高压直流输电的基本控制原理PPT(65张)
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高压直流输电的基本控制原理引言高压直流输电(High Voltage Direct Current Transmission,简称HVDC)是利用直流电进行长距离电能传输的一种电力传输方式。
相比传统的交流输电,HVDC具有输送能力强、输电距离远、输电损耗小等优势,因此被广泛应用于长距离大容量电力传输领域。
本文将介绍高压直流输电的基本控制原理。
1. 高压直流输电系统架构HVDC系统由两个互补的部分组成:直流变换站(Converter Station)和直流输电线路(Transmission Line)。
1.1 直流变换站直流变换站有两个关键组成部分:直流输电端(Rectifier),用于将交流输电线路的电能转换为直流电能;直流送电端(Inverter),用于将直流电能转换为交流电能。
直流变换站还包括转换器阀(Converter Valve)和控制系统,用于实现电能的双向转换和控制。
1.2 直流输电线路直流输电线路是连接两个直流变换站的输电线路,通常采用高压直流输电线路(High Voltage Direct Current Transmission Line)或双回线方式。
直流输电线路的主要组成部分有导线、绝缘子、支架等。
2. 高压直流输电的基本控制原理高压直流输电系统的基本控制原理是通过控制直流变换站和直流输电线路的参数来实现对系统的稳定性、功率传输和电压/电流等的调节。
2.1 直流变换站控制直流变换站通过改变直流输电端和直流送电端的工作状态,实现电流方向和功率的控制。
主要的控制策略有以下几种: - 换流控制:控制换流阀的开关时间,改变电流的方向; - 功率控制:通过调整换流阀的开关时间,控制功率的输入和输出; - 电压/电流控制:通过调整换流阀的开关时间,控制电压/电流的大小和稳定性。
2.2 直流输电线路控制直流输电线路的控制主要包括电流控制和电压控制两个方面: - 电流控制:通过调整输电线路的电流大小和方向,实现输电功率的调整和平衡。
高压直流输电原理及运行高压直流输电:将三相交流电通过换流站整流变成直流电,然后通过直流输电线路送往另一个换流站逆变成三相交流电的输电方式。
高压直流输电原理图如下:换流器(整流或逆变):将交流电转换成直流电或将直流电转换成交流电的设备。
换流变压器:向换流器提供适当等级的不接地三相电压源设备。
平波电抗器:减小注入直流系统的谐波,减小换相失败的几率,防止轻载时直流电流间断,限制直流短路电流峰值。
滤波器:减小注入交、直流系统谐波的设备。
无功补偿设备:提供换流器所需要的无功功率,减小换流器与系统的无功交换。
高压直流输电对比交流输电:1)技术性功率传输特性。
交流为了满足稳定问题,常需采用串补、静补等措施,有时甚至不得不提高输电电压。
将增加很多电气设备,代价昂贵。
直流输电没有相位和功角,无需考虑稳定问题,这是直流输电的重要特点,也是它的一大优势。
线路故障时的自防护能力。
交流线路单相接地后,其消除过程一般约0.4~0.8秒,加上重合闸时间,约0.6~1秒恢复。
直流线路单极接地,整流、逆变两侧晶闸管阀立即闭锁,电压降为零,迫使直流电流降到零,故障电弧熄灭不存在电流无法过零的困难,直流线路单极故障的恢复时间一般在0.2~0.35秒内。
过负荷能力。
交流输电线路具有较高的持续运行能力,其最大输送容量往往受稳定极限控制。
直流线路也有一定的过负荷能力,受制约的往往是换流站。
通常分2小时过负荷能力、10秒钟过负荷能力和固有过负荷能力等。
前两者葛上直流工程分别为10%和25%,后者视环境温度而异。
就过负荷而言,交流有更大灵活性,直流如果需要更大过负荷能力,则在设备选型时要预先考虑,此时需增加投资。
潮流和功率控制。
交流输电取决于网络参数、发电机与负荷的运行方式,值班人员需要进行调度,但又难于控制,直流输电则可全自动控制。
直流输电控制系统响应快速、调节精确、操作方便、能实现多目标控制。
短路容量。
两个系统以交流互联时,将增加两侧系统的短路容量,有时会造成部分原有断路器不能满足遮断容量要求而需要更换设备。
直流输电系统控制1 直流输电系统控制的基本原理如图1-1中所示的直流输电联络线,它表示一个单极联络线或双极联络线中的一个极,相应的等值电路和电压分布情况分别如图1-1(b)和1-1(c)所示。
(a)接线图(b)等值电路(c)电压分布情况图1-1从整流器流向逆变器的直流电流为:直流系统通过控制整流器和逆变器的内电势αcos dor V 和γcos doi V 来控制线路上任一点的直流电压以及线路电流(或功率)。
这是通过控制阀的栅/门极的触发角,或者通过改变换流变压器抽头来控制其交流电压来完成的。
栅/门极的控制速度很快(1到10ms),而变压器抽头切换速度较慢(每级切换为5到105),这两种方式相互补充,栅/门极控制最先开始动作,随后分接头缓慢调节改变,使换流器控制角(整流器的触发角和逆变器的熄弧角)恢复到正常范围。
功率反送(又称为潮流反转)是通过两端直流电压反向来实现的。
在选择控制特性时,应该考虑下列要求:(1)防止交流系统电压的变化引起直流电流的大波动。
(2)保持直流电压在额定值附近。
(3)保持送端和受端的功率因数尽可能高.(4)防止逆变器的换相失败.运用换流器的快速控制来防止直流电流的大波动,这是保证直流输电系统满意运行的一个重要要求。
直流线路和换流器的电阻很小,因而αcos dor V 或γcos doi V 的微小变化就能引起直流电流的大变动。
例如,整流器或逆变器的电压变化25%,将引起直流电流变化达100%.这意味着,如果触发角和熄弧角保持恒定,任一端的交流电压幅值小的变化会引起直流电流在一个很大的范围内变动,对电力系统来说,这样大的波动是不可能接受的。
此外,这种大的电流变化可能高到足以损害阀和其它设备。
所以,防止直流电流波动的快速控制对系统的正确运行是至关重要的。
如果没有这种控制,直流输电系统将是不实用的。
由于所以,要得到高功率因数,必须保持整流器触发角和逆变器的熄弧角尽可能小。
但是,为了确保触发前阀上有足够的电压,整流器有一个最小触发角限制,一般为︒5。