ABB重庆变压器设计中心-HVDC 高压直流输电系统

HVDC系统原理图-双极双桥HVDC系统图第五章 高压直流输电系统的控制特点：分层控制控制的基本原理：整流器终端的功率为：逆变器终端的功率为：HVDC 控制手段：触发脉冲相位控制：调节 换流变分接头控制：调节换流基本控制：保证HVDC 系统正常运行所必需的最低限度的控制。

定电压控制、定电流控制、定触发角控制、定延迟角控制、定熄弧角控制 控制方式的组合：方式（1）：整流器定α控制，逆变器定β控制。

两端换流站均无自动控制功能。

S 点左侧，即整流器的伏安特性：Vdr =Vdor cos α-Id Rcr S 点右侧，包括输电线路和逆变器的伏安特性：当逆变器按定β角运行时，Vd =Vdi+ Id RL=Vdoi cos β+ Id （Rci + RL ）方式（2）：整流器定α控制，逆变器定γ控制 当逆变器按定γ角运行时:Vd =Vdoi cos γ- Id （Rci - RL ）I dE E z ciL cr doi dord R R R V V I -cos cos +-=γαd dr dr I V P =2dL dr d di di I R P I V P -==当受端为弱交流系统时，逆变器外特性的斜率比整流器大，如直线2’,当直流电流稍有增加时，则会引起逆变器的直流电压比整流器的直流电压降得还多，从而使Id 恶性循环地增大，直流系统无法稳定运行，实际中很少采用。

方式（3）：整流器定直流电流控制，逆变器定γ控制 直线1′为整流器的α最小控制特性。

该种控制方式是利用整流器的定电流控制来防止电流的大幅变化，同时利用逆变器定γ控制在逆变器安全运行的条件下保持直流电压最高，从而得到最好的运行经济性能。

直流工程中常采用的方式。

方式（4）：整流器定α控制，逆变器定直流电流控制整流器无自动控制功能，逆变器由电流调节器自动改变β角来保持直流电流恒定，直线1′为整流器定直流电流控制，直线2′为逆变器的定γ最小控制特性。

