直流输电换流原理(整流部分)

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απcos 23V 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dcr r d d cr dr I I E R -cos V R -cos 23V 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）απcos 23V 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ii 023V 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dci i d dci d ci d ci di I I E I E I E R -cos V R -cos 23-R -)180(cos 23-R -cos 23V 0i i i ββπαπαπ-==-︒==（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。

直流输电换流站的原理直流输电换流站（HVDC变流站）是高压直流输电系统的一个重要组成部分。

它的主要作用是将交流电转换为直流电，或者将直流电转换为交流电，以实现不同电压等级之间的能量传输。

直流输电换流站在全球范围内被广泛应用于长距离电力传输、异地互联以及直流电网的构建等方面。

以下将详细介绍直流输电换流站的原理。

直流输电换流站主要由换流变压器、用于控制直流侧电流的可控整流器和用于控制交流侧电压的可控逆变器等基本部分组成。

它通过控制和调节这些部件的工作状态和参数，实现交直流之间的互换。

首先，换流变压器是直流输电换流站的核心部件之一。

它负责将高压交流电连接到换流站的交流侧，并将其转换为低压交流电。

同时，换流变压器还承担着升降电压的作用，使得直流电源和负载之间的电压匹配。

换流变压器通常采用三相铁芯变压器结构，其中包含交流侧绕组、直流侧绕组和中性点连接器等。

换流变压器的设计和制造对于直流输电系统的性能和效率具有重要影响。

其次，可控整流器是直流输电换流站的关键设备之一。

它通过控制可控硅等半导体器件的导通和关断，将交流电转换为直流电。

可控整流器不仅能够实现电压的控制，还可以实现变流器的功率因数调节。

可控整流器通常采用双向可控硅和并联整流器等结构，以适应不同的输电能力和电压等级。

同时，可控整流器还需要配备控制和保护系统，以确保整流器的安全可靠运行。

另外，可控逆变器也是直流输电换流站的重要组成部分。

可控逆变器通过控制可控硅等半导体器件的导通和关断，将直流电转换为交流电。

可控逆变器不仅可以实现电压的控制和调节，还可以实现直流系统的频率调节。

可控逆变器通常采用多电平逆变器和子模块化逆变器等结构，以提高逆变器的输出质量和效率。

此外，还需要配备控制和保护系统来充分调节和保护直流输电换流站的正常运行。

控制系统主要负责对直流侧电流、直流侧电压、交流侧电流和交流侧电压等参数进行实时检测和控制。

保护系统主要负责对直流输电换流站的设备和线路进行监测和保护，以确保直流输电换流站的安全可靠工作。

换流器的工作原理分解换流器是电力变换中重要的组成部分，它能够将交流电转换成直流电。

在直流电强电传输和高压电化学反应等方面都有广泛应用。

那么，换流器是如何工作的呢？换流器的工作原理分解如下。

一、直流输电我们知道，电力传输的能量损失和交流电的频率有关，频率越高，能量损失就越大。

而直流电的能量损失则远远小于交流电。

因此，在长距离传输电力时，选择直流电传输可以更加节约。

二、整流器通过整流器，可以将交流电变成直流电。

整流器中包括了一个或多个二极管，它们是电子器件，能够只让一个方向的电流通过。

整流器用于收集交流电并将其转换为直流电，直流电在电路中流动，并采取其他形式的分配，例如电池充电或电力传输。

三、逆变器逆变器将直流电转换成交流电。

这种装置通常被用于太阳能板和风力发电机等小规模的电能转换装置中。

逆变器也被广泛应用于高速列车的牵引系统中。

因为逆变器能够解决一些问题，例如电力传输距离太远，致使合适的电压值不能直接使用。

此外，一些应用需要特定的变频限制，需要逆变器调节来实现。

四、AC-DC换流器AC-DC换流器是一个重要的组成部分，它可以将交流电转化为直流电。

交流电可以是单相或三相电，而输出的直流电通常是整流器产生的，直流电是稳定的，并且能够提供给附近的负载使用。

AC-DC换流器使用的是功率半导体电子器件（例如：晶体管、大功率可控硅等），这些元件可进行开关操作，控制电流的流动。

电和电容也被使用在换流器中，可在电流流动时储存和释放电流。

五、DC-AC变换器是指可以将直流电转化为交流电的装置。

它也被称为反向换流器或者逆变器，使得能够在交流电的设备上使用直流电。

这种设备通常被使用在太阳能电池板、风力发电机、汽车中的电子装置等场合。

现代逆变器能够监测电流并作出调整，比如调整输出的功率等等。

至此，通过简要概述换流器的工作原理，读者可以从整体上掌握换流器的功能特点。

而在实际应用方面，针对转换效率、功率损失、保护开关等问题，也可以结合具体的需求进行优化，确保其在应用中提供高效、可靠的服务。

直流输电系统构成与换流原理- - 11 -20152015年年8月1010日日目录1直流输电系统构成2直流输电换流原理直流输电系统构成•采用直流输电必须有换流。

•在送端需要将交流电变换为直流电，称为整流，经过直流线路送往受端。

•在受端需要将直流电变换为交流电，称为逆变。

•整流站•逆变站•可分为两端直流输电与多端直流输电•两端直流输电系统可以分为单极系统（正极或负极）、双极系统（正负两极）和背靠背直流系统（无直流输电线路）三种类型。

对于单极直流输电系统，可以采用正极性或负极性。

单极系统运行的可靠性和灵活性均不如双极系统好，实际工程中大多采用双极系统。

双极系统是两个可独立运行的单极系统所组成双极大地回线直流输电系统示意图。

每个站的换流器中点接地，构成两个极。

通过线路的两根导线输送到另一站的正负极。

