高压直流输电原理与运行 第一章

《高压直流输电原理与运行》复习提纲第 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、高压直流输电线路以及将直流电变换为交流电的逆变器三部分组成。

高压直流输电是交流 -直流 -交流形式的电力电子换流电路。

常规高压直流输电：半控型的晶闸管，采取电网换相。

VSC 高压直流输电：全控型电力电子器件，采用器件换相。

分类：长距离直流输电（两端直流输电），背靠背（BTB) 直流输电方式，交、直流并联输电方式，交、直流叠加输电方式，三级直流输电方式。

（ 2）直流系统的构成1.直流单级输电：大地或海水回流方式，导体回流方式。

2.直流双极输电：中性点两端接地方式，中性点单端接地方式，中性线方式。

3.直流多回线输电：线路并联多回输电方式，换流器并联的多回线输电方式。

4.多端直流输电：并联多端直流输电方式，串联多端直流输电方式。

（3）高压直流输电的特点优点：经济性：高压直流输电的合理性和适用性体现在远距离、大容量输电中。

互连性：可实现电网的非同步互连，可实现不同频率交流电网的互连。

控制性：具有潮流快速可控的特点缺点：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换流器工作时会产生大量的谐波，处理不当会对电网运行造成影响，必须通过设置大量、成组的滤波器消除这些谐波。

③电网换相方式的常规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 ％，需要大量的无功功率补偿装置及相应的控制策略。

④直流输电的接地极和直流断路器问题都存在一些没有很好解决的技术难点。

（4）目前已投运 20 个直流输电工程（详见 p14）2010 年，我国已建成世界上第一条± 800KV的最高直流电压等级的特高压直流输电工程。

五直：天-广工程（± 500，2000 年），三-广工程（2004 年），贵-广 I 回工程（2004年），贵 -广 II 回工程（ 2008 年），云广特高压工程（± 800KV）（5）轻型直流输电特点：1.电压源换流器为无源逆变，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。

高压直流输电技术在电力系统中的应用研究引言随着电力需求的持续增长和能源结构的变化，电力输送技术也在不断发展。

高压直流输电技术作为一种可靠的电能输送方式，在电力系统中得到广泛应用。

本论文旨在对高压直流输电技术在电力系统中的应用进行研究和探讨，为电力系统的规划和设计提供科学依据。

第一章高压直流输电技术的发展与特点1.1 高压直流输电技术的起源1.2 高压直流输电技术的发展历程1.3 高压直流输电技术的基本原理1.4 高压直流输电技术与传统交流输电技术的比较1.5 高压直流输电技术的优势和局限性第二章高压直流输电技术在电力系统规划中的应用2.1 电力系统规划与设计的背景2.2 高压直流输电技术在电力系统规划中的优势2.3 高压直流输电技术在电力系统规划中的具体应用案例2.4 高压直流输电技术在电力系统规划中的问题与挑战第三章高压直流输电技术在电力系统运行中的应用3.1 电力系统运行的挑战与需求3.2 高压直流输电技术在电力系统运行中的优势3.3 高压直流输电技术在电力系统运行中的具体应用案例3.4 高压直流输电技术在电力系统运行中的问题与挑战第四章高压直流输电技术在电力系统保护中的应用4.1 电力系统保护的重要性与挑战4.2 高压直流输电技术在电力系统保护中的优势4.3 高压直流输电技术在电力系统保护中的具体应用案例4.4 高压直流输电技术在电力系统保护中的问题与挑战第五章高压直流输电技术在电力系统规模化应用中的经济性分析5.1 电力系统规模化应用的需求与挑战5.2 高压直流输电技术在电力系统规模化应用中的经济优势5.3 高压直流输电技术在电力系统规模化应用中的经济性分析模型5.4 高压直流输电技术在电力系统规模化应用中的经济性案例分析结论本论文通过对高压直流输电技术在电力系统中的应用进行研究和分析，总结了高压直流输电技术的发展历程、特点以及与传统交流输电技术的比较，探讨了高压直流输电技术在电力系统规划、运行和保护中的应用案例，并对其规模化应用的经济性进行了分析。

赵婉君《高压直流输电》第一章直流输电工程是以直流电的方式实现电能传输的工程。

直流输电与交流输电相互配合构成现代电力传输系统。

目前电力系统中的发电和用电的绝大部分均为交流电，要采用直流输电必须进行换流。

也就是说，在送端需要将交流电变换为直流电(称为整流)，经过直流输电线路将电能送往受端；而在受端又必须将直流电变换为交流电(称为逆变)，然后才能送到受端的交流系统中去，供用户使用。

