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《直流输电》说课稿尊敬的各位评委、老师：大家好！今天我说课的题目是《直流输电》。
下面我将从教材分析、学情分析、教学目标、教学重难点、教学方法、教学过程以及教学反思这几个方面来展开我的说课。
一、教材分析《直流输电》是电力系统相关课程中的一个重要内容。
本节课所选用的教材具有系统性和科学性，对直流输电的原理、特点、应用等方面进行了较为全面的阐述。
教材首先介绍了直流输电的基本概念和发展历程，让学生对直流输电有一个初步的认识。
接着详细讲解了直流输电的系统构成，包括换流器、直流线路、滤波器等关键设备。
在原理方面，深入剖析了直流输电的换流过程和控制策略，使学生理解直流输电与交流输电的本质区别。
此外，教材还通过实际案例分析，展示了直流输电在远距离大容量输电、新能源接入等领域的广泛应用，让学生能够感受到直流输电在现代电力系统中的重要地位。
二、学情分析本次授课的对象是_____专业的学生，他们已经具备了一定的电路、电磁场等基础知识，但对于直流输电这种较为复杂的电力系统技术，理解起来可能会存在一定的困难。
学生在学习过程中，可能会对抽象的原理和复杂的数学推导感到枯燥和难以掌握。
因此，在教学过程中，需要注重采用直观的教学手段，结合实际案例，激发学生的学习兴趣，帮助他们更好地理解和掌握相关知识。
三、教学目标基于对教材和学情的分析，我制定了以下教学目标：1、知识与技能目标（1）学生能够理解直流输电的基本原理，包括换流过程和控制策略。
（2）掌握直流输电系统的构成及各部分的作用。
（3）了解直流输电的特点和应用领域。
2、过程与方法目标（1）通过对直流输电原理的分析，培养学生的逻辑思维能力和问题解决能力。
（2）通过实际案例的讨论，提高学生运用所学知识分析和解决实际问题的能力。
3、情感态度与价值观目标（1）激发学生对电力系统领域的学习兴趣，培养学生的创新意识和探索精神。
（2）让学生认识到直流输电在电力系统发展中的重要作用，增强学生的专业责任感和使命感。
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。
第一部分 直流输电系统区域划分及常见故障划分规则（空间位置）⎧⎧⎪⎪⎨⎪⎨⎪⎩⎪⎪⎩换流器换流站直流开关场交流开关场直流线路（一）换流器常见故障：1.换流器交流侧相间短路；2.换流器交流侧对地短路；3.换流器阀短路故障（整流器阀短路，逆变器阀短路）；4.7换流器直流侧出口短路（整流器侧出口短路，逆变器侧出口短路）；5.6.8换流器直流侧对地故障（整流器侧对地故障，逆变器侧对地故障）；另外还有换流器控制设备故障，换流器辅助设备故障。
（二）直流开关场常见故障：1.直流极母线故障；2.中性母线故障；3.直流滤波器故障；4.直流接线方式转换开关故障；5.直流接地极及引线故障。
（二）交流开关场常见故障：1.换流变压器及辅助设备故障；2.换流站交流侧三相短路故障；3.换流站交流侧单相短路故障；4.交流滤波器故障；5．站用电系统故障；（三）直流线路故障1.雷击；2.对地闪络；3.高阻接地；4.直流线路与交流线路碰线；5.直流线路短线；划分规则（根据故障的影响范围）考虑到特高压直流输电系统的结构特点,设备及子系统的划分可遵循以下原则:①单独故障时将导致系统输电能力降低25%的设备划分至换流单元子系统;②单独故障时将导致系统输电能力降低50%的设备划分至极子系统;采用以上划分原则,换流单元子系统包括换流阀设备、换流阀控制保护设备以及换流变压器设备；极子系统包括两端交流滤波器、直流滤波器、直流线路以及相关的极设备。
第二部分我国直流输电工程葛南直流输电系统（葛洲坝至南桥）作为我国建成的第一个跨大区、超高压直流输电工程。
江城（三峡至广州）、龙政（三峡至江苏常州）和宜华（三峡至上海）直流输电系统作为三峡电力输送到广东、华东地区的三大通道，输送容量达到9000兆瓦。