如两根导线对地电位分别为+500kV和-500kV，则称为±500kV直流输电系统。

直流滤波器2/12/36复奉直流极Ⅱ线路复奉直流极Ⅰ线路接地极811B8111B8112B8111B8112B80105780105801018010L B81201812B8121B8122B00102821B8211B8212B802118211B 8212B80201822B8221B 8222B8022100202802050121B0122B03000100202002020001000400020010600N BG S0221B 0222B 8020L B 81202811B8111B8112B8111B8112B 80105801018010L B81201812B8121B8122B00102821B8211B8212B8211B8212B 80201822B8221B8222B8022100202802050121B0122B 010010200102000100010020600N BG S0221B0222B 8020L B8120205000020*******0100104000直流滤波器2/12/36直流滤波器2/12/36直流滤波器2/12/368121F Q8122F Q812H L Q80128012100122801268221F Q8222F Q822H L Q802200222802268111F Q8112F Q811H L Q80118011180112801168121F Q8122F Q812H L Q80128012100122801268221F Q8222F Q822H L Q802200222802268111F Q8112F Q811H L Q80118011180112801168211F Q8212F Q821H L Q802180212802168211F Q8212F Q821H L Q8021802118021280216直流滤波器2/12/36复奉直流极Ⅱ线路复奉直流极Ⅰ线路接地极811B8111B8112B8111F Q8112F Q811H L Q80118011180112801168111B8112B80105780105801018010L B81201812B8121B8122B8121F Q8122F Q812H L Q801280121001228012600102821B8211B8212B8211F Q8212F Q821H L Q80218021180212802168211B 8212B80201822B8221B 8222B8221F Q8222F Q822H L Q802280221002228022600202802050121B0122B03000100202002020001000400020010600N BG S0221B 0222B 8020L B 81202811B8111B8112B8111F Q8112F Q811H L Q80118011180112801168111B8112B 80105801018010L B81201812B8121B8122B8121F Q8122F Q812H L Q801280121001228012600102821B8211B8212B8211F Q8212F Q821H L Q80218021180212802168211B8212B 80201822B8221B8222B8221F Q8222F Q822H L Q802280221002228022600202802050121B0122B 010010200102000100010020600N BG S0221B0222B 8020L B8120205000020*******0100104000直流滤波器2/12/36直流滤波器2/12/36直流滤波器2/12/36直流滤波器2/12/36复奉直流极Ⅱ线路复奉直流极Ⅰ线路接地极811B8111B8112B8111F Q8112F Q811H L Q80118011180112801168111P B8112P B80105780105801018010L B81201812B8121B8122B8121F Q8122F Q812H L Q801280121001228012600102821B8211B8212B8211F Q8212F Q821H L Q80218021180212802168211P B 8212P B80201822B8221B 8222B8221F Q8222F Q822H L Q802280221002228022600202802050121P B0122P B03000100202002020001000400020010600N BG S0221P B 0222P B 8020L B 81202811B8111B8112B8111F Q8112F Q811H L Q80118011180112801168111P B8112P B 80105801018010L B81201812B8121B8122B8121F Q8122F Q812H L Q801280121001228012600102821B8211B8212B8211F Q8212F Q821H L Q80218021180212802168211P B8212P B 80201822B8221B8222B8221F Q8222F Q822H L Q802280221002228022600202802050121P B0122P B 010010200102000100010020600N BG S0221P B0222P B 8020L B8120205000020*******0100104000直流滤波器2/12/36直流滤波器2/12/36直流滤波器2/12/36特高压直流接线方式运行类型 接线方式 接线方式数量 编号双极 完整双极 1C01～C17 1/2双极 163/4双极 8 C18～C25单极大地 完整单极 2C26～C35 1/2单极 8单极金属 完整单极 2C36～C45 1/2单极 8融冰 两极高端换流器并联 1 C46 共计 46•背靠背直流系统无直流输电线路的两端直流输电系统。

