關于高壓直流輸電技術第1頁，共74頁，星期日，2025年，2月5日01:312目錄一、發展特高壓電網的必要性二、直流輸電技術的發展三、直流輸電與交流輸電的性能比較四、高壓直流輸電系統的結構和元件第2頁，共74頁，星期日，2025年，2月5日電壓等級的劃分：交流：

330kV、500kV和750kV–

超高壓；

1000kV-特高壓。直流：

±500kV、±600kV–超高壓；

±660kV、±800kV和±1000kV-特高壓。一、發展特高壓電網的必要性第3頁，共74頁，星期日，2025年，2月5日1、發展特高壓電網是滿足電力持續快速增長的客觀需要。隨著國民經濟的持續快速發展，我國電力工業呈現加速發展態勢，近幾年發展更加迅猛。按照在建規模和合理開工計劃，全國裝機容量2010年達到9.5億千瓦，2020年達到14.7億千瓦；用電量2010年達到4.5萬億千瓦時，2020年達到7.4萬億千瓦時。電力需求和電源建設空間巨大，電網面臨持續增加輸送能力的艱巨任務。一、發展特高壓電網的必要性第4頁，共74頁，星期日，2025年，2月5日0.020.00431.030.492.170.993.191.353.911.894.422.185.172.486.222.829.54.514.77.401949198719952000200320042005200620102020全國發電裝機容量（億千瓦）全社會用電量（萬億千瓦時）1949年～2020年我國發電裝機容量、用電量圖一、發展特高壓電網的必要性第5頁，共74頁，星期日，2025年，2月5日

2、發展特高壓電網是電源結構調整和優化布局的必然要求。

我國發電能源以煤、水為主。西部地區資源豐富，全國四分之三以上經濟可開發水能資源分布在西南地區，煤炭資源三分之二以上分布在西北地區；東部地區經濟發達，全國三分之二以上的電力負荷集中在京廣鐵路以東經濟發達地區，未來的負荷增長也將保持這一趨勢。一、發展特高壓電網的必要性第6頁，共74頁，星期日，2025年，2月5日華北南方東北西藏臺灣西北華中華東煤電基地水電基地負荷中心我國能源資源分布圖一、發展特高壓電網的必要性西部能源基地與東部負荷中心距離在800-3000公里左右，遠距離、大容量輸電是我國未來電網發展的必然趨勢。

第7頁，共74頁，星期日，2025年，2月5日特高壓輸電是必然選擇一、發展特高壓電網的必要性第8頁，共74頁，星期日，2025年，2月5日

特高壓輸電具有超遠距離、超大容量、低損耗送電、節約線路走廊、降低工程造價等特點。建設特高壓電網，可促進大媒電、大水電、大核電、大規模可再生能源的建設，能夠推進資源的集約開發和高效利用，緩解煤炭運輸和環境的壓力，節約土地資源，在全國乃至更大范圍的優化配置，具有顯著的經濟效益和社會效益。

一、發展特高壓電網的必要性第9頁，共74頁，星期日，2025年，2月5日

電力技術的發展是從直流電開始的；隨著三相交流發電機、感應電動機、變壓器的迅速發展，發電和用電領域很快被交流電所取代；但是直流還有交流所不能取代之處，如遠距離大容量輸電，不同頻率電網之間的聯網、海底電纜和大城市地下電纜等。

二、直流輸電技術的發展第10頁，共74頁，星期日，2025年，2月5日二、直流輸電技術的發展直流輸電的發展與換流技術有密切的關系。(特別與高電壓、大功率換流設備的發展)第一階段：汞弧閥換流時期1901年發明的汞弧整流管只能用于整流。1928年具有柵極控制能力的汞弧閥研制成功，它不但可用于整流，同時也解決了逆變問題。因此大功率汞弧閥使直流輸電成為現實。1954年世界上第一個采用汞弧閥性直流輸電工程(哥特蘭島直流工程)在瑞典投入運行，1977年最后一個采用汞弧閥換流的直流輸電工程(納爾遜河I期工程)建成。第11頁，共74頁，星期日，2025年，2月5日二、直流輸電技術的發展直流輸電的發展與換流技術有密切的關系。(特別與高電壓、大功率換流設備的發展)第一階段：汞弧閥換流時期世界上共有12項汞弧閥換流的直流工程投入運行，其中最大的輸送容量為1600MW(美國太平洋聯絡線I期工程)，最高輸電電壓為±450kV(納爾遜河l期工程)，最長輸電距離為1362km(太平洋聯絡線)。但是汞弧閥制造技術復雜、價格昴貴、逆弧故障率高、可靠性較差、運行維護不便等因素，使直流輸電的應用和發展受到限制。第12頁，共74頁，星期日，2025年，2月5日