天广（天生桥至广州）、高肇（贵广Ⅰ回）、兴安（贵广Ⅱ回）直流输电系统是我国南方电网“西电东送”的三大通道，三个直流输电系统的输送容量达到7800兆瓦，超过南方电网西电东送总容量的一半。
直流输电技术一、直流输电概述直流输电的发展直流输电与交流输电的优缺点我国直流输电的现状常用英文的缩写二、直流技术直流输电组成直流输电控制保护极控三、与稳控装置的接口最后断路器保护极转带降压直流调制原理一、直流输电概述高压直流输电的发展史高压直流输电技术起步在20世纪50年代(1954年世界上第一个商业性的直流输电工程—果特兰岛直流输电工程投入运行)，到80年代，全世界共建成了30项直流输电工程。
随着可控硅技术、计算机和控制理论技术的迅速发展，高压直流输电得到了快速的发展。
我国直流输电的现状在我国，1980~1989建成了舟山直流输电试验工程(±100,100MW，55km)，完全国产自主研发。
葛南直流(1990.8全部建成)，是我国引进国外技术的第一个工程。
2009年底，我国在运的高压直流输电系统为12个，其中10个为点对点双极直流输电系统，3个为背靠背直流输电系统，总输送容量达到28060兆瓦，输电线路总长度达到17658公里。
到2010年底，国网公司直流输电工程达到12个，换流站28个，到2015年，则将达到25个，换流站44个，总输送容量80850MW.南网的天广、高肇、兴安及云广直流总容量也达到14200MW.我国高压直流输电系统基本情况表直流输电的优缺点优点：(1) 不存在系统稳定问题，可实现电网的非同期互联，而交流电力系统中所有的同步发电机都保持同步运行。
直流输电的输送容量和距离不受同步运行稳定性的限制，还可连接两个不同频率的系统，实现非同期联网，提高系统的稳定性。
(2) 限制短路电流。
如用交流输电线连接两个交流系统，短路容量增大，甚至需要更换断路器或增设限流装置。
然而用直流输电线路连接两个交流系统，直流系统的“定电流控制”将快速把短路电流限制在额定功率附近，短路容量不因互联而增大。
(3) 调节快速，运行可靠。
直流输电通过可控硅换流器能快速调整有功功率，实现“潮流翻转”(功率流动方向的改变)，在正常时能保证稳定输出，在事故情况下，可实现健全系统对故障系统的紧急支援，也能实现振荡阻尼和次同步振荡的抑制。
1■整流器部分工作原理整流部分的结构是三相桥式电路，如图 1所示图1整流器电路图图2整流侧电压波形（a ）为m n 点对中性点的电位，（b ）为直流侧电压s ，（ c ）为触发脉冲。
图（a ）中C1为自然换向点，角度a 为延迟触发角，即晶闸管开始导通的角度； 卩为叠弧角（换向角），即电流从一相换到另一相的时间。
定义熄弧延迟角为 S = a + 卩。
理想直流侧空载电压为V d0「二耳 E r COS〉(1)e a 、e b 、e c 为等值交流系统的工频基波正弦相电动势,换向引起的压降可用等值换向电阻 R cr 代替，可以计算出直流侧电压平均值为随a 增大，直流侧电压减小 2■逆变器部分工作原理图4逆变器电路图3^2V dOr = --------------- E r COsa逆变器和整流器的原理接线图相同，根据式(1)二 ,若延迟触发角a 为90°时，COS a =0直流侧电压为0，当a >90°时，直流侧电压为负值， 变流器做逆变运行，为方便起见，定义 B =180° -a ，为超前触发角3叮2V d°i=——E i一设逆变侧直流空载电压为 V d0i ,则(3)，考虑换向角卩的存在，用仏作为逆变侧等值换向电阻，作为逆变侧换向引起的压降，贝U 直流侧电压为VdrE 「COS 二-RJ d图3整流侧外特性3 2E i CoS180®_a)-R ci l d =-丄 EcoQ - Rai dn(4)3.控制原理直流输电的接线原理简图:直流输电等效电路图:凡（-凡）% cos/? (% co 呼)图6直流输电等效电路图其中a 为整流器延迟触发角；3为逆变器的超前触发角；丫为逆变器 熄弧角；V dor 和V doi 分别为整流侧和逆变侧的无相控理想空载直流电 压；嘉和巳分别为整流和逆变侧的等值换相电阻，等效了换向损失 的电压，但不是真正意义的电阻，不消耗有功功率。
