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高压直流输电(HVDC)

作者:德扑圈APP最新版 发布时间:2020-07-25 07:51 点击:

  高压直流输电(HVDC)_理化生_高中教育_教育专区。高压直流输电(HVDC)

  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 2018年9月19日 2 HVDC HVDC High Voltage Direct Current Rectifier Line/Cable AC system AC system Inverter 2018年9月19日 3 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: ? ? 2018年9月19日 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。 2018年9月19日 5 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。 2018年9月19日 6 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。 2018年9月19日 7 ? 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。 2018年9月19日 8 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 线 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、线、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; 2018年9月19日 10 ? 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。 2018年9月19日 11 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; 2018年9月19日 12 ? 6、直流输电利用大地或海水为回路带来了一 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。 2018年9月19日 13 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; 2018年9月19日 14 高压直流输电系统的经济优势:等价距离 2018年9月19日 15 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km,电缆线km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。 16 ? ? 2018年9月19日 高压直流输电系统的经济优势:线 高压直流输电系统的经济优势:环境 2018年9月19日 18 三、HVDC系统的组成 ? ? ? ? ? 三相电源 换流站 输电电缆或者架空线 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 2018年9月19日 20 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。 ? 2018年9月19日 21 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; ? 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 建设和电网的经济、安全、可靠运行,有着显著的促进作用。 柔性直流输电典型应用领域 风电场 并网 电网互联 /电力交 易 特大城 市供电 多端直 流互联 太阳能发 电并网 海上钻井 平台/孤岛 供电 国内外发展现状 ? 柔性直流输电技术是当今世界上电力电子应用技术的制高点; ? 目前国际上还只有ABB一家公司有商业运行的柔性直流输电工程; ? 我国在柔性直流输电技术研 究方面的起步相对较晚,与 国际先进水平相比具有一定 的差距; ? 但由于柔性直流输电本身具 有的巨大优势,国内多个科 研机构和高校都积极开展了 柔性直流输电的相关研究工 作,取得了显著的成果。 柔性直流输电关键技术研究 换 流 阀 机 柜 T1 iSM 阀 基 控 制 器 机 柜 SM 1 SM 2 SM 1 SM 2 SM n 桥臂电感 合闸电阻 变压器 调压器 交流电源 T2 交流电源 调压器 变压器 合闸电阻 桥臂电感 SM n SM 1 SM 2 SM n 有功、无功 量控制、系 统保护 电容电压平 衡控制、阀 保护 SM 1 SM 2 SM n 电容电压平 衡控制、阀 保护 有功、无功 量控制、系 统保护 控制器 阀基控制 VBC 阀基控制 VBC 控制器 柔性直流输电系统低压样机原理及实物图 柔性直流输电示范工程建设 2011年7月25日,亚洲首项柔性直流输电示范工程——上海南汇风电 场柔性直流输电工程投入正式运行。这是我国第一条拥有完全自主知 识产权、具有世界一流水平的柔性直流输电线路,它的成功投运标志 着我国在智能电网高端装备方面取得重大突破。工程的投运将打破ABB 在柔性直流输电工程上的独家垄断地位。 阀电抗器 交流系统 电容器 柔性直流换流站 示范工程换流站效果图 示范工程原理图 五、HVDC系统构成方式 Monopolar 单极系统 Terminal A Transmission Line Terminal B Bipolar Pole 1 Pole 2 Terminal A Transmission Line Terminal B 双极系统 27 2018年9月19日 双极系统:双极运行方式 Transmission Line 1 Pole 1 Pole 2 Transmission Line 2 Terminal A Terminal B 2018年9月19日 28 双极系统:单极运行、大地回路方式 Transmission Line 1 Pole 1 Pole 2 Transmission Line 2 Terminal A Terminal B 2018年9月19日 29 双极系统:单极运行、金属回路方式 Transmission Line 1 Pole 1 Pole 2 Transmission Line 2 Terminal A Terminal B 2018年9月19日 30 双极系统:单极双线并联运行、大地回路方式 Transmission Line 1 Pole 1 Pole 2 Transmission Line 2 Terminal A Terminal B 2018年9月19日 31 双极系统:单极开路试验方式 Transmission Line 1 Pole 1 Pole 2 Transmission Line 2 Terminal A Terminal B 2018年9月19日 32 六、我国的HVDC工程 国内已建成的HVDC线路 ? 宁波-舟山群岛(100 kV,50 MW,1988年投运) ? 上海-嵊泗群岛( ±50KV,60MW,2002年投运) ? 葛洲坝-上海(? 500 kV,1200 MW,1989年投运) ? 天生桥-广州(? 500 kV,1800 MW,2001年双极投运) ? 三峡左岸-常州(? 500 kV,3000 MW,2003年投运) ? 三峡-广东(? 500 kV,3000 MW,2004年投运) ? 贵州-广东(? 500 kV,3000 MW,2004年投运) ? 灵宝背靠背(西北-华中联网工程,2005年投运) 2018年9月19日 33 三、我国的HVDC工程 国内部分在建及规划的HVDC线路 ? 三峡-上海(? 500 kV,3000 MW,预计2007年投运) ? 贵州-广东二回(? 500 kV,3000 MW,预计2007年投运) ? 金沙江向家坝、溪洛渡外送工程(更高电压等级?) ? 澜沧江水电外送工程 ? …… 2018年9月19日 34 我国正在建设的高压直流输电工程 ±500 kV 3000 MW 2009 德阳至宝鸡 ±660kV 4000 MW 宁东至山东 ± 125 kV 750 MW 2009 黑河 BTB 东北电网 华北电网 西北电网 ±500 kV 3000 MW 2009 呼伦贝尔至辽 宁 ±800 kV 6400 MW 2010 华东电网 向家坝至上海 西藏电网 华中电网 Long distance BTB ±800 kV 5000 MW 2009 云南至广东 南方电网 ±500 kV 3000 MW 荆门至上海 到2020年,我国预计将建设的直流输电工程达50项左 右,其中包括30多个特高压工程,总投资达数千亿。 The End 2018年9月19日 38

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