第13頁，共74頁，星期日，2025年，2月5日二、直流輸電技術的發展第二階段：晶閘管閥換流時期20世紀70年代以后，電力電子技術和微電子技術的迅速發展，高壓大功率晶閘管的問世，晶閘管換流閥和計算機控制技術在直流輸電工程中的應用，這些進步有效地改善了直流輸電的運行性能和可靠性，促進了直流輸電技術的發展。第14頁，共74頁，星期日，2025年，2月5日二、直流輸電技術的發展第二階段：晶閘管閥換流時期第一個采用晶閘管閥的HVDC系統是加拿大1972年建立的依爾河系統，運行電壓80kV、輸送容量為320MW背靠背直流輸電系統。目前，國外輸送容量最大的是1984年巴西建設伊泰普水電站±600kV超高壓直流輸電工程，兩回共6300MW，線路全長1590km。第15頁，共74頁，星期日，2025年，2月5日二、直流輸電技術的發展第二階段：晶閘管閥換流時期2010年07月08日正式投運的向家壩至上海±800kV特高壓直流輸電工程，是中國自主研發、設計和建設的，是世界上電壓等級最高、額定容量最大6400MW(最大輸送能力7000MW)、送電距離最遠1907km、額定電流達到4000A、技術水平最先進的直流輸電工程，代表了當今世界高壓直流輸電技術的最高水平。第16頁，共74頁，星期日，2025年，2月5日晶閘管換流閥的特點:體積減小、成本降低；可靠性提高；晶閘管換流閥沒有逆弧故障，而且制造、試驗、運行維護和檢修都比汞弧閥簡單而方便。二、直流輸電技術的發展第17頁，共74頁，星期日，2025年，2月5日晶閘管換流閥第18頁，共74頁，星期日，2025年，2月5日二、直流輸電技術的發展第三階段新型半導體換流設備的應用20世紀90年代以后，IGBT得到廣泛應用，1997年世界上第一個采用IGBT組成電壓源換流器的直流輸電工程在瑞典投入運行。目前，世界上最大的IGBT輕型HVDC是北歐地區的Estlink海底電纜工程，運行電壓±150kV，傳輸容量350MW，電纜全長105km。第19頁，共74頁，星期日，2025年，2月5日二、直流輸電技術的發展第三階段新型半導體換流設備的應用LHVDC采用IGBT器件組成換流器，功能強、體積小，可以減少換流站的濾波裝置，省去了換流變壓器，整個換流站可以搬遷。此外，采用可關斷器件換流器，可以避免換相失敗。但是IGBT功率小、損耗大，不利于大型直流輸電工程采用。最新研制的門極換相晶閘管（IGCT）和大功率碳化硅元件，該元件電壓高、通流能力強、損耗低、可靠性高。第20頁，共74頁，星期日，2025年，2月5日二、直流輸電技術的發展我國直流輸電的發展

1989年，我國自行研制的舟山直流輸電工程(士l00kV，100MW，54km)投入運行；葛洲壩—上海(葛上線)是我國的第一個高壓直流輸電工程（±500kV，1200MW，1064km）1990年投運。

90年代末，開始建設三廣直流工程、三峽—常州直流工程和貴廣直流工程。三廣直流工程于2004年投運；三常直流工程（±500kV，3000MW，962km）于2004年5月投入運行。

