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常规直流输电的基本原理
常规直流输电的基本原理可以概括为以下几点:
一、直流输电的概念
直流输电是利用直流电压对电能进行长距离传输的过程。
与交流输电相比,直流输电线路结构简单,但也存在一定缺点。
二、直流输电的基本结构
直流输电系统主要包括发电机、变流站、输电线路、受电变流站和负载几个部分。
发变电站将交流电转换为直流电,经过输电线路,最后转换回交流电为负载供应电力。
三、直流输电的工作原理
1. 发电机组发出三相交流电。
2. 变流站将交流电整流为直流电,升高电压。
3. 高压直流电沿输电线路输送,减少电能损耗。
4. 接收变流站将直流电再转换为交流电,供应给用户。
5. 整个系统采用回馈控制调节电流、电压,保证稳定运行。
四、直流输电的优势
1. 线路投资减少,传输损耗小。
2. 可实现交联互济不同系统。
3. 输电容量可通过电压调节实现,易扩容。
4. 可采用先进的直流电网技术。
五、直流输电的劣势
1. 换流站投资和损耗较大。
2. 难以实现直接供电,需要变流设备。
3. 输电距离受电压等级限制。
4. 缺乏经验,维护转换设备复杂。
总之,直流输电可降低线路损耗,但更适合远距离跨区传输。
随着技术进步,直流输电会发挥更大优势。
直流输电课程引言：直流输电是一种将电能以直流形式传输的电力输电方式。
与交流输电相比，直流输电具有更低的电阻损耗、更小的电磁辐射和更高的输电距离等优势。
本课程将介绍直流输电的基本原理、设备和应用领域，帮助学习者全面了解直流输电技术。
一、直流输电基本原理1.1 直流与交流的区别直流是电流方向始终保持不变的电流形式，而交流是电流方向周期性改变的电流形式。
直流输电利用直流电流的稳定性，减少了电阻损耗，提高了输电距离。
1.2 直流输电的优势直流输电相比交流输电具有以下优势：- 较低的电阻损耗：直流输电在输电线路上的电阻损耗更低，能够减少能量的损失。
- 较小的电磁辐射：直流输电系统的电磁辐射更低，对周围环境和人体健康的影响较小。
- 更高的输电距离：直流输电能够实现远距离的电能传输，适用于长距离输电项目。
- 更好的电能调控能力：直流输电系统具有较好的电能调控能力，能够满足不同负荷的需求。
二、直流输电设备2.1 直流输电线路直流输电线路由直流电源、高压直流输电线、换流站等组成。
高压直流输电线采用特殊材料和结构设计，以减小电阻和电磁辐射损失。
2.2 直流换流器直流换流器是直流输电系统中的核心设备，用于将交流电转换为直流电或将直流电转换为交流电。
直流换流器包括整流器和逆变器两部分，能够实现直流与交流之间的能量转换。
2.3 直流输电控制系统直流输电控制系统用于监测和控制直流输电系统的运行状态，包括电压、电流、功率等参数的监测和调控。
三、直流输电应用领域3.1 跨海输电直流输电在跨海输电方面具有独特的优势。
由于直流输电不受交流电缆长度的限制，能够实现超长距离的海底输电，解决了远离陆地的离岛或洲际电力传输问题。
3.2 新能源接入直流输电在新能源接入方面具有重要应用价值。
由于新能源发电常常分布在偏远地区，直流输电能够将分散的新能源电力集中传输到用电中心，提高了新能源利用效率。
3.3 高电压直流输电高电压直流输电是直流输电的一种重要应用形式。
1、<直流输电优缺点>优点：（1）直流输电架空线路只需正负两极导线、杆塔结构简单、线路造价低、损耗小。
（2）直流电缆线路输送容量大、造价低、损耗小，不易老化、寿命长，且输送距离不受限制。
（3）直流输电不存在交流输电的稳定问题，有利于远距离大容量输电。
（4）采用直流输电可实现电力系统之间的非同步联网。
（5）直流输电输送的有功功率和换流器消耗的无功功率均可由控制系统进行控制，可利用这种快速可控性来改善交流系统的运行性能。