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。

直流输电原理直流输电原理直流输电原理直流输电原理直流输电（HVDC）是将发电厂发出的交流电，经整流器变换成直流电输送至受电端，再用逆变器将直流电变换成交流电送到受端交流电网的一种输电方式。

直流输电系统主要由换流站（整流站和逆变站）、直流线路、交流侧和直流侧的电力滤波器、无功补偿装置、换流变压器、直流电抗器以及保护、控制装置等构成（见图直流输电系统的基本构成）。

其中换流站是直流输电系统的核心，它完成交流和直流之间的变换。

直流输电所用的换流器通常采用12个（或6个）换流阀组成的12脉动换流器（或6脉动换流器）。

早期的直流输电工程曾采用汞弧阀换流，20世纪70年代以后均采用晶闸管换流阀。

目前，新型半导体器件绝缘栅双极晶体管（IGBT）得到广泛应用。

换流变压器可实现交、直流侧的电压匹配和电隔离，还可以限制短路电流。

换流变压器阀侧绕组所承受的电压为直流电压叠加交流电压，而且两侧绕组中均有一系列的谐波电流。

因此，换流变压器的设计、制造和运行均和普通电力变压器有所不同。

平波电抗器与直流滤波器共同承担直流侧滤波的任务，同时它还具有防止线路上的陡波进入换流站，防止直流电流断续，降低逆变器换相失败率等功能。

运行时换流器的交流侧和直流侧都会产生谐波，所以在两侧需要装设交流滤波器和直流滤波器。

由晶闸管换流阀组成的电网换相换流器，运行中还吸收大量的无功功率。

因此，在换流站要利用交流滤波器提供的无功，有时还需要另外装设无功补偿装置。

保护装置是实现直流输电正常起停、正常运行、自动调节、故障处理与保护等功能的设备，它保证直流输电运行的可靠性。

直流输电主要应用于远距离大功率输电和非同步交流系统的联网，具有线路投资少、不存在系统稳定问题、调节快速、运行可靠等优点。

直流输电的发展也受到一些因素的限制。

首先，直流输电的换流站比交流系统的变电所复杂、造价高、运行管理要求高；其次，换流装置（整流和逆变）运行中需要大量的无功补偿，正常运行时可达直流输送功率的40～60%；换流装置在运行中在交流侧和直流侧均会产生谐波，要装设滤波器；直流输电以大地或海水作回路时，会引起沿途金属构件的腐蚀，需要防护措施。

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。

直流输电原理
直流输电是一种将直流电能从发电站输送到远距离的方法。

其原理是通过将发电机产生的交流电转换成直流电后，通过输电线路传输到目的地。

在直流输电系统中，发电机首先将交流电转换成直流电，这主要是通过使用整流器实现的。

整流器的作用是将交流电转换成具有一个方向的直流电流。

这一过程是通过控制半导体器件的通断来实现的。

整流器通常由大型功率半导体器件如二极管或可控硅组成。

一旦交流电被转换成直流电，这些直流电就被输送到远距离的目的地。

由于直流电的特性，其在输电过程中的能量损耗较小。

这主要是因为在直流输电中，电流的传输是单向的，不会存在交流中的电流来回变换所产生的能量损耗。

在输电过程中，直流电会通过高压输电线路进行传输。

通过增加输电线路的电压，可以减少电流的大小，从而减少能量损耗。

这也是直流输电所具有的优点之一。

在直流输电的目的地，接收站会将直流电转换为交流电，使其适应当地的用电要求。

这一过程是通过变流器实现的。

变流器的作用是将直流电转换为交流电，并通过改变频率和电压来满足不同的负载需求。

综上所述，直流输电通过将交流电转换成直流电，并利用其单
向传输的特性来输送电能。

这种输电方法具有较小的能量损耗，适用于远距离输电，并可以根据需要进行转换和调整。