第21頁，共74頁，星期日，2025年，2月5日舟山工程地理位置第22頁，共74頁，星期日，2025年，2月5日三廣直流工程惠州換流閥第23頁，共74頁，星期日，2025年，2月5日二、直流輸電技術的發展我國直流輸電的發展云南—廣東±800kV直流輸電工程，額定容量5000MW,2010年實現雙極投運。向家壩-上海±800千伏特高壓直流輸電示范工程起于四川復龍換流站，止于上海奉賢換流站。額定輸送功率640萬千瓦，最大輸送功率700萬千瓦；直流輸電線路途經八省市，全長約2000公里。

第24頁，共74頁，星期日，2025年，2月5日特高壓直流示范工程線路工程起于四川復龍換流站，途經四川、重慶、湖南、湖北、安徽、浙江、江蘇、上海八省市，止于上海奉賢換流站。全長約2000公里，4次跨越長江。第25頁，共74頁，星期日，2025年，2月5日

復龍換流站鳥瞰圖高壓閥廳500kVGIS交流濾波器組低壓閥廳高端換流變戶外直流場主控樓低端換流變高壓閥廳直流濾波器本期建設規模：換流變壓器28臺，每臺32.1萬千伏安；交流濾波器及無功補償裝置4組，總容量308萬千乏；500kV出線9回，采用GIS設備；第26頁，共74頁，星期日，2025年，2月5日奉賢換流站鳥瞰圖高壓閥廳低壓閥廳交流濾波器組500kVGIS平波電抗器直流濾波器高端換流變低端換流變主控樓備用換流變站用變本期建設規模：換流變壓器28臺，每臺29.7萬千伏安；交流濾波器及無功補償裝置4組，總容量390萬千乏；500kV出線3回，采用GIS設備；第27頁，共74頁，星期日，2025年，2月5日近期將開工的直流工程(1)呼盟－遼寧直流工程此工程計劃近期開工。這是我國第八個長距離、大容量高壓直流輸電工程。額定直流電壓為

500kV、額定直流電流3kA、額定輸送直流功率3000MW。直流線路西起內蒙呼盟、東至遼寧沈陽，全長約908km。通過此工程，內蒙地區的富裕能源將源源不斷地送往東北工業基地。

二、直流輸電技術的發展第28頁，共74頁，星期日，2025年，2月5日(2)寧東－山東直流工程這將是是我國第九個長距離、大容量高壓直流輸電工程。也是第九個西電東送的高壓直流輸電工程。此工程額定直流電壓為

500kV、額定直流電流3kA、額定輸送直流功率3000MW。直流線路西起寧夏銀川、東至山東濰坊，全長約1043km。目前正處于規范書編制階段。通過此工程，西北地區的富裕能源將源源不斷地送往東部工業基地。二、直流輸電技術的發展近期將開工的直流工程第29頁，共74頁，星期日，2025年，2月5日(3)葛滬直流工程這是我國第十個長距離、大容量高壓直流輸電工程。也是第十個西電東送的高壓直流輸電工程。計劃2010年投運。額定直流電壓為

500kV、額定直流電流3kA、額定輸送直流功率3000MW。直流線路西起湖北宜昌荊門換流站、東至上海滬西換流站，全長約976km。與現在的葛南直流同桿并架（914km），共用線路走廊。節約線路走廊5000公頃土地。二、直流輸電技術的發展近期將開工的直流工程第30頁，共74頁，星期日，2025年，2月5日(4)寶雞－德陽直流工程這是我國第十一個長距離、大容量高壓直流輸電工程。額定直流電壓為

500kV、額定直流電流3kA、額定輸送直流功率3000MW。直流線路北起陜西寶雞、南至四川德陽，全長約550km。水火互濟作用明顯。二、直流輸電技術的發展近期將開工的直流工程第31頁，共74頁，星期日，2025年，2月5日(5)靈寶直流背靠背2期工程這是我國第四個高壓直流背靠背聯網工程。擴大西北電網和華中電網功率交換的能力。本期額定直流功率750MW，額定直流電流3kA。建設一個12脈動±125kV、750MW背靠背換流單元。二、直流輸電技術的發展近期將開工的直流工程第32頁，共74頁，星期日，2025年，2月5日(6)錦屏－蘇南工程這是我國第三個長距離、大容量特高壓直流輸電工程。也是第十一個西電東送的高壓直流輸電工程。額定直流電壓