（6）在直流电的作用下，只有电阻起作用，电感和电容均不起作用，直流输电采用大地为回路，直流电流则向电阻率低的大地深层流去，可很好地利用大地这个良导体。
（7）直流输电可方便地进行分期建设和增容扩建，有利于发挥投资效益。
（8）直流输电输送的有功及两端换流站消耗的无功均可用手动或自动方式进行快速控制，有利于电网的经济运行和现代化管理。
缺点：（1）直流输电换流站比交流变电所的设备多、结构复杂、造价高、损耗大、运行费用高、可靠性也较差。
（2）换流器对交流侧来说，除了是一个负荷（整流站）或电源（逆变站）以外，它还是一个谐波电流源；对直流侧来说，它还是一个谐波电压源。
（3）晶闸管换流器在进行换流时需消耗大量的无功功率（约占直流输送功率的40%~60%），每个换流站均需装设无功补偿设备。
（4）直流输电利用大地（或海水）为回路而带来一些技术问题。
（5）直流断路器由于没有电流过零点可以利用，灭弧问题难以解决，给制造带来困难。
2、<经济等价距离>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称为经济等价距离。
3、<直流输电发展>(1)1882年，德国，HVDC首次成功试验 (2)1954年，瑞典，HVDC首次投入商业运行 (3)1972年，加拿大， HVDC首次全部采用晶闸管元件4、<晶闸管导通和关断>晶闸管的导通条件为：(1) 在阳极和阴极间加正向电压。
直流输电（Direct Current Transmission，简称DC输电）是一种电力输送方式，通过直流电流将电能从发电站输送到远距离的地方。
直流输电的计算涉及到电流、电压、损耗等参数，以下是一些与直流输电计算相关的基本公式：1. **电流（I）计算公式：**直流电流可以使用以下公式计算：I = P / (V * cos(θ))其中，- I 表示电流（安培），- P 表示功率（瓦特），- V 表示电压（伏特），- θ表示功率因数的相位角（通常为0，因为直流电的功率因数为1）。
2. **电压降（Voltage Drop）计算公式：**电压降是电流通过电线或输电线路时电压的降低。
电压降可以使用以下公式计算：Vd = I * R其中，- Vd 表示电压降（伏特），- I 表示电流（安培），- R 表示电阻（欧姆）。
3. **损耗（Power Loss）计算公式：**损耗是电能在输电线路中由于电阻而消耗的功率。
损耗可以使用以下公式计算：Loss = I^2 * R其中，- Loss 表示损耗的功率（瓦特），- I 表示电流（安培），- R 表示电阻（欧姆）。
4. **电压降百分比（Voltage Drop Percentage）计算公式：**电压降百分比是电压降与供电电压之比，通常以百分比表示。
可以使用以下公式计算：Voltage Drop Percentage (%) = (Vd / V) * 100其中，- Voltage Drop Percentage 表示电压降的百分比，- Vd 表示电压降（伏特），- V 表示供电电压（伏特）。
请注意，上述公式中的电阻（R）通常与输电线路的特性、电线材料、长度和横截面积等有关。
直流输电计算还可能涉及到线路的电感、电容等因素，具体计算需要根据实际情况和电力工程的要求来进行。
在实际电力工程中，通常会使用专业软件来进行更复杂的直流输电计算。
直流输电原理
直流输电是一种电力传输方式，以直流电作为传输介质。
与交流输电相比，直流输电具有一些独特的原理和特点。
直流输电的原理是利用直流电的恒定电压和电流特性，在输电过程中减小能量的损耗和损失。
直流电的电流不会随时间而变化，因此电流的损耗较小，能够减少电线的导线负载和电流导线的损耗。
