟瞰图复龙换流站鸟瞰图高压阀厅500kVGIS交流滤波器组低压阀厅高端换流变户外直流场主控楼低端换流变高压阀厅直流滤波器本期建设规模:换流变压器28台,每台32.1万千伏安;交流滤波器及无功补偿装置4组,总容量308万千乏;500kV出线9回,采用GIS设备;奉贤换流站鸟瞰图奉贤换流站鸟瞰图高压阀厅低压阀厅交流滤波器组500kVGIS平波电抗器直流滤波
24、器高端换流变低端换流变主控楼备用换流变站用变本期建设规模:换流变压器28台,每台29.7万千伏安;交流滤波器及无功补偿装置4组,总容量390万千乏;500kV出线3回,采用GIS设备;近期将开工的直流工程近期将开工的直流工程(1)(1)(1)(1)呼盟辽宁直流工程呼盟辽宁直流工程呼盟辽宁直流工程呼盟辽宁直流工程 此工程计划近期开工。这是我国第八个长此工程计划近期开工。这是我国第八个长此工程计划近期开工。这是我国第八个长此工程计划近期开工。这是我国第八个长距离、大容量高压直流输电工程。额定直流电距离、大容量高压直流输电工程。额定直流电距离、大容量高压直流输电工程。额定直流电距离、大容量高压直流输
25、电工程。额定直流电压为压为压为压为 500kV500kV500kV500kV、额定直流电流、额定直流电流、额定直流电流、额定直流电流3kA3kA3kA3kA、额定输送直、额定输送直、额定输送直、额定输送直流功率流功率流功率流功率3000MW3000MW3000MW3000MW。直流线路西起内蒙呼盟、东至辽宁沈阳,直流线路西起内蒙呼盟、东至辽宁沈阳,直流线路西起内蒙呼盟、东至辽宁沈阳,直流线路西起内蒙呼盟、东至辽宁沈阳,全长约全长约全长约全长约908km908km908km908km。通过此工程,内蒙地区的富裕能源将源源通过此工程,内蒙地区的富裕能源将源源通过此工程,内蒙地区的富裕能源将源源通过
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