800kV，額定直流電流4kA，額定直流功率6400MW。直流線路西起四川西昌換流站，東至江蘇蘇南換流站，線路全長約2093kM。計劃2012年8月投產。工程可研報告已于2007年8月通過審查。二、直流輸電技術的發展近期將開工的直流工程第33頁，共74頁，星期日，2025年，2月5日東北西藏西北華北南方華中華東臺灣近期開工的直流輸電工程錦屏－蘇南靈寶2寶雞－德陽呼遼寧東－山東葛滬第34頁，共74頁，星期日，2025年，2月5日三、直流輸電與交流輸電的性能比較

技術性可靠性經濟性第35頁，共74頁，星期日，2025年，2月5日（1）功率傳輸特性

交流為了滿足穩定問題，常需采用串補、靜補、調相機、開關站等措施，有時甚至不得不提高輸電電壓。但是，這將增加很多電氣設備，代價昂貴。直流輸電沒有相位和功角，不存在穩定問題，只要電壓降，網損等技術指標符合要求，就可達到傳輸的目的，無需考慮穩定問題，這是直流輸電的重要特點，也是它的一大優勢。三、直流輸電與交流輸電的性能比較

3.1技術性能第36頁，共74頁，星期日，2025年，2月5日三、直流輸電與交流輸電的性能比較

3.1技術性能（2）線路故障時的自防護能力交流線路單相接地后，其消除過程一般約0.4~0.8秒，加上重合閘時間，約0.6~1秒恢復。直流線路單極接地，整流、逆變兩側晶閘管閥立即閉鎖，電壓降為零，迫使直流電流降到零，故障電弧熄滅不存在電流無法過零的困難，直流線路單極故障的恢復時間一般在0.2~0.35秒內。第37頁，共74頁，星期日，2025年，2月5日三、直流輸電與交流輸電的性能比較

3.1技術性能（3）過負荷能力交流輸電線路具有較高的持續運行能力，受發熱條件限制的允許最大連續電流比正常輸電功率大的多，其最大輸送容量往往受穩定極限控制。直流線路也有一定的過負荷能力，受制約的往往是換流站。通常分2小時過負荷能力、10秒鐘過負荷能力和固有過負荷能力等。前兩者葛上直流工程分別為10%和25%，后者視環境溫度而異。第38頁，共74頁，星期日，2025年，2月5日三、直流輸電與交流輸電的性能比較

3.1技術性能（3）過負荷能力總的來說，就過負荷能力而言，交流有更大的靈活性，直流如果需要更大的過負荷能力，則在設備選型時要預先考慮，此時需要增加投資。第39頁，共74頁，星期日，2025年，2月5日三、直流輸電與交流輸電的性能比較

3.1技術性能（3）過負荷能力總的來說，就過負荷能力而言，交流有更大的靈活性，直流如果需要更大的過負荷能力，則在設備選型時要預先考慮，此時需要增加投資。第40頁，共74頁，星期日，2025年，2月5日（4）功率控制交流輸電取決于網絡參數、發電機與負荷的運行方式，值班人員需要進行調度，但又難于控制，直流輸電則可全自動控制。直流輸電控制系統響應快速、調節精確、操作方便、能實現多目標控制；三、直流輸電與交流輸電的性能比較

3.1技術性能第41頁，共74頁，星期日，2025年，2月5日（5）短路容量兩個系統以交流互聯時，將增加兩側系統的短路容量，有時會造成部分原有斷路器不能滿足遮斷容量要求而需要更換設備。直流互聯時，不論在哪里發生故障，在直流線路上增加的電流都是不大的，因此不增加交流系統的斷路容量。三、直流輸電與交流輸電的性能比較

3.1技術性能第42頁，共74頁，星期日，2025年，2月5日（6）電纜電纜絕緣用于直流的允許工作電壓比用于交流時高兩倍，例如35kV的交流電纜容許在100kV左右直流電壓下工作，所以在直流工作電壓與交流工作電壓相同的情況下，直流電纜的造價遠低于交流電纜。三、直流輸電與交流輸電的性能比較