另外，直流电的功率因数接近1，电压和电流之间的相位差较小，能减少线路的无功功率损耗。
直流输电采用高压传输，可以大大减小输电线路的电流，从而降低电阻损耗。
此外，直流输电还能提供稳定的电流和电压，适合远距离的电力传输。
直流输电还能避免交流电输电过程中的电磁干扰问题，提高电力传输的稳定性和可靠性。
为了实现直流输电，需要使用直流输电装置，如直流输电变压器和直流输电线路。
直流输电变压器能够将高压直流电转换为低压直流电，以适应不同的功率需求。
直流输电线路一般使用大直径的电缆，以减小线路电阻，降低能量损耗。
总的来说，直流输电利用直流电的恒定特性，减小能量的损耗和损失，提高电力传输的效率和可靠性。
它具有适应远距离输电、降低能量损耗和提高电力传输稳定性的优势，因此在一些特殊的需求和场景下得到广泛应用。
第1章（1）高压直流输电的概念和分类概念：高压直流输电由将交流电变换为直流电的整流器、高压输电线路及将直流电变换为交流电的逆变器构成。
分类：1）长距离直流输电（两端直流输电）2）背靠背（BTB）直流输电方式3）交、直流并联输电方式4）交、直流叠加输电方式5）三极直流输电方式（2）直流系统的构成1、直流单极输电：1）大地或海水回流方式2）导线回流方式2、直流双极输电：1）中性点两端接地方式2）中性点单端接地方式3）中性线方式3、直流多回线输电：1）线路并联多回输电方式2）换流器并联的多回线输电方式4、多端直流输电：1）并联多端直流输电方式2）串联多端直流输电方式（3）高压直流输电的特点1：优点：1)经济性（输电距大于等价距离时，采用直流输电更经济）2)、互连性（采用直流对交流系统进行互连时，不会造成短路容量增加，有利于防止电流系统故障扩大）3)、控制性（直流输电的快速可控特点，可用于所连交流系统的稳定与频率控制）2：缺点：（1）直流输电换流站的设备多、结构复杂、造价高、损耗大、运行费用高、可靠性也较差。
（2）换流器在工作过程中会产生大量谐波，处理不当流入交流系统中的谐波就会对交流电网的运行造成一系列的问题。
（3）对于传统的电网换相直流输电在传送有功功率的同时，会吸收大量无功功率，可达有功功率的50%--60%。
（4）直流输电接地极、直流断路器等问题，存在没有很好解决的技术难题。
（4）目前已投运20个直流输电工程1、舟山工程2、葛南工程3、天广工程4、三常工程5、嵊泗工程6、三广工程7、贵广I回工程8、灵宝工程9、三沪工程10、贵广II回工程11、高岭背靠背工程12、德宝工程13、云广特高压工程14、向上工程15、呼辽工程16、宁东直流工程17、黑河背靠背工程18、青藏工程（5）轻型直流输电基于电压源换流器的VSC直流输电也称为自励式直流输电、轻型直流输电或柔性直流输电。
VSC直流输电的特点：1）电压源换流器为无缘逆变，对受端系统没有要求，故可用于向小容量系统或不含旋转电机的负荷供电2）只需在交流母线上安装一组高通滤波器即可满足谐波标准要求，无须安装直流滤波器和平波电抗器3）不会出现换相失败故障4）模块化设计使VSC直流输电工程缩短工期5）可实现无人值班或少人值守运行6）控制器可根据交流系统的需要实现自动调节，所以两侧电压源型换流器不需要通信联络，从而减少通信的投资及运行维护费用7）可不安装换流变压器，同时可简化开关，从而进一步降低造价。
提高VSC直流输电的竞争力第2章高压直流输电系统的主要设备（1）高压直流输电系统的组成（主要设备）换流装置、换流变压器、平波电抗器、无功补偿装置、滤波器、直流接地级、交直流开关设备、直流输电线路以及控制与保护装置、远程通信系统等（2）高压直流输电系统的基本工作原理：是通过换流装置，将交流电转变为直流电，将直流电传送到受端换流装置，再由该换流装置将直流电转变为交流电送入端交流系统。