送端进行整流变换的地方叫整流站，而受瑞进行逆变变换的地方叫逆变站。

整流站和逆变站可统称为换流站。

实现整流和逆变变换的装置分别称为整流器和逆变器，它们统称为换流器。

直流输电工程的系统结构可分为两端〔或端对端)直流输电系统和多端直流输电系统两大类。

两端直流输电系统是只有一个整流站〔送端)和一个逆变站(受端)的直流输电系统，即只有一个送端和一个受端，它与交流系统只有两个连接端口，是结构最简单的直流输电系统。

多端直流输电系统与交流系统有三个或三个以上的连接端口，它有三个或三个以上的换流站。

例如，一个三端直流输电系统包括三个换流站，与交流系统有三个端口相连，它可以有两个换流站作为整流站运行，一个换流站作为逆变站运行，即有两个送端和一个受端;也可以有一个换流站作为整流站运行，两个作为逆变站运行，即有一个送端和两个受端。

目前世界上已运行的直流输电工程大多为两端直流输电系统，只有意大利一撒丁岛(三端)和魁北克一新英格兰(五端)直流输电工程为多端直流输电系统。

此外，纳尔逊河双极1和双极2以及太平洋联络线直流工程也具有多端直流输电的运行性能。

一、两端直流输电系统两端直流输电系统的构成主要有整流站、逆变站和直流输电线路三部分。

对于可进行功率反送的两端直流输电工程，其换流站既可以作为整流站运行，又可以作为逆变站运行。

功率正送时的整流站在功率反送时为逆变站，而正送时的逆变站在反送时为整流站。

整流站和逆变站的主接线和一次设备基本相同(有时交流侧滤波器配置和无功补偿有所不同)，其主要差别在于控制和保护系统的功能不同。

高压直流输电原理与运行第一章绪论1.1 高压直流输电的构成1.高压直流输电由整流站，直流输电线路和逆变站三部分构成。

常规高压直流输电，由半控型晶闸管器件构成，采用电网换相；轻型高压直流输电，由全控型电力电子构成，采用器件换相。

2.针对电网换相方式有：（1）长距离直流输电（单方向、双方向直流送电）；（2）BTB直流输电；（3）交、直流并列输电；（4）交、直流叠加输电；（5）三极直流输电。

3.直流系统的构成针对电网换相方式有：（1）直流单极输电1）大地或海水回流方式：可降低输电线路造价；但材料要求较高，对地下铺设设备、通信等有影响；2）导体回流方式：可分段投资和建设；（2）直流双极输电1）中性点两端接地方式：优点，当一极故障退出，另一极仍可以大地或海水为回流方式，输送50%的电力；缺点，正常运行时，变压器参数、触发控制的角度等不完全对称，会在中性线有一定的电流流通，对中性点接地变压器，地下铺设设备和通信等有影响。

2）中性点单端接地方式：优点，大大减小单极故障时的接地电流的电磁干扰；缺点，单极故障时直流系统必须停运，降低了可靠性和可利用率。

3）中性线方式：中性线设计容量小，正常运行时，流过中性线的不平衡电流小，降低电磁干扰。

3.直流多回线输电1）线路并联多回输电方式：可提高输电容量、输电的可靠性和了可利用率。

2）换流器并联方式的多回线输电：实现相互备用，提高直流输电的可靠性和可利用率。

4．多段直流输电1）并联直流输电方式：要实现功率反转必须通过断路器的投切来改变换流站与直流线路的连接方式。

2）串联多端直流输电方式：各换流器与交流系统的功率通过对电压的调整进行。

1.2 高压直流输电的特点及应用场合1.直流输电的特点1）经济性：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；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；➢通常规定，当直流输电线路和换流站的造价与交流输电线路和交流变电所的造价相等时的输电距离为等价距离。

第一章高压直流输电系统的主要设备换流装置设计高压直流最重要的电气一次设备，除此之外，高压直流输电系统还需要装设其他重要设备，如：换流变压器、平波电抗器、无功补偿装置、滤波器、直流接地极、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（属二次设备）等。