3.1技術性能第43頁，共74頁，星期日，2025年，2月5日（7）輸電線路的功率損耗比較在直流輸電中，直流輸電線路沿線電壓分布平穩，沒有電容電流，在導線截面積相同，輸送有用功率相等的條件下，直流線路功率損耗約為交流線路的2/3。并且不需并聯電抗補償。三、直流輸電與交流輸電的性能比較

3.1技術性能第44頁，共74頁，星期日，2025年，2月5日（8）調度管理由于通過直流線路互聯的兩端交流系統可以又各自的頻率，輸電功率也可保持恒定（恒功率、恒電流等）。對送端而言，整流站相當于交流系統的一個負荷。對受端而言，逆變站則相當于交流系統的一個電源。互相之間的干擾和影響小，運行管理簡單方便，對我國當前發展的跨大區互聯、合同售電、合資辦電等形成的聯合電力系統，尤為適宜。三、直流輸電與交流輸電的性能比較

3.1技術性能第45頁，共74頁，星期日，2025年，2月5日（9）線路走廊按同電壓500kV考慮，一條500kV直流輸電電線路的走廊約40m，一條500kV交流線路走廊約為50m，但是1條同電壓的直流線路輸送容量約為交流的2倍，直流輸電的線路走廊其傳輸效率約為交流線路的2倍甚至更多一點。三、直流輸電與交流輸電的性能比較

3.1技術性能第46頁，共74頁，星期日，2025年，2月5日優點：1）線路造價低，走廊窄。2）直流輸電電纜輸送容量大，造價低，損耗小，不易老化，壽命長，輸送距離不受限制。3）無同步穩定性問題，有利于長距離大容量送電。4）可異步運行。三、直流輸電與交流輸電的性能比較

第47頁，共74頁，星期日，2025年，2月5日優點：5）可以改善所連交流系統運行特性。6）可分期投資建設。7）電網管理方便。8）可隔離故障，有利于避免大面積停電。三、直流輸電與交流輸電的性能比較

第48頁，共74頁，星期日，2025年，2月5日

下列因素限制了直流輸電的應用范圍：（1）直流斷路器的費用高；（2）不能用變壓器來改變電壓等級；（3）換流設備的費用高；（4）由于產生諧波，需要交流和直流濾波器，從而增加了換流站的費用；（5）控制復雜。三、直流輸電與交流輸電的性能比較

第49頁，共74頁，星期日，2025年，2月5日克服以上缺點，依賴技術是：（1）直流換流器的進展；（2）晶閘管的模塊化結構和額定值增加；（3）換流器采用12或24脈波運行；（4）采用氧化金屬變阻器；（5）換流器控制采用數字和光纖技術。三、直流輸電與交流輸電的性能比較

第50頁，共74頁，星期日，2025年，2月5日三、直流輸電與交流輸電的性能比較

3.2可靠性整個系統的可靠性從強迫停運率和電能不可用率兩個方面進行衡量。（1）強迫停運率

第51頁，共74頁，星期日，2025年，2月5日三、直流輸電與交流輸電的性能比較

3.2可靠性（2）電能不可用率

從可靠性和可用率兩個指標來看，交、直流兩種輸電方式是相當的，都是可行的。第52頁，共74頁，星期日，2025年，2月5日三、直流輸電與交流輸電的性能比較

3.3經濟性交、直流兩種輸電方式，就其造價而言，各具特色：（1）輸送容量確定后，直流換流站的規模隨之確定，其投資也即確定下來，距離的增加，只與線路的造價有關。交流輸電則不同，隨著輸電距離的增加，由于穩定、過電壓等要求，需要設備中間開關站。因此，對于交流輸電方式，輸電距離不單影響線路投資，同時也影響變電部分投資。第53頁，共74頁，星期日，2025年，2月5日三、直流輸電與交流輸電的性能比較