（3）高压直流输电系统的主要设备的功能换流装置（换流器）：将交流电转变为直流或直流电转变为交流电的设备，具有整流、逆变、开关的功能，对整流器实施快速控制，实现高压直流输电系统的起动和停运。
换流变压器：1）、参与实现交流电与直流电之间的相互变换2）、实现电压变换3）、抑制直流故障电流4）、削弱交流系统入侵直流系统的过电压5）、减少换流器注入交流系统的谐波6）、实现交、直流系统的电气隔离无功补偿装置：换流器在实现有功功率的交/直、直/交转换时，还需从交流系统吸收无功功率，无功补偿装置可以为换流器提供所需的无功功率滤波器：分为交流和直流滤波器，分别接于交、直流母线上，抑制换流器产生的注入交流系统或直流系统的谐波直流接地级：是钳制中性点点位和为直流电流提供返回通路直流输电线路：为整流站向逆变站传送直流电流或直流功率提供通路（4）直流平波电抗器的主要作用1）防止轻载时直流电流断续2）抑制直流故障电流的快速增加，减小逆变器继发换相失败的几率3）减小直流电流纹波，与直流滤波器一起共同构成换流站直流谐波滤波电路4）防止直流线路或直流开关站发生的陡波冲击进入阀厅，使换流阀免遭过电压应力过大而损坏。
第3章换流器工作原理（1）图3-1 高压直流输电系统接线图图中：1）UR和UI为换流器，可实现交流电向直流电或直流电向交流电的转换。
2）T为换流变压器，它向换流器提供适当等级的不接地三相电压源。
（长距离、大容量高压直流输电系统中，换流变压器全部采用单相双绕组型式。
）。
3）La为平波电抗器，其作用是防止轻负荷时直流电流断续，抑制直流故障电流的快速增加，以及减小直流电流纹波等。
4）ACF 和DCF分别是交流滤波器和直流滤波器，其作用分别是抑制换流器注入交、直流系统的谐波。
5) 此外，高压直流输电系统还有直流线路和控制保护系统(图3-1中未标出)。
高压直流输电工作原理：从交流系统1向交流系统2输电时，换流站1把交流系统1送来的三相有功功率变换成直流功率。
通过直流输电线路把直流功率输送到换流站2，再由换流站2将直流功率转换成交流功率，送人交流系统2，这个过程称作高压直流输电。
（此时，换流站1称为整流站，其换流器UR 工作在整流运行方式，叫整流器;换流站2称为逆变站，对应的换流器UI 工作在逆变运行方式，叫逆变器。
）（2）6脉波整流器（单桥整流器）工作原理及各种工况工作原理：各种工况：单桥整流器共有3种运行方式，即工况2-3、工况3和工况3-4。
其中，工况2-3为正常运行方式，工况3为非正常运行方式，而工况3-4则为故障运行方式。
1）工况2-3：指在60°的重复周期中，2个阀臂和3个阀臂轮流导通的运行方式。
单桥整流器工作在工况2-3状态的前提条件：触发延迟角0<a<900-u/2，同时换相角u< 600。
正常运行时，单桥整流器的触发延迟角a 为10°-20°，换相角u=15°-25°。
2）工况3：指在60°的重复周期中，始终只有3个阀臂轮流导通的运行方式。
单桥整流器工作在工况3状态的前提条件是:触发延迟角a=0～30°，同时换相角u=60°。
3）工况3-4：指在60°的重复周期中，3个阀臂和4个阀臂轮流导通的运行方式。
单桥整流器工作在工况3-4状态的前提条件是:触发延迟角为30< a <= 90-u/2，同时换相角600 <u<=120。
（3）12脉波整流器的结构、双桥12脉波整流器的工作原理（4）6脉波逆变器工作原理及工况（5）逆变器成功实现逆变需要同时满足的三个条件：1)外接直流电源，其极性必须与晶闸管的导通方向一致;2)外接交流系统，其在直流侧产生的整流电压平均值应小于直流电源电压;3)晶闸管的触发延迟角a 应在90°～180°的范围内连续可调。
（6）12脉波逆变器可能发生换相失败：原因：当关断角过小时，12脉波逆变器会发生换相失败，导致逆变器直流侧短时间的短路，直流电流偏高。