1.整流器部分工作原理
整流部分的结构是三相桥式电路，如图1所示。
图1 整流器电路图
e a 、e b 、e c 为等值交流系统的工频基波正弦相电动势，
图2 整流侧电压波形
（a ）为m 、n 点对中性点的电位，（b ）为直流侧电压u d ，（c ）为触发脉冲。
图（a ）中C1为自然换向点，角度α为延迟触发角，即晶闸管开始导通的角度；μ为叠弧角（换向角），即电流从一相换到另一相的时间。
定义熄弧延迟角为δ， δ=α+μ。
理想直流侧空载电压为α
π
cos 2
3V r 0E r d =（1）
换向引起的压降可用等值换向电阻R cr 代替，可以计算出直流侧电压平均值为
d
cr r d d cr dr I I E R -cos V R -cos 2
3V 0r ααπ
==
（2）
图3 整流侧外特性
随α增大，直流侧电压减小。
2.逆变器部分工作原理
图4 逆变器电路图
逆变器和整流器的原理接线图相同，根据式（1）
α
π
cos 2
3V r 0E r d =
，若延迟触
发角α为90°时，cos α=0直流侧电压为0，当α>90°时，直流侧电压为负值，变流器做逆变运行，为方便起见，定义β=180°-α，为超前触发角。
设逆变侧直流空载电压为V d0i ,则
i
i 02
3V E d π
=
（3），考虑换向角μ的存在，用
R ci 作为逆变侧等值换向电阻，作为逆变侧换向引起的压降，则直流侧电压为
d
ci i d d
ci d ci d ci di I I E I E I E R -cos V R -cos 2
3-
R -)180(cos 2
3-
R -cos 2
3V 0i i i ββπ
απ
απ
-==-︒==
（4）
定义超前熄弧角（也叫关断角）为γ，γ=π-δ=π-α-μ=β-μ。
3.控制原理
直流输电的接线原理简图：
图5 直流输电原理简图
直流输电等效电路图：
图6 直流输电等效电路图
其中α为整流器延迟触发角；β为逆变器的超前触发角；γ为逆变器熄弧角；V d0r 和V d0i 分别为整流侧和逆变侧的无相控理想空载直流电压；R cr 和R ci 分别为整流和逆变侧的等值换相电阻，等效了换向损失的电压，但不是真正意义的电阻，不消耗有功功率。
R L 为直流线路电阻。
换向压降是由于变压器漏感产生的。
根据式（2）和式（4）及图6中的电压方向可得：
d
cr r d dr I R -cos V V r 0α= （5）
d
ci i d di I R cos V V i 0+=β（6）
参考高压直流输电原理一书，可以得到
d
ci i d di I R -cos V V i 0γ=（7）
根据图6及整流逆变原理，从整流侧流向逆变侧的稳态直流电流为：
ci
L cr i d r d L di dr d R R R V V R V V ++-=
-=i
0r 0cos cos I βα（8）
或ci L cr i d r d L di dr d R R R V V R V V -cos cos I i
0r 0+-=
-=γα（9）
式中αr 和βi 分别是整流侧延迟触发角和逆变侧超前触发角，γ
i
为逆变侧超前
熄弧角。
由（8）（9）式可知，改变αr 和βi 或γi 可调节直流电流。
4.控制方式
正常运行条件下，整流侧采用定电流控制，主要是由于功率的变化取决于直流电流I d 的变化，且整流逆变两站均要装设定电流控制，逆变站装设的目的是当I d 下降过多时，协助其快速恢复正常。
使整流器运行于恒电流状态，控制传输功率的稳定；根据式（6）
d
cr r d dr I R -cos V V r 0α=可得控制特性曲线
图7 整流侧控制特性
随α增大，直线向下平移。
α一般为10°至20°，最小不小于5°。
逆变侧采用定熄弧角控制，使逆变器运行于恒熄弧角状态，保证足够的换向裕度。
根据式（7）d
ci i d di I R -cos V V i 0γ=可得控制特性曲线
图8 逆变侧控制特性