2.1 换流装置1.换流装置➢由电力电子器件组成，具有将交流电转变为直流电或主流点转变为交流电的设备统称为换流装置。

➢三相全控整流电路又称为6脉动换流器，实现12脉动换流需要借助换流变压器，使6脉动换流器的同一相产生30°的相位差。

➢换流器不仅具有整流和逆变功能，还具有开关的功能，可以实现直流输电系统的启动和停运。

2.器件➢由半控型晶闸管、全控型门极可关断晶闸管和绝缘栅双极晶体管构成的换流器分别称为晶闸管换流器、低频门极关断晶闸管换流器和高频绝缘栅双极型晶体管换流器。

➢晶体管是耐压水平最高、输出容量最大的电力电子器件。

3.换流阀R作用是克服各个晶闸管器件的分散性，使断态下各晶闸管器件的电压➢静态均压电阻尽可能一致。

（分压）R C目的是减小晶闸管关断时由于电压振荡而引起的晶闸管两端的暂态过电➢阻尼电路11压以及过快的电压变化率。

2．换流单元接线方式（1）6脉动单元1）换流变压器可以是三相或单相结构，小容量工程三相三绕组，超高压、大容量单相双绕组；网侧一定为星形接线，阀侧即可星形亦可三角形。

2）交流滤波器通常为正对5、7、11、13次的双协调（或单协调）滤波器和高通滤波器，抑制6脉动换流器产生的（6k±1）次特征谐波。

3）直流滤波器抑制6次和12次双调谐（单调谐）谐波，抑制6脉动换流器产生的6k次特征谐波。

4）平波电抗器配合直流滤波器对直流谐波进行抑制，同时削弱直流短路电流的快速上升和防止轻载下的直流断路。

（2）12脉动单元1）12脉动换流器可使用双绕组或三绕组换流变压器；2）为使换流变压器阀侧套组电压出现30°相位差，阀侧变压器一个为星形接法，另一个为三角形接法；3）12脉动换流变压器具有4 种方案，即1台三相三绕组式、2台三相双绕组式、3台单相三绕组式和6台单相双绕组式；4）12脉动换流器在交流侧和直流侧分别产生（12k±1）和12k的特征谐波。

高压直流输电的原理与应用1. 概述高压直流输电（High Voltage Direct Current Transmission，简称HVDC）是一种利用直流电进行长距离电能传输的技术。

它通过将交流电转换为直流电，并采用高压输电方式，具有较低的传输损耗、较小的电力系统负荷和较高的输电效率等优点。

本文将介绍高压直流输电的工作原理以及其在电力系统中的应用。

2. 高压直流输电的工作原理高压直流输电系统由三个主要部分组成：换流器站、直流输电线路和接收站。

2.1 换流器站换流器站是高压直流输电系统的关键部分，负责将交流电转换为直流电以及将直流电转换为交流电。

换流器站由换流变压器、整流器（直流到交流）和逆变器（交流到直流）组成。

•换流变压器：将交流电的电压变换为适合直流传输的电压。

•整流器：将交流电转换为直流电，并通过控制电阻、细胞等来调整电流和电压。

•逆变器：将直流电转换为交流电，以供接收站使用。

2.2 直流输电线路直流输电线路是高压直流输电的传输介质。

与交流输电不同，直流输电线路不会产生电磁感应、电容电流和阻抗电流等损失，因此具有较低的传输损耗。

此外，直流输电线路还可以减小线路的电气击穿距离，从而降低绝缘和电缆的成本。

2.3 接收站接收站是高压直流输电系统最终将直流能量转换为交流能量供应给用户的地方。

接收站主要由逆换流变压器和各种配电设备组成，将从输电线路上接收到的直流能量转换为适合用户使用的交流能量。

3. 高压直流输电的应用3.1 远距离输电由于高压直流输电系统具有较低的损耗和较高的传输效率，适用于长距离电能传输。

特别是在远离发电厂的地区，使用高压直流输电可以减少输电线路的损耗和成本，提高能源利用效率。

3.2 潜在环境问题解决高压直流输电系统的线路经过的城市或农田等地区相对较小，对环境的影响较小。

与传统交流输电相比，高压直流输电线路的电磁辐射和电气击穿等问题得到有效解决。

3.3 与可再生能源的结合随着可再生能源技术的快速发展，例如风能、太阳能和水能等，高压直流输电成为将这些能源从发电站输送到需求区域的理想方式。

《电力系统前沿知识讲座》前言高压直流输电在大容量、远距离输电的场合，尤其在我国“西电东送”和全国联网中起着主导作用。

目前世界上重大的高压直流输电工程主要集中在我国，直流输电新技术也主要在这些工程中应用。

高压直流输电的一些技术问题，尤其是特高压直流输电技术问题，不仅是中国电网前所未有的，而且是世界电网发展史中前所未有的，面临一些世界级难题。

在经济全球化背景下，开展高压直流输电的技术问题研究，解决高压直流输电技术和交直流混合电网运行中的难题，不仅对我国电网的安全稳定运行具有重要的意义，而且将为世界电网技术的发展做出贡献。