1）如果发生连续换相失败，则直流电流增加过多，直流控制保护系统将动作，采取故障紧急移相的控制措施，使高压直流输电系统单极或双极停止运行。
2）如果只是发生一次换相失败，直流电流增高较小，整流侧定直流电流控制动作，很快就能将直流电流调回到预定值。
6脉波整流器工作原理如左图所示：VT1一VT6是第1-6个阀臂(桥臂)，数字1-6代表阀臂导通顺序。
每一个阀臂由几十到上百个晶闸管串联组成。
ua 、 ub 、 uc 为交流系统等值基波相电压;Lr 每相的等值换相电感;Ld 平波电抗器的电感值;m 和n 单桥整流器的共阴极点和共阳极点;N 交流系统的参考电位。
第4章高压直流输电的谐波抑制与无功补偿（1）谐波的污染与危害电力危害：1、旋转电动机（换流变压器过负荷）等的附加谐波损耗与发热，缩短使用寿命2、谐波谐振过电压，造成电气元器件及设备的故障与损坏3、电能计量错误信号干扰：1、对通信系统产生电磁干扰，使电信质量下降2、使自动控制、保护装置误动作3、危害到功率处理器自身的正常运行。
（2）谐波的分类（3）换流器交流侧的特征谐波（4）换流器直流侧的特征谐波（5）换流器交流侧的非特征谐波（6）换流器直流侧的非特征谐波产生直流侧非特性谐波的因素：1）交流母线电压中含有谐波电压，直流侧将产生非特性谐波电压。
（7）谐波抑制设备1、滤波器2、平波电抗器3、中性点冲击电容器（8）无功补偿装置分组容量的确定原则1）应综合考虑换流站总无功补偿容量，无功补偿装置的投切影响，交、直流系统允许的无功交换，电压控制能力，交流滤波要求及交流滤波器性能以及无功补偿装置的布置位置等因素2）应满足交流系统暂态电压变化率及稳态电压的要求3）应避免与邻近的同步电动机产生谐振4）任何分组的投切都不应引起逆变器发生换相失败，或使直流控制模式及直流输送水平发生改变。
（9）无功补偿设备1)机械投切的电容器和电抗器2）同步调相机3）静止无功补偿装置（10）FC-TCR型SVC（11）静止无功补偿装置与直流系统的协调控制策略制定时需要考虑的因素1、直流启动时交直流系统无功功率交换控制2、直流启动过程中滤波器投切引起的换流母线暂态过电压及稳态过电压控制3、功补偿装置U-I特性斜率与分接头的协调控制，避免分接头的频繁振荡投切4、直流系统故障及交流系统故障时的协调控制，避免因静止无功补偿装置的不当控制引起系统不稳定及直流功率的延迟恢复5、静止无功补偿装置控制系统参数及直流控制系统参数的协调整定6、考虑弱受端系统负荷特性对直流控制器级静止无功补偿协调控制策略的影响（12）换流器如何无功电压控制1）低负荷下增加无功消耗2）帮助进行不平衡无功的精密控制3）降低无功补偿设备投切时的暂态电压变化第5章电网换相直流输电的控制与保护（1）基本控制方式1）定电流控制2）定电压控制3）定功率控制4）定熄弧角控制（2）换流器的相位控制1)定电流控制—使直流电流达到指定值而调整直流电压的控制方法; 2)定电压控制—把直流电压调整为指定的恒定值的控制方法; 3)定功率控制—调整直流电流使直流功率为指定值的控制方法。
4)定熄弧角控制—在交流电压下降或直流电流变化时使逆变器的晶闸管关断的负电压期间(熄弧角)为恒定值的控制方式。
（3）换流变压器阀侧电压恒定的控制方式的特征①不用切换分接头，即可快速实现从最小值到额定值的输送功率。
②变压器分接头只在补偿交流系统电压变动时使用，没有必要补偿直流电流变动造成的直流电压变化，较小的分接头调整范围即可满足要求。
③轻负荷时的熄弧角变大，减少出现换相失败的情况。
（4）整流器、逆变器的协调控制（5）协调控制的典型示例框图图5-10这个框图中，设有最小值选择回路，对由定电流回路、定电压回路、定裕度角控制回路得到的触发角指令值进行最小值选择，将选择的触发指令值，在相位控制回路，通过移相形成触发脉冲。
