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高压直流输电 第四章

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《高压直流输电》高压直流输电的谐波抑制与无功补偿

《高压直流输电》高压直流输电的谐波抑制与无功补偿

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32
4.7 换流站无功补偿
无功分组容量确定
➢ 为适应直流功率的改变，同时满足换流站交流母线电 压变化的需要，无功补偿装置必须实行分组投切。
➢ 通常将无功补偿装置分成2～4个无功大组，每一大组 中包括2～4组无功补偿装置，称为无功小组或交流滤 波器小组；
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4.7 换流站无功补偿
2020/3/4
5
4.1 高压直流输电谐波的基本问题
方均根值和总谐波畸变率
电流方均根值 I 1 T i 2 (t)dt T0
M
I12
I
2 h
h2
h次谐波电流的含有 率
HRIh
Ih I1
1 0 0%
电流总谐波畸变率 T H D I
M
I
2 h
h2
1 0 0%
I1
2020/3/4
6
4.1 高压直流输电谐波的基本问题
2020/3/4
双极HVDC原理图， 假设条件
16
4.3 换流器非特征谐波
非特征谐波
换流器交、直流侧的电流和电压中，除特征谐波 之外的谐波分量。
产生直流侧非特征谐波的因素：
➢ 交流母线电压中含有谐波电压； ➢ 构成12脉波换流器的两个6脉波换流器的换流变压器的
漏抗不相等和电压比不相等；
➢ 构成一个换流站两极换流器的任何运行参数不相等； ➢ 换流变压器三相漏抗不平衡；
✓ 早期直流工程中常用的一种阻尼滤波器，但 目 前的应用逐渐减少；
✓ 被称为为C型阻尼滤波器，适宜于低次大容量 谐波的滤除，在直流工程中也有应用投资省。
2020/3/4
26
4.5 交流滤波器设计

《高压直流输电》课件

《高压直流输电》课件
针对高压直流输电控制系统的复杂性，研究更为高效、稳定的控制策略，如采用人工智能、神经网络等先进技术进行控制系统优化。
研究高压直流输电线路和换流站对周边电磁环境的影响，制定相应的防护措施和标准，降低对环境和人体的影响。
研究高压直流输电在电网中的稳定运行机制，通过优化无功补偿、有功滤波等技术手段，提高系统的稳定性和可靠性。
高压直流输电系统的核心，负责将交流电转换为直流电或反之。
换流站
直流输电线路
接地极
用于传输直流电，通常采用架空线或海底电缆。
为系统提供参考地电位，并泄放多余的电流。
03
02
01
01
02
03
04
实现交流电与直流电相互转换的核心元件。
换流阀
用于调整电压等级，使换流站能与不同电压等级的电网连接。
变压器
用于滤除换流过程中产生的谐波，减少对周围环境的干扰。
《高压直流输电》PPT课件
目录
高压直流输电概述高压直流输电的基本原理高压直流输电系统的构成与设备高压直流输电的优缺点与关键技术问题高压直流输电的工程实例与展望
01
高压直流输电概述
Chapter
总结词
高压直流输电是一种利用高压直流电进行远距离传输的输电方式，具有输送容量大、损耗小、稳定性高等特点。
详细描述
总结词
换流技术是高压直流输电的核心技术之一，涉及到整流和逆变两个过程。
详细描述
在整流过程中，交流电源转换为直流电源，通过控制晶闸管或绝缘栅双极晶体管的开关状态实现。逆变过程则是将直流电源转换为交流电源，同样通过控制开关状态实现。换流技术的关键在于保证电流的稳定和减小谐波干扰。
VS
高压直流输电的损耗主要包括线路损耗和换流损耗，提高效率是重要目标。

高压直流输电技术PPT课件

高压直流输电技术PPT课件

这篇文章发表后，正弦波立
即在电气工程领域得到应用
。 论文中提出，正弦交流电路如同直流电路一样，电压和电流有效值之比为一
常数，称之为阻抗；因此，在线性电路中是遵守欧姆定律的。他从电气参数
计算上说明了采用正弦函数波形交流电的理由。
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传统的直流输电系统
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23 23
10/25/2019
28
传统的直流输电系统
传统直流输电系统是建立在发电和配电均为交流电基
础上的。
传统直流输电是先将送端的交流电整流为直流电，由
直流输电线路送到受端，再将直流电逆变为交流电，送 入受端的交流电网。
传统直流输电系统经历了汞弧阀换流器和晶闸管阀换
流器两个阶段。
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2929
网；二是当两个相同工作频率的交流电网联网形成更大的交流电网后，受 到系统运行稳定性差和短路容量增大等限制。
3.在电缆输电方面，由于电缆电容远大于架空线路，电缆电容的充放电电
流产生很大损耗，严重限制了电缆输电距离和效率。
在一定条件下的技术经济比较结果表明，采用直流输电更为合理，且比
交流输电有更好的经济效益和优越的运行特性。因而，直流输电重新被人 们重视。
机或电动机的故障退出与重新接入以及运行调整，极大地提高了
可靠性。
4台 3kV/300kW
发电机
输电线路16km
避雷器
避雷器
总电压12kV、电流100A
2台 1kV/100kW
电动机
1台 3kV/300kW
电动机 2台
500V/50kW 电动机 2台
3kV/300kW 电动机
典型的 Thury串联 系统