高压直流输电系统的结构和元件1.3.1 高压直流联络线的分类高压直流联络线大致可分以下几类：(1)单极联络线；(2)双极联络线；(3)同极联络线。

单极联络线的基本结构如图1.1所示，通常采用一根负极性的导线，而由大地或水提供回路。

出于对造价的考虑，常采用这类系统，对电缆传输来说尤其如此。

这类结构也是建立双极系统的第一步。

当大地电阻率过高，或不允许对地下（水下）金属结构产生干扰时，可用金属回路代替大地作回路，形成金属性回路的导体处于低电压。

图1.1 单极HVDC联络线双极联络线结构如图1.2所示，有两根导线，一正一负，每端有两个为额定电压的换流器串联再直流侧，两个换流器间的连接点接地。

正常时，两级电流相等，无接地电流，两级可独立运行。

若因一条线路故障而导致一级隔离，另一级可通过大地运行，能承担一半的额定负荷，或利用换流器及线路的过载能力，承担更多的负荷。

图1.2 双极HVDC联络线从雷电性能方面看．一条双极HVDC线路能有效地等同于两回交流传输线路。

正常情况下，它对邻近设备的谐波干扰远小于单极联络线。

通过控制(不需要机械开关)改变两极的极性来实现潮流反向。

当接地电流不可接受时，或接地电阻高而接地电极不可行时，用第三根导线作为金属性中性点。

在一极退出运行或双极运行失去平衡时，此导线充当回路。

第三条导线的绝缘要求低，还可作为架空线的屏蔽线。

如果它完全绝缘，可作为一条备用线路。

同极联络线结构如图1.3所示，导线数不少于两根，所有导线同极性。

通常最好为负极性，因为它由电晕引起的无线电干扰较小。

这样的系统采用大地作为回路，当一条线路发生故障时，换流器可为余下的线路供电，这些导线有一定的过载能力，能承受比正常情况更大的功率。

相反，对双极系统来说，重新将整个换流器连接到线路的一极上要复杂得多，通常本文由直流高压发生器–/110/index.html整理提供，转载需注明是不可行的。

在考虑连续的地电流是可接受的情况下，同极联络线具有突出的优点。

2024年高压直流输电系统（HVDC系统）市场前景分析引言高压直流输电系统（HVDC系统）是一种将电能以直流形式进行长距离传输的技术，在能源领域具有广泛的应用。

随着全球能源需求的增长和可再生能源的普及，HVDC系统在电力输送领域的市场前景变得越来越重要。

本文将对HVDC系统的市场前景进行分析。

HVDC系统的优势HVDC系统相比传统的交流输电系统具有众多的优势，因此在特定场景下得到了广泛的应用。

- 长距离传输：HVDC系统能够有效地在数百至数千公里的距离上传输电能，减少了输电过程中的输电损耗。

- 灵活性：HVDC系统能够方便地实现不同输电距离和功率等级之间的适配，灵活性高。

- 可靠性：HVDC系统的电力传输更稳定，可靠性更高，可以降低输电故障的可能性。

- 少占用土地：HVDC线路相对交流输电线路而言，占用土地较少，对环境影响较小。

HVDC系统市场的发展趋势HVDC系统市场在全球范围内呈现出快速增长的趋势，并且未来几年仍有望保持较高的发展速度。

以下是HVDC系统市场的几个发展趋势： ### 1. 可再生能源的普及随着可再生能源的普及，特别是风力和太阳能等清洁能源的广泛应用，需要将这些能源从发电站输送到消费地点。

HVDC系统可以有效地支持可再生能源的输电需求，因此可以预见，在可再生能源的快速发展下，HVDC系统市场需求将持续增长。

2. 电网互联随着全球电力需求的增长，不同地区之间的电网互联成为了一个重要的趋势。

HVDC系统能够通过长距离的、低损耗的电能传输，实现区域之间的电力交换。

因此，HVDC系统在电网互联方面具有巨大的潜力，并且有望在全球范围内持续发展。

3. 港口供电需求随着港口货运业的不断发展，港口供电需求也在增加。

HVDC系统由于其长距离输电能力和可靠性，可以极好地满足港口供电的需求。

因此，HVDC系统在港口供电领域的应用前景非常广阔。

4. 电力交易随着电力市场的改革和电力交易的开展，HVDC系统作为一种高效、可靠的电能传输技术，有望在电力交易中发挥重要作用。

高压直流电源系统（HVDC）替代化工企业交流不间断电源系统（UPS）的可行性研究发布时间：2021-07-31T06:32:33.173Z 来源：《电力设备》2021年第3期作者：卢亮[导读] 不管是控制还是结构都因为要求的不断提高而变得越来越复杂，造价也是一直居高不下。

UPS的基本结构如下图：（恒力石化（大连）炼化有限公司（电气部） 116318）摘要：目前化工企业的自控用电源系统均采用交流不间断电源系统（UPS），该系统已经应用近60年，性能可靠稳定，产品系列齐全，但随着电子电源的逐渐兴起，高频开关电源技术的不断发展成熟，受UPS供电的设备绝大多数已经采用高频开关电源，不再拘泥于交流电源的供电，使这些设备直流供电成为可能。

UPS的交-直-交结构已经明显表现出臃肿，与之相比直流电源供电则更加简洁、高效、经济、灵活、可靠，本文对高压直流电源系统（HVDC）替代化工企业交流不间断电源系统(UPS)进行分析与探讨，通过技术层面的分析及对HVDC在电信行业应用的借鉴,充分验证HVDC替代UPS的可行性。

关键词：高压直流系统（HVDC）；交流不间断电源系统(UPS)；高频开关电源交流不间断电源（UPS）的结构：目前化工企业自控系统的电源均采用交流不间断电源（UPS）供电，自控系统对UPS的要求很高，一旦UPS发生故障将会导致整个生产系统停运，因此UPS在多年的发展过程中经历了多次改造、升级、优化，不管是控制还是结构都因为要求的不断提高而变得越来越复杂，造价也是一直居高不下。

