特高压直流输电 Transmissção em Corrente Contínua em Ultra Alta Tensão 梁海峰 电力工程系电力教研室 华北电力大学 Liang Haifeng Departamento de Engenharia.

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1 2016/7/2hfliang@ncepu.edu.cn 特高压直流输电 Transmissção em Corrente Contínua em Ultra Alta Tensão 梁海峰 电力工程系电力教研室 华北电力大学 Liang Haifeng Departamento de Engenharia de Energia Elétrica Universidade de Poder Eléctrico do Norte da China

2 特高压直流输电 2016/7/2hfliang@ncepu.edu.cn2 主要内容 Conteúdo 直流输电概述 直流输电与交流输电的比较 直流输电的主要优缺点和适用场合 特高压直流输电概念 中国发展特高压直流输电的动因 特高压直流输电工程介绍 特高压直流输电的关键技术 Visão geral de transmissão em corrente contínua Comparação entre transmissão em corrente contínua e em corrente alternada As vantagens e desvantagens de transmissão em corrente contínua e aplicação Conceito de transmissção em corrente contínua em ultra alta tensão Os motivos do desenvolvimento de transmissção em corrente contínua em ultra alta tensão da China Apresentação do projeto de transmissção em corrente contínua em ultra alta tensão Tecnologia chave de transmissção em corrente contínua em ultra alta tensão

3 特高压直流输电 2016/7/2hfliang@ncepu.edu.cn3 § 直流输电概述 1 Visão geral de transmissão em corrente contínua 高压直流输电 (High Voltage Direct Current Transmission ， HVDC) 两端 HVDC 系统示意图 Transmissão de corrente contínua em alta tensão (High Voltage Direct Current Transmission ， HVDC) Diagrama do sistema de transmissão em corrente contínua em alta tensão em duas portas 交流系统 A Sistema de corrente alternada A 交流系统 B Sistema de corrente alternada B 换流站Ⅰ Estação conversora Ⅰ 换流站Ⅱ Estação conversora Ⅱ

4 特高压直流输电 § 直流输电概述 1 Visão geral de transmissão em corrente contínua 高压直流输电单桥换流器 换流器件：晶闸管 Transmissão em corrente contínua em alta tensão Ponte única conversora Dispositivo conversor ： Thyristor

5 特高压直流输电 2016/7/2hfliang@ncepu.edu.cn5 § 直流输电概述 1 Visão geral de transmissão em corrente contínua 直流输电发展历史 1882 年，法国物理学家德普勒进行了第一次直流输电试验。送电电压：直流 1500 ～ 2000V ；输送功率 1.5kW 。电力送到慕尼黑的国际博览会上。 直流发电机直接向直流负荷供电。升压困难；不适于远距离传输。 19 世纪 90 年代 以后，随着交流发电机、电动机和变压器的产生和应用，直流输电被交流输电所 取代。 A história de transmissão em corrente contínua Em 1882, o físico francês Deprez realizou o primeiro teste de transmissão em corrente contínua. Tensão: corrente contínua 1500 ～ 2000V ； Poder 1.5kW Transmite o poder até Exposição Internacional de Monique Gerador de corrente contínua fornece energia diretamente à carga de corrente contínua. É difícil impulsionar; Não é adequado para a transmissão de longa distância. Após a década de 1890, com a produção e aplicação de geradores de corrente alternada, motores e transformadores, transmissão de corrente contínua é substituída pela transmissão corrente alternada.

6 特高压直流输电 2016/7/2hfliang@ncepu.edu.cn6 § 直流输电概述 1 Visão geral de transmissão em corrente contínua 直流输电发展历史 1901 年，美国人 Peter Cooper Hewitt 发明汞气灯 （ mercury-vapor lamp ），进而发明 mercury arc rectifier （汞弧整流器）。 1929 年， Dr. Uno Lamm 成功解决了汞弧阀（ mercury arc valves ）容量提升的问题。 A história de transmissão de corrente contínua Em 1901 ， o americano Peter Cooper Hewitt inventou lâmpada a vapor de mercúrio( mercury-vapor lamp) ， assim inventando retificador a arco de mercúrio(mercury arc rectifier) Em 1929 ， Dr. Uno Lamm resolveu com sucesso o problema de levantar a capacidade de válvula de arco de mercúrio (mercury arc valves) Early mercury arc valve for HVDC transmission