目录第一章: 超高压直流输电原理第二章：直流输电的优点第三章:直流输电的缺点第五章：直流输电工程系统构成第六章：直流输电的换流技术第七章：直流输电的换流技术第八章：换流变压器的保护措施第一章: 超高压直流输电原理高压直流输电线路如上图所示。

由图中可以看出直流输电的目的是把交流系统A的电能输送到交流系统B中去。

发电和用电系统都是以交流方式进行，只是输电部分是直流方式。

首先，交流发电机产生的交流电，通过系统A中的变压器，把电压值变换成需要的大小，再送到整流器，通过它把交流电变为直流电。

所得到的直流电，通过直流输电线路L输送到用电处的逆变器，由逆变器把直流电变为交流电，最后由变压器把逆变器出来的交流电压变成系统B应用时所需要的交流电压第二章：直流输电的优点与高压交流输电相比较，直流输电具有下列优点：一、输送相同功率时，线路造价低，对于架空线路，交流输电通常采用3根导线，而直流只需1根(单极)或2根(双极)导线。

输送相同功率时，直流输电所用线材仅为交流输电的2/3～l/2。

另外，直流输电在线路走廊、铁塔高度、占地面积等方面，比交流输电优越。

对于电缆线路，直流电缆与交流电缆相比，其投资费和运行费都更为经济，这就是越来越多的大城市供电采用地下直流电缆的原因。

二、线路损耗小由于直流架空线路仅用1根或2根导线，所以导线上的有功损耗较小。

第一章高压直流输电系统的主要设备换流装置设计高压直流最重要的电气一次设备，除此之外，高压直流输电系统还需要装设其他重要设备，如：换流变压器、平波电抗器、无功补偿装置、滤波器、直流接地极、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（属二次设备）等。

2.1 换流装置1.换流装置➢由电力电子器件组成，具有将交流电转变为直流电或主流点转变为交流电的设备统称为换流装置。

➢三相全控整流电路又称为6脉动换流器，实现12脉动换流需要借助换流变压器，使6脉动换流器的同一相产生30°的相位差。

➢换流器不仅具有整流和逆变功能，还具有开关的功能，可以实现直流输电系统的启动和停运。

2.器件➢由半控型晶闸管、全控型门极可关断晶闸管和绝缘栅双极晶体管构成的换流器分别称为晶闸管换流器、低频门极关断晶闸管换流器和高频绝缘栅双极型晶体管换流器。

➢晶体管是耐压水平最高、输出容量最大的电力电子器件。

3.换流阀R作用是克服各个晶闸管器件的分散性，使断态下各晶闸管器件的电压➢静态均压电阻尽可能一致。

（分压）R C目的是减小晶闸管关断时由于电压振荡而引起的晶闸管两端的暂态过电➢阻尼电路11压以及过快的电压变化率。

2．换流单元接线方式（1）6脉动单元1）换流变压器可以是三相或单相结构，小容量工程三相三绕组，超高压、大容量单相双绕组；网侧一定为星形接线，阀侧即可星形亦可三角形。

2）交流滤波器通常为正对5、7、11、13次的双协调（或单协调）滤波器和高通滤波器，抑制6脉动换流器产生的（6k±1）次特征谐波。

3）直流滤波器抑制6次和12次双调谐（单调谐）谐波，抑制6脉动换流器产生的6k次特征谐波。

4）平波电抗器配合直流滤波器对直流谐波进行抑制，同时削弱直流短路电流的快速上升和防止轻载下的直流断路。

（2）12脉动单元1）12脉动换流器可使用双绕组或三绕组换流变压器；2）为使换流变压器阀侧套组电压出现30°相位差，阀侧变压器一个为星形接法，另一个为三角形接法；3）12脉动换流变压器具有4 种方案，即1台三相三绕组式、2台三相双绕组式、3台单相三绕组式和6台单相双绕组式；4）12脉动换流器在交流侧和直流侧分别产生（12k±1）和12k的特征谐波。

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。