UPS的基本结构如下图：高压直流电源系统（HVDC）结构图HVDC大致由交流配电单元、滤波元件、整流模块、蓄电池、电池管理单元及监控模块组成。

系统在向负载提供稳定的直流电源的同时给电池充电，当市电故障或主机故障时，能够自动通过蓄电池放电，不间断输出直流电的电源。

高频开关电源：化工企业自控系统包括DCS系统、服务器、交换机、现场仪表、电磁阀、PLC系统、分析仪表等用电设备，以上所列除电磁阀外内部实际所用电源均为直流电压，直流5V、24V居多，都是经过开关电源转换而得，目前的绝大多数的开关电源的基本原理如下图：高频开关电源基本原理图从开关电源的原理图可以看出，不管是交流电源输入还是直流电源输入，只要满足开关电源的输入条件，均可在输出端得到期望的直流电压。

⾼压直流HVDC⽬录⼀、概述 (2)1.1 基本概况 (2)1.2 ⾼压直流供电技术特⾊ (3)1.3 使⽤范围 (5)⼆、范⽂引⽤书 (5)三、规划设计要求 (6)3.1 使⽤环境条件 (6)3.2 系统标准电压 (6)3.3 系统组成 (7)3.4 系统容量配置 (7)3.5 蓄电池组配置 (8)3.6 系统采⽤悬浮⽅式供电 (9)3.7 保护接地⽅式 (9)3.8 保护接地⽅式 (9)3.9 末端设备配电及控制⽅式………………………………………………………四、系统设备技术要求………………………………………………………4.1 系统总体技术要求………………………………………………………4.2 系统保护功能要求………………………………………………………4.3 告警性能要求………………………………………………………4.4 防雷性能要求………………………………………………………4.5 安全性能要求………………………………………………………4.6 系统电磁兼容性要求………………………………………………………4.7 系统⾳响噪声要求………………………………………………………4.8 可靠性指标要求………………………………………………………4.9 监控模块功能要求………………………………………………………4.10 整流模块功能要求………………………………………………………4.11 交流配电功能要求直流总输出屏要求……………………………………4.12 机房直流配电屏要求………………………………………………………4.13 直流电源列柜要求………………………………………………………4.14 设备外观与结构要求………………………………………………………五、IT 设备对 HVDC 的适应性要求………………………………………………………5.1 采⽤单相交流 220V 供电的 IT 设备……………………………………5.2 采⽤三相交流 380V 供电的 IT 设备………………………………………六、结束语………………………………………………………⼀.概述1.1基本概述1.交流UPS存在的问题通信电源发展⾄今，IT设备⼀直采⽤ UPS 电源系统供电或低压直流系统（-48V）供电。