7 特高压直流输电 2016/7/2hfliang@ncepu.edu.cn7 § 直流输电概述 1 Visão geral de transmissão em corrente contínua 直流输电发展历史 1954 年，瑞典本土－哥特兰岛（ Gotland ）第一条商业化的海底电缆直流输电系统。额定 值： 20MW ， 200A ， 100kV 。 汞弧阀逆弧故障率高、可靠性低、运行维护不便，直流输电发展受到限制。 First solid state semiconductor valves ( thyristor valves, 晶闸管阀 )in 1970. First microcomputer based control equipment for HVDC in 1979. A história de transmissão de corrente contínua Em 1954, na Suécia - Gotland O primeiro sistema comercial de transmissão em corrente contínua com cabo submarino. Classificação: 20 MW, 200A, 100 kV O arco de volta da válvula de arco de mercúrio tem característica de alta avariação, baixa confiabilidade, inconveniência de operação e manutenção, o desenvolvimento de transmissão em corrente contínua é limitado Primeiro válvula de semicondutor sólido ( válvulas de tiristores (thyristor valves) em 1970. Primeiro equipamento de controle baseado em microcomputador para HVDC em 1979.

8 特高压直流输电 2016/7/2hfliang@ncepu.edu.cn8 § 直流输电概述 1 Visão geral de transmissão em corrente contínua The history of transmission of the direct current First active DC filters for outstanding filtering performance in 1994 First Capacitor Commutated Converter(CCC) in Argentina-Brazil interconnection,1998. First Voltage Source Converter(VSC)for transmission in Gotland,Sweden,1999. Highest DC transmission voltage(+/-800 KV )in China,2010. A história de transmissão de corrente contínua Os primeiros filtros activos de corrente contínua com excelente desempenho de filtragem em 1994. Primeiro Capacitor Commutated Converter (CCC) em Argentina-Brasil interligação,em 1998. Primeiro Voltage Source Converter (VSC) para transmissão em Gotland, Suécia em1999. Tensão de transmissão de corrente contínua máxima (+/- 800 kV) na China,em 2010.

9 特高压直流输电 2016/7/2hfliang@ncepu.edu.cn9 § 直流输电概述 1 Visão geral de transmissão em corrente contínua Mercury-arc valves in the first Gotland link, 1954 Válvulas de arco de mercúrio no primeiro link Gotland, 1954

10 特高压直流输电 2016/7/2hfliang@ncepu.edu.cn10 § 直流输电概述 1 Visão geral de transmissão em corrente contínua Gotland 1 extension, with the world's first HVDC thyristor valves ， 1970 Gotland uma extensão, com o primeiro válvulas de tiristor da transmissão de corrente contínua em alta tensão no mundo,1970

11 特高压直流输电 2016/7/2hfliang@ncepu.edu.cn11 § 直流输电概述 1 Visão geral de transmissão em corrente contínua Foz do Iguaçu converter station with the Itaipu 12,600-MW power station in the background Foz do Iguaçu estação conversora com a estação de energia de 12.600 MW de Itaipu

12 特高压直流输电 2016/7/2hfliang@ncepu.edu.cn12 § 直流输电概述 1 Visão geral de transmissão em corrente contínua Inside one of the valve halls Dentro uma das salas de válvulas

13 特高压直流输电 2016/7/2hfliang@ncepu.edu.cn13 §2 直流输电与交流输电的比较 2 Comparação entre transmissão em corrente contínua e em corrente alternada 经济性比较 线路 两端设备 总费用与等价距离 技术性比较 稳定性 非同步联络线 新发电方式与系统的联接 Comparação Econômica Linha Dispositivos em duas portas Despesa total e distância equivalente Comparação técnica Estabilidade Linha de contacto assíncrona Ligação com o novo sistema de geração de energia

14 特高压直流输电 2016/7/2hfliang@ncepu.edu.cn14 3 直流输电的主要优缺点和适用场合 §3 As vantagens e desvantagens de transmissão em corrente contínua e aplicação 优点 当输送相同的功率时，直流输电线路造价比交流线路低 可以非同步联网 联网不增加短路容量 线路电晕干扰小 线路基本不存在电容电流，不需无功补偿 Vantagens Ao transportar a mesma potência, o custo de linha de transmissão de corrente contínua é menor do que o da linha de corrente alternada Acesso à rede assíncrono Networking não aumenta a capacidade de curto-circuito Pequena perturbação de coroa de linha Basicamente não existe corrente capacitiva, sem compensação de energia reactiva