高压直流输电

高压直流输电

总计
0.82
0.69 0.057 0.018
直流输电与交流输电的可靠性相当
*
.
28
chap.1 绪论1.2.1 高压直流输电的优点
➢ 三、从经济性看，HVDC具有如下优点：
√ 1. 线路造价低 输送同样功率条件下，直流架空线路节省1/3 的导线，1/3～1/2的钢材，造价为交流线路的 60％～70％。
· 等价距离： HVDC与HVAC总投资费用相等时，输电线路 的长度。
√ 500kV架空线路：400-600km √ 800kV架空线路：700-900km √ 电缆线路： 20-40km
*
.
34
1.3 chap.1 绪论HVDC的历史与国外发展现状
➢人类输送电力已有一百多年的历史。输电方式是 从直流输电开始的。
*
.
16
chap.1绪论1.1.2.4 背靠背直流输电系统
Back-to-back HVDCtransmission, b-tbHVDCtransmission
·背靠背直流输电系统：直流线路长度为零的
HVDC系统。又称为“背靠背换流站” ，“非同步 联络站”，或“变频站” 。
· 接线方式：单极、双极或同极方式
高压直流输电
HVDCtransmission
*
.
1
chap.1 绪论
HVDC
High Voltage Direct Current transmission
*
.
2
chap.1 绪论
主要参考书
·韩民晓，等编著．高压直流输电原理与运 行 ．北京：机械工业出版社，2009．
·浙江大学发电教研组直流输电科研组．直 流输电．北京：水利电力出版社，1985．

高压直流输电复习大纲

高压直流输电复习大纲

高压直流输电复习第一章绪论§1.1 高压直流输电的构成一、高压直流输电的概念高压直流输主要由三部分构成：1.将交流电变换为直流电的整流器，2.高压直流输电线路，3.将直流电变换为交流电的逆变器。

二、高压直流输电的分类1.按不同的换相方式分类：可分为电网换相和器件换相。

2.按不同端子数目分: 可分为两端直流输电和多端直流输电。

3.按交直流连接关系可分为不同的连接方式。

如：交直流并联送电方式（图1-3）；交直流叠加送电等方式(图1-4)。

（一）两端输电系统：典型接线两端直流输电系统又可分为单极系统、双极系统和背靠背直流系统。

1.单极系统：(1)单极大地回线方式：(2)单极金属回线方式：2. 双极系统：（1）双极两端中性点接地方式：（2）双极一端中性点接地方式：（3）双极金属中线方式：3. 背靠背直流系统（二）多端直流输电系统1. 并联多端直流输电方式：2. 串联多端直流输电方式：（三）直流多回线输电：图1-12图1-13熟悉以上各种接线方式的接线图、各自的特点及应用场合。

§1-2 高压直流输电的特点及适用场合一、直流输电的特点：1.优点：(1). （经济性）输送容量大，造价低，损耗小。

(2). （互联性）直流输电不存在交流输电的稳定问题。

(3). （BTB）可实现电力系统之间的非同步联网(4). 具有潮流快速可控的特点。

2.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）. 换流器的变流，使得交流侧和直流侧，存在谐波。

（3）．晶闸管换流器在进行换流时需消耗大量无功（约占直流输送功率的40%~60%）每个换流站均需装设无功补偿装置。

（4）. 直流输电利用大地或海水为回路而带来一系列技术问题，如地极附近直流电流对金属构件，管道、电缆等埋设物的电腐蚀问题，对中性点接地的变压器的磁饱和问题，对通信系统及航海磁性罗盘盘的干扰。

（5）. 直流断路器由于没有过零点，灭弧问题难以解决，给制造带来困难。

《高压直流输电原理与运行》复习提纲及答案

《高压直流输电原理与运行》复习提纲及答案

《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。

高压直流输电系统的电磁兼容性研究与应用

高压直流输电系统的电磁兼容性研究与应用

高压直流输电系统的电磁兼容性研究与应用摘要高压直流输电系统的广泛应用已经成为现代能源输送的重要组成部分。

然而，由于高压直流输电系统存在的电磁兼容性问题，可能对其他电力设备、通信设备和民用设施产生干扰和损害。

因此，对于高压直流输电系统的电磁兼容性研究与应用具有重要意义。

本文在分析高压直流输电系统的基本原理和工作机理的基础上，重点探讨了高压直流输电系统的电磁兼容性问题。

首先，介绍了电磁兼容性的基本概念和研究方法。

然后，分析了高压直流输电系统的电磁辐射、电磁感应和电磁耦合等电磁兼容性问题。

接着，提出了一系列针对高压直流输电系统的电磁兼容性解决方案，包括系统设计、电磁隔离和电磁抑制等措施。

最后，通过实验验证了提出的电磁兼容性解决方案的有效性。

关键词：高压直流输电系统，电磁兼容性，电磁辐射，电磁感应，电磁耦合，电磁隔离，电磁抑制AbstractThe widespread application of high-voltage direct current (HVDC) transmission systems has become an important part of modern energy transmission. However, due to the electromagnetic compatibility (EMC) issues that exist in HVDC transmission systems, interference and damage may be caused to other power equipment, communication equipment, and civil facilities. Therefore, the research and application of EMC for HVDC transmission systems is of great significance.Based on the analysis of the basic principles and working mechanisms of HVDC transmission systems, this paper focuses on the EMC issues of HVDC