高电压直流输电系统设计与分析引言高电压直流输电系统（HVDC）是一种用于长距离电能传输的重要技术。

相比交流输电系统，HVDC系统具有更高的传输效率、更低的输电损耗和更大的功率传输容量。

本文将对HVDC系统的设计原理、分析方法以及其在电力传输领域的应用进行探讨。

一、HVDC系统设计原理1. 双向换流器双向换流器是HVDC系统的核心组件。

它能将交流电转换为直流电，并将直流电转换为交流电。

双向换流器由晶闸管、换流阀和滤波器等元件组成。

晶闸管用于控制直流电的电压和电流，换流阀则用于实现电流的正反向变换。

2. 直流电缆直流电缆是HVDC系统中用于传输直流电能的关键组件。

它由一条或多条导线、绝缘层和外护套组成。

直流电缆具有低损耗、高耐压和传输容量大等特点。

在HVDC系统中，直流电缆被广泛应用于海底电力传输和大容量电压等级的传输。

二、HVDC系统分析方法1. 稳态分析稳态分析是对HVDC系统运行状态的静态分析。

主要通过计算电压、电流和功率等参数，评估系统的稳定性和运行性能。

在稳态分析中，需要考虑电流平衡、电压平衡和功率平衡等因素。

2. 暂态分析暂态分析是对HVDC系统在故障和启动等瞬态过程中的动态响应进行分析。

通过计算电压和电流的瞬时变化，评估系统的动态稳定性和可靠性。

在暂态分析中，需要考虑电压闪烁、功率波动和电流过载等问题。

三、HVDC系统在电力传输领域的应用1. 长距离电力传输HVDC系统由于其较低的传输损耗和较高的传输容量，被广泛应用于长距离电力传输。

特别是在远离发电机组的地区，HVDC系统可以有效地将电能传输到需要的地方，提高能源利用率。

2. 电网互联HVDC系统可用于实现不同地区的电网互联。

通过将不同的交流电网连接到一个HVDC系统上，可以实现不同频率、不同电压等级的电能互通。

这对于跨国电力输送和能源供给的平衡具有重要意义。

3. 新能源接入随着新能源的快速发展，HVDC系统在新能源接入方面发挥了重要作用。

HVDC输送方式HVDC输电已经在远距离大容量输电、海底电缆送电、不同交流系统之间的非同步联络等方面得到了广泛应用。

与HVAC输电相比，HVDC输电的线路造价和运行费用较低。

相关数据表明，在一定的功率范围内HVDC输电和HVAC输电存在一个平衡距离的概念，即当直流输电线路和换流站的造价与交流输电线路和变电站的造价相等时的输电距离。

超过平衡距离后，HVDC输电的经济性优势逐步显现，而且HVDC输电更易于实现地下或海底电缆输电。

随着风电场规模的扩大和海上风电场的快速发展，可考虑采用HVDC输电技术实现大型风电场的接入系统。

一、LCC-HVDC输电（一）LCC-HVDC输送方式概述LCC-HVDC输电采用基于无关断能力的低频晶闸管构成的电流型换流器（CSC），采用电网换相换流技术。

风电场额定容量为500MW以上的系统采用基于晶闸管的HVDC并网方式优势比较明显。

LCC-HVDC送出方式原理示意图如图2-5所示。

（二）LCC-HVDC输送方式特点1.优点LCC-HVDC输电方式具有以下优点：（1）采用基于相控换流器的LCC-HVDC输电方式，风电场的频率可以大范围变化，由于采用HVDC传输方式，不存在和并网系统的同步问题，电网的每个联络终端都可以依照自己的控制策略运行，具有很大的独立性。

