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一文了解什么是特高压直流输电?

日期:2021-05-21    来源:张掖光明源电力设计咨询有限公司

国际电力网

2021
05/21
10:19
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关键词: 特高压直流输电 直流特高压 直流输电系统

1、特高压直流输电概述

直流输电是在送端将交流电经整流器变换成直流电输送至受端,再在受端用逆变器将直流电变换成交流电送到受端交流电网的一种输电方式。直流特高压定位于西部水电基地和大煤电基地远距离、大容量外送。

图1  大规模西电东送

图2   直流输电系统原理图

2、直流输电优缺点对比

3、直流输电系统发展历程

汞弧阀换流时期:1954年世界上第一个工业性直流输电工程(果特兰岛)在瑞典投入运行。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。

晶闸管换流阀时期:20世纪70年代后,晶闸管换流阀和微机控制技术在直流输电工程中应用,1972年世界上第一个采用晶闸管换流的伊尔河背靠背直流工程在加拿大投入商业运行。

新型半导体换流设备时期:20世纪90年代,新型氧化物半导体器件(IGBT)首先在工业驱动装置得到应用。1997年3月世界上第一个采用IGBT组成电压源换流器直流输电工业性试验工程在瑞典投入运行:称轻型直流。

4、我国直流输电发展概况

5、换流基本单元(6脉动换流阀)

图3 整流的基本单元

触发脉冲顺序:V1-V2-V3-V4-V5-V6-V1

每个阀触发间隔为:60o

每个阀导通时间为:120o

换相顺序:V1 → V3 → V5 → V1

V2 → V4 → V6  →  V2

换相实质:换相是交流系统短时间的两相短路。换相是依靠交流电源提供的短路电流进行的。除换相过程外,任何时刻上下各有一个阀导通。

6、特高压换流站核心设备介绍

特高压换流站核心设备

图4  特高压换流站核心设备

换流阀作用:换流阀是直流输电工程的核心设备,通过将三相交流电压依次连接到直流侧来得到期望的直流电压和实现对传输功率的控制。

换流变压器

图5    换流变压器结构

换流变压器:换流变压器是直流输电系统的核心设备之一。作用为换流阀提供换相电压;实现交、直流间的能量传输;实现交直流系统隔离;抑制网侧过电压进入阀本体。

换流变压器特点

短路阻抗大:抑制换相时的短路电流,保护换流阀。大容量换流变压器的短路阻抗百分数通常为12%-18%,特高压换流变可达20%。

谐波含量多:运行中换流变流过特征谐波和非特征谐波电流,损耗比普通变压器高同时产生磁致伸缩噪音,导致换流变噪声比普通变压器高很多。

绝缘要求高:阀侧绕组同时承受交、直流电压,同时运行时存在直流全压启动、极性反转等工况,对换流变绝缘结构要求比普通变压器更为复杂。

调压范围宽:直流系统具备降压运行方式,为了将触发角控制在安全域度内,有载调压的范围高达20%-30%。

交流滤波器的作用

1.为交流电网和换流器提供所需的无功功率;

2.滤除交流侧特定次谐波和稳定交流电压。

滤波器类型:其中HP3、HP5:単调谐高通滤波器;HP12/24:双调谐高通滤波器,滤除谐波并提供无功;SC:并联电容器提供无功。

平波电抗器的作用

限制故障电流的上升率;平滑直流电流的纹波;防止直流低负荷时的电流断续。防止直流线路或直流场所产生的陡波冲击波进入阀厅,保护换流阀免受过电压应力而损坏。与直流滤波器一起构成直流谐波滤波回路。

直流断路器

换流站直流侧的开关装置所涉及的是直流电流的转换或遮断。直流开关无法象交流开关那样,可以利用交流电流过零的机会实现灭弧。为了使直流开关也能有效开断直流电流,目前使用较多的方法就是利用一个L-C串联电路对主触头间的弧道放电产生反向振荡电流,迭加在将被断开的直流电流上,造成过零点,从而实现灭弧。

7、国网公司国际典型直流工程

图6  默蒂亚里换流站

图7  沂南换流站

图8  巴西美丽山换流站

8、特高压工程经济带动效应

相较于传统高压输电,特高压输电技术的输电容量将提升2倍以上,可将电力

送达超过2500千米的输送距离,输电损耗可降低约60%,单位容量造价降低约28%,单位线路走廊宽度输送容量增加30%。

2020年,中国特高压产业直接建设总规模将达到919亿元,其中特高压直流、交流输电线路核心设备建设规模占比分别为24.6%和22.1%。竞争格局方面,特高压核心设备市场集中度较高,市场呈现明显头部集聚效应;铁塔、电缆市场格局相对分散,市场呈现燕尾分布效应。

“十四五”时期,特高压产业发展潜力巨大,到2025年,预计将有超过30条新建特高压线路工程相继核准,带动社会资本进入产业链上、下游市场整体规模可达5870亿元。特高压核心设备、工程及设备原材料、泛在电力物联网及智能电网相关领域龙头企业应受到投资重点关注。

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