3.3經濟性（2）就變電和線路兩部分看，直流輸電換流站投資占比重很大，而交流輸電的輸電線路投資占主要成分。（3）直流輸電功率損失比交流輸電小得多。（4）當輸送功率增大時，直流輸電可以采用提高電壓、加大導線截面的辦法，交流輸電則往往只好增加回路數。第54頁，共74頁，星期日，2025年，2月5日直流輸電與交流輸電的建設費用比較第55頁，共74頁，星期日，2025年，2月5日高壓直流聯絡線大致分以下幾類：（1）單極聯絡線；（2）雙極聯絡線；（3）同極聯絡線。

四、高壓直流輸電系統的結構和元件

4.1高壓直流聯絡線的分類第56頁，共74頁，星期日，2025年，2月5日單極聯絡線的基本結構如圖所示，通常采用一根負的導線，而由大地或水提供回路。考慮造價，常采用這類系統，對電纜傳輸來說尤其如此。這類結構也是建立雙極系統的第一步。當大地電阻率過高，或不允許對地下（水下）金屬結構產生干擾時，可用金屬回路代替大地作回路，形成金屬性回路的導體處于低電壓。四、高壓直流輸電系統的結構和元件

4.1高壓直流聯絡線的分類第57頁，共74頁，星期日，2025年，2月5日

四、高壓直流輸電系統的結構和元件

4.1高壓直流聯絡線的分類

雙極聯絡線結構如圖，有兩根導線，一正一負，每端有兩個為額定電壓的換流站串聯在直流側，兩個換流器間的連接點接地。正常時，兩極電流相等，無接地電流。兩極可獨立運行。若因一條線路故障而導致一極隔離，另一極可通過大地運行，能承擔一半的額定負荷，或利用換流器及線路的過載能力，承擔更多的負荷。第58頁，共74頁，星期日，2025年，2月5日雙極聯絡線特點:1、從雷電性能方面看，一條雙極HVDC線路能有效地等同于兩交流傳輸線路。正常情況下,它對鄰近設備的諧波干擾遠小于單極聯絡線。通過控制（不需要機械開關）改變兩極的極性來實現潮流反向。2、當接地電流不可接受時，或接地電阻高而接地電極不可行時，用第三根導線作為金屬性中性點，在一極退出運行或雙極運行失去平衡時，此導線充當回路。第三條導線的絕緣要求低，還可作為架空線的屏蔽線。如果它完全絕緣，可作為一條備用線路。四、高壓直流輸電系統的結構和元件

第59頁，共74頁，星期日，2025年，2月5日同極聯絡線：導線數不少于兩根，所有導線同極性。通常最好為負極性，因為它由電磁引起的無線電干擾小。系統采用大地作為回路。當一條線路發生故障時，換流器可為余下的線路供電，這些導線有一定的過載能力，能承擔比正常情況更大的功率。四、高壓直流輸電系統的結構和元件

4.1高壓直流聯絡線的分類第60頁，共74頁，星期日，2025年，2月5日4.2高壓直流輸電系統的元件四、高壓直流輸電系統的結構和元件

第61頁，共74頁，星期日，2025年，2月5日4.2高壓直流輸電系統的元件四、高壓直流輸電系統的結構和元件

（1）換流器它們完成交-直流和直-交流轉換，由閥橋和有抽頭切換器的變壓器構成。閥橋包括6脈波或12脈波的高壓閥。換流變壓器向閥橋提供適當等級的不接地三相電壓源。由于變壓器閥換流器的正端或負端接地。第62頁，共74頁，星期日，2025年，2月5日（2）平波電抗器這些大電抗器有高達1.0H的電感，在每個換流站與每極串聯，它們有以下作用：1.降低直流線路中的諧波電壓和電流；2.防止逆變器換相失敗；3.防止輕負荷電流不連續；4.限制直流線路短路期間整流器中的峰值電流。四、高壓直流輸電系統的結構和元件

4.2高壓直流輸電系統的元件第63頁，共74頁，星期日，2025年，2月5日四、高壓直流輸電系統的結構和元件

4.2高壓直流輸電系統的元件（3）諧波濾波器換流器在交流和直流兩側