（2）传输距离和传输容量理论上均不受限制，交流线路的充电电流是一个影响电力传输的重要问题，而直流线路的充电电流则基本上可以忽略。

结合目前海底电缆工艺和使用情况，在500kV电压水平下的最大输送功率可达约1200MW，在电缆技术发展或并联情况下还可以达到更高的功率水平。

（3）单根电缆的传输容量高并且传输线路损耗低，在相同的敷设方式下，一对HVDC电缆的传输容量是相同规格的三相交流线路的1.7倍。

此外，直流传输系统还可以隔离两端网络的故障。

2.缺点同时LCC-HVDC输电方式也存在以下缺点：（1）技术性约束。

LCC-HVDC传输方式的主要缺点是换流站的晶闸管阀需要吸收大量无功并在电路中产生谐波，因而需要安装大量的滤波装置。

hvdc输电原理HVDC输电原理HVDC（High Voltage Direct Current，高压直流输电）是一种通过直流方式输送电能的技术。

相比于传统的交流输电方式，HVDC具有更高的输电效率和更远的输电距离。

HVDC输电原理是基于电力系统中的直流电源和直流负载之间的能量传递。

HVDC输电系统由两个主要部分组成：直流变流站（Converter Station）和直流线路（DC Transmission Line）。

直流变流站主要由逆变器和换流器组成，用于将交流电转换为直流电和将直流电转换为交流电。

直流线路则是用于输送直流电的电缆或架空线。

HVDC输电的原理是利用直流电的优点来提高输电效率和降低输电损耗。

相比于交流输电，HVDC不受电力系统频率限制，可以实现不同频率或相位的电力互联。

同时，HVDC输电系统中的换流器可以实现电力的双向传输，使得电力系统更加灵活可控。

HVDC输电系统主要通过以下几个步骤实现能量传输：1. 逆变器：在直流变流站中，交流电通过逆变器被转换为直流电。

逆变器将交流电的频率和相位进行调整，然后通过换流器将其转换为直流电。

2. 换流器：换流器是HVDC输电系统中的核心部件，用于将直流电转换为交流电。

换流器可以实现电力的双向传输，根据需要将直流电转换为交流电进行输送，或将交流电转换为直流电进行接收。

3. 直流线路：直流线路用于输送直流电。

直流线路可以是地下电缆或架空线，通过高绝缘材料保证电力的安全传输。

4. 交流线路：在HVDC输电系统的两端，交流线路用于与交流电网进行连接。

交流线路通过变压器将输送的电力与交流电网进行匹配，实现电力的平稳接入或输出。

HVDC输电系统的优点在于其更高的输电效率和更远的输电距离。

由于直流电的特性，HVDC输电系统的输电损耗较小，能够在长距离的输电中保持较高的电能传输效率。

此外，HVDC输电系统的电压和频率可以根据需要进行调整，以满足不同电力系统之间的互联需求。

高压直流输电(HVDC)高压直流输电是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。

它基本上由两个换流站和直流输电线组成，两个换流站与两端的交流系统相连接。

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。

一般认为架空线路超过600-800km，电缆线路超过40-60km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直流输电近年来发展较快。

我国从国外引进设备和技术建设的葛洲坝一上海1100km、士500kV,输送容量的直流输电工程，已于190年建成并投入运行。

直流输电技术的主要优点是不增加系统的短路容量便于实现两大电力系统的非同期联网运行和不同频率的电力系统的联网;利用直流系统的功率调制能提高电力系统的阻尼，抑制低频振荡，提高并列运行的交流输电线的输电能力。

它的主要缺点是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。

加拿大原计划开发和建设五端直流输电系统现已建成三端直流输电系统。

实现多端直流输电系统的主要技术困难是各种运行方式下的线路功率控制问题。

目前，一般认为三端以上的直流输电系统技术上难实现经济合理性待研究。

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。

换流器在整流和逆变过程中将要产生5、7、11,13、17、19等多次谐波。

为了减少各次谐波进入交流系统在换流站交流母线上要装设滤波器。

它由电抗线圈、电容器和小电阻3种设备串联组成通过调谐的参数配合可滤掉多次谐波。

一般在换流站的交流侧母线装有5,7,1,13次谐波滤波器组。

单极又分为一线一地和单极两线的方式。

高压直流输电系统（HVDC）基本概念和应用1HVDC的基本概念高压直流输电（HVDC）的基本原理是通过整流器将交流电变换为直流电形式，再通过逆变器将直流电变换为交流电，从而实现电能传输和电网互联。

典型双极HVDC的主系统如图2-1所示。

图2-1 高压直流输电系统原理接线图根据直流导线的正负极性，直流输电系统分为单极系统、双极系统和同极系统。

为了提高直流现路的电压和减小换流器产生的谐波，常将多个换流桥串联而成为多个多桥换流器。

多桥换流器的接线方式有双极和同极。

图2-1即为双极接线方式。

换流站中的主要设备有：换流器、换流变压器、平波电抗器、交流滤波器、直流滤波器、无功补偿设备和断路器。

换流器的功能是实现交流电与直流电之间的变换。

把交流变为直流时称为整流器，反之称为逆变器。

组成换流器的最基本元件是阀元件。

现代高压阀元件的额定电压约为3～5kV，额定电流约为 2.5～3kA。

由于阀元件的耐压值和过流量有限，换流器可由一个或多个换流桥串并联组成。

用于直流输电的换流桥为三相桥式换流电路。

一个换流桥有6个桥臂，桥臂由阀元件组成。

换流桥的直流端与直流线路相连，交流端与换流变压器的二次绕组相连。

换流变压器的一次绕组与交流电力系统相连。

换流变压器与普通的电力变压器相同，但通常须带有有载调压分接头，从而可以通过调节换流变压器的变比方便地控制系统的运行状况。

换流变压器的直流侧通常为三角形或星形中性点不接地接线，这样直流线路可以有独立于交流系统的电压参考点。

换流器运行时，在其交流侧和直流侧都产生谐波电压和谐波电流。

这些谐波分量影响电能质量，干扰无线通讯，因而必须安装参数合适的滤波器抑制这些谐波。

平波电抗器的电感值很大，有时可达1H。

其主要作用是减小直流线路中的谐波电压和谐波电流；避免逆变器的换相失败；保证直流电流在轻负荷时的连续；当直流线路发生短路时限制整流器中的短路电流峰值。

另外，换流器在运行时需从交流系统吸收大量无功功率。