对于逆变器，为了避免换相失败，保证在换相电压易号之前有足够的裕度时间去游离的条件下完成换相，所以，γ必须大于一定的临界 值（即关断余裕角γ
min ）
，一般为 15º。
4.1整流侧定电流控制：
电流给定值I d_ref 与电流实测值I d_CMR 的偏差作为定电流控制器的输入，整流侧电流ＣＭＲ是整流直接输出测量值，未经过大电感平波，需要经过一阶线性滤波环节K r1/1+sT r1除去脉动，得到直流电流值。
驱动PI 控制器输出指令，PI 控制器的输出为整流器触发超前角βr ，它与触发角αr 之间的关系为βr =π-αr ，由此即得到整流器的触发角指令值。
图9 整流侧定电流控制
PI 环节的传递函数为
)sT 1
1(K s G r2r2r +=）
（
( 一阶惯性环节T r1=0.0012,K r1=0.5)
(PI 环节T r2=0.0109,K r2=1.0989)
4.2逆变侧定熄弧角控制：
图10 逆变侧定熄弧角控制
γ为逆变器熄弧角实测值，Δγ为电流偏差引起的熄弧角偏差值， β
inv
为逆变器输出的超前触发角，控制β角的恒定就能保证逆变器运
行在定熄弧角γ状态。
为了在逆变侧定关断角和 VDCOL 控制之间进行平滑过渡，引入电流偏差控制。
方法是通过电流额定值与实际值之前的差值，适当增大关
断角，如果达到最大关断角，则交给定电流控制。
通常每安培电流偏差提高角 0.01°至 0.1°。
这里取 0.08°（参考直流电流为2kA ）
图11 电流偏差控制
PI 环节的传递函数为
)sT 1
1(K s G 22γγγ+=）
（（PI 环节T
γ
2=0.0544，
K γ2=0.7506） 根据公式doi d
ci V I R 2cos cos +=βγ可以算出得到的熄弧角。
4.3逆变侧定电流控制：
I d_inv 为逆变侧实测电流，为避免整流逆变两端调节器同时工作，逆变侧电流整定值要比整流侧整定值小一个电流裕度，通常为 0.1 p.u.
图12 逆变侧定电流控制
PI 环节的传递函数为
)sT 1
1(K s G i2i2i +=）
（
( 一阶惯性环节T i1=0.0012,K i1=0.5) (PI 环节T i2=0.0109,K i2=1.0989)
4.4低压限流环节（VDCOL ）：
低压限流正常情况下不起作用，是当系统电压下降幅度过大变得较低时，减小直流电流指令，使直流电流降低，降低直流功率。
经低压限流后的最大允许电流值和给定的电流值中的较小值作为定电流控制的电流指令值。
图13 低压限流环节
（G=1，T=0.02）
图14 整流逆变整体控制框图
附:
1.对于直流输电线路而言是不需要无功补偿的。
原因如下：以交流形式传输电
能,在交流频率的作用下,会产生电抗,由于电抗的作用,在任何时刻,任意两点的电压相角均不相同,且相角的大小与传输的功率有关,功率越大,相角差越大。
以直流形式传输电能,由于直流供电的特殊性质,在电能传输的过程中没有频率,线路中不会感应到电抗的存在,所以不存在电压相角的问题。
由公式Q=UIsina ，a 角为电压U 与电流I 之间的相位角，若a 角为0°，自然是不会产生无功的。
2.
3.对于传统的换流站而言是需要无功补偿的。
原因如下（以整流站为例）：（1）其开关元件通常为多脉波整流变换器，它采取的触发方式是相控方式，若将触发角α增大，电流相对电压的相位就在向后移，就会使得无功功率增大，功率因数就会降低，必须补偿这一部分无功功率，所以加设无功补偿装置。
（2）因为是多脉波整流变换，虽然会消除大量谐波，但还是有存在一部分谐波产生，直流侧就需要用上滤波电容器，平波电抗器等装置。
（3）换流站所处电网薄弱环节，电压控制困难，为达到控制电压目的，增设机械投切无功补偿装置。
参考文献
[1]赵蜿君.高压直流输电工程技术.北京:中国电力出版社.2004.
[2]张勇军.高压直流输电技术原理.
[3]王兆安.电力电子技术.
[4]尉龙.基于ＰＳＣＡＤ的ＣＩＧＲＥＨＶＤＣ模型控制系统研究
[5]邓广静.CIGRE 直流输电标准模型的建模及控制策略仿真研究。
