直流输电系统的分类

《机电技术》２０１０年第５期　机电研究及设计制造　

高压直流输电系统的建模与仿真　

周晓华　宋春宁　王保录　宋云鹏　

（１．广西大学电气工程学院，广西南宁５３０００４；２．广西工学院电子信息与控制工程系，广西柳州５４５００６）　

摘要：介绍了高压直流输电系统（ＨＶＤＣ）的基本原理，整流侧采用定电流控制方式，建立了基于ＭＡＴＬＡＢ的　

高压直流输电系统仿真模型。通过对交流系统以及直流线路短路故障的仿真分析，验证了所建立仿真模型的合理性。仿　

真结果表明，该方法能较准确地观测暂态过程中高压直流输电系统的动态性能。　

关键词：高压直流输电；ＭＡＴＬＡＢ仿真；暂态分析　

中图分类号：ＴＭ７４３　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７２—４８Ｏｌ（２０１０）０５－－０８０－－０４　

高压直流输电（ＨＶＤＣ）系统的暂态过程非　常复杂，其主要原因在于：在工程实际中各换流　阀的触发角为离散变量；换相电压和触发角在暂　态过程中不断变化；长距离直流输电线路具有分　

布参数特性，需考虑其电压、电流变化的波过程。　因此，要精确计算直流输电系统的暂态过程，需　要求解包含连续变量和离散变量的常微分方程和　偏微分方程。虽然从理论上来说并没有什么困难，　而且现已开发出一些相应的计算程序，但是计算　工作量却很大【ｌ　Ｊ。ＭＡＴＬＡＢ软件中的Ｓｉｍｕｌｉｎｋ给　用户提供了用方框图进行建模的模型接口，与传　统的仿真软件包括用微分方程和差分方程建模相　比，具有更直观、方便和灵活的优点。Ｓｉｍｕｌｉｎｋ　中的电力系统模块库（ＳｉｍＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍ）包含了　各种交／直流电源、大量电气元器件和电工测量仪　表以及分析工具等。利用这些模块可以模拟电力　系统运行和故障的各种状态，并进行仿真和分析　［２］。利用ＭＡＴＬＡＢ软件的Ｓｉｍｕｌｉｎｋ工具箱及　ＳｉｍＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍ模块库，能方便的对高压直流输　电系统的稳态及暂态过程进行建模和仿真，可避　免复杂的暂态计算和分析，便于直观的分析系统　的性能。　本文简要介绍了高压直流输电的基本原理，　建立了基于ＭＡＴＬＡＢ的ＨＶＤＣ仿真模型，整流　侧采用定电流调节方式，并附加了最小触发角限　制，针对整流器交流侧发生单相接地、两相接地、　

1. 高压直流输电系统的主要设备名称：换流变压器。换流器。平波电抗器。交流滤波器，直流滤波器，控制保护系统，接地极引线，接地极，远动通信系统

2. 直流输电系统中交流滤波器的功能：

3. 逆变器采用定熄弧角控制的目的：

4. 直流输电系统换流站装设的无功补偿装置类型：

5. 晶闸管导通的条件：

6. 双桥整流器交直流侧主要特征谐波次数

7. 单桥整流器交直流侧主要特征谐波次数及其变化规律

8. 双桥整流器桥间的影响

9. 直流输电系统潮流调整在变动电流指令值过程中的要求

10. 影响换相压降大小的因素

11. 高压直流输电系统平波电抗器的作用

12. 换流变压器的作用

13. 换流器的控制方式

14. 等价距离概念

15. 常规高压直流输电的主要类型

16. 高压直流输电技术发展经历的阶段

17. 高压直流系统的基本保护联动方式

18. 高压直流输电系统换流器具备的功能

19. 换流阀组件电路中各元件的作用

20. 从经济性互连性控制性等方面分析阐述高压直流输电的优点

21. 常规高压直流输电的缺点

22. 常规高压直流输电的主要适应场合

23. 单桥逆变器实现直流电向交流电的变换必须满足的条件，换相失败的概念

24. 单桥逆变器工况2-3时整流电压的特点

25. 直流输电系统中调整直流功率的方法

26. 6脉动整流器工作于2-3工况的条件

27. 6脉动整流器换相过程，u的表达式，换相期间整流输出电压的表达式

28. 双桥12脉动整流器4-5工况时各电流电压的表达

29. 触发延迟角，换相重叠角，触发超前角，熄弧角的概念

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。

高压直流输电

一、高压直流输电系统（HVDC）概述

众所周知，电的发展首先是从直流开始的，但很快就被交流电所取代，并且在相当长的一段时间内，在发电、输电和用电各个领域，都是交流电一统天下的格局。

HVDC技术是从20世纪50年代开始得到应用的。经过半个世纪的发展，HVDC技术的应用取得了长足的进步。据不完全统计，目前包括在建工程在内，世界上己有近百个HVDC工程，遍布5大洲20多个国家。其中，瑞典在1954年建成投运的哥特兰（Gotland）岛HVDC工程（20MW， 100kV， 90km海底电缆）是世界上第一个商业化的HVDC工程，由阿西亚公司(ASEA， 今ABB集团)完成；拥有最高电压（±600kV）和最大输送容量（2 x

3150MW）的HVDC工程为巴西伊泰普（Itaipu）工程；输送距离最长 （1700km）的HVDC工程为南非英加——沙巴（1nga2Shaba）工程；电流最大的HVDC工程在我国：如三常、三广和贵广HVDC工程，额定直流电流均为3000A。 HVDC的发达地区在欧洲和北美，ABB和西门子等公司拥有最先进的HVDC技术，美国是HVDC工程最多的国家。

HVDC在我国是从20世纪80年代末开始应用的，起步虽然较晚，但发展很快。目前包括在建工程在内，总输送容量已达18000MW以上，总输送距离超过7000km，该两项指标均已成为世界第一。我国第一个HVDC工程是浙江舟山HVDC工程（为工业试验性工程），葛沪HVDC工程是我国第一个远距离大容量HVDC工程，三常HVDC工程是我国第一个输送容量最大（3000MW）的HVDC工程，灵宝（河南省灵宝县）背靠背HVDC工程是我国第一个背靠背HVDC工程。我国已投运的HVDC工程见表1。

表1我国已投运的HVDC工程

工程名称 容量/MW 电压/kV 距离/km 投运时间

舟山 50 -100 54（42+12） 1987