15 特高压直流输电 2016/7/2hfliang@ncepu.edu.cn15 3 直流输电的主要优缺点和适用场合 §3 As vantagens e desvantagens de transmissão em corrente contínua e aplicação 缺点 换流站造价高于变电站 目前尚无适用的直流断路器，发展多端直流输电系统受到一定限制 不能使用变压器变换电压水平 运行过程中产生谐波 换流站需要大量的无功补偿 控制复杂 Desvantagens O custo da estação conversora é maior do que o de subestação Agora não há disjuntores de corrente contínua adequados, desenvolver o sistema de transmissão de corrente contínua multi-terminal está sujeita a certas restrições Não se pode usar transformadores para transformar o nível de tensão Gerar harmônicos durante a operação Estação conversor requer uma grande quantidade de compensação de energia reactiva Controle de complexo

16 特高压直流输电 2016/7/2hfliang@ncepu.edu.cn16 3 直流输电的主要优缺点和适用场合 §3 As vantagens e desvantagens de transmissão em corrente contínua e aplicação 适用场合 远距离大功率输电 海底电缆输电 用电缆向高密度大城市供电 不同额定频率或同频率非同步运行的交流系统之间的联络 Aplicação Transmissão de energia a longa distância Transmissão por cabo submarino Fornece energia para as cidades de alta densidade com cabo O contacto entre sistema de intercâmbio de frequência nominal diferente ou de frequência de operação assíncrona

17 特高压直流输电 2016/7/2hfliang@ncepu.edu.cn17 The HVDC transmissions around the world ， by region ， 2005 As transmissões em corrente contínua em alta tensão em todo o mundo, por região, 2005

18 特高压直流输电 2016/7/2hfliang@ncepu.edu.cn18 2010 年各大洲直流输电工程 2010 projetos de transmissão em corrente contínua nos continentes

19 特高压直流输电 2016/7/2hfliang@ncepu.edu.cn19 两端直流输电系统的构成方式 Diagrama de transmissão de corrente contínua em duas portas 1-transformador conversor 2-conversor 3-reator de alisamento 4-filtro de corrente alternada 5-filtro de corrente contínua 6-sistema de controle e proteção 7-eletrodo chumbo 8-eletrodo de aterramento 9-sistema de comunicação e movimento

20 特高压直流输电 2016/7/2hfliang@ncepu.edu.cn20 两端直流输电系统的构成方式（续） Transmissão em corrente contínua em duas portas 单极系统（ Monopolar Link ） 双极系统（ Bipolar Link ） 非同步联络站（ Back-to-Back tie, BTB or B2B ） Sistema monopolar （ Monopolar Link ） Sistema bipolar （ Bipolar Link ） Pontos focais assíncronos （ Back-to-Back tie, BTB or B2B ）

21 (a)modo de operação do circuito de terra monopolar (b)modo de operação do circuito de metal monopolar ( c) modo de operação do circuito de terrra paralelo a duplo fio monopolar 1-transformador conversor 2-conversor 3-reator de alisamento 4-transmissão de corrente contínua 5- sistema de eletrodo de aterramento 6-sistema de corrente alternada em duas extremidades

22 特高压直流输电 2016/7/2hfliang@ncepu.edu.cn22 两端直流输电系统的构成方式（续） Transmissão de corrente contínua em duas extremidades 单极系统（ Monopolar Link ） 双极系统（ Bipolar Link ） 非同步联络站（ Back-to-Back tie, BTB or B2B ） Sistema monopolar （ Monopolar Link ） Sistema bipolar （ Bipolar Link ） Pontos focais assíncronos （ Back-to-Back tie, BTB or B2B ）

23 (a) Modo de aterramento de pontos neutro em duas extremidades bipolar (b) Modo de aterramento de pontos neutro em uma extremidade bipolar (c)Modo de circuito médio de metal bipolar 1-transformador conversor 2-conversor 3-reator de alisamento 4-transmissão de corrente contínua 5- sistema de eletrodo de aterramento 6-sistema de corrente alternada em duas extremidades

24 特高压直流输电 2016/7/2hfliang@ncepu.edu.cn24 两端直流输电系统的构成方式（续） Transmissão em corrente contínua em duas extremidades 单极系统（ Monopolar Link ） 双极系统（ Bipolar Link ） 非同步联络站（ Back-to-Back tie, BTB or B2B ） Sistema monopolar （ Monopolar Link ） Sistema bipolar （ Bipolar Link ） Pontos focais assíncronos （ Back-to-Back tie, BTB or B2B ）

25 Diagrama de princípio de fiação da estação conversora “back to back” 1-transformador conversor 2-conversor 3-reator de alisamento 4-sistema de corrente alternada em duas extremidades

26 特高压直流输电 2016/7/2hfliang@ncepu.edu.cn26 Obrigado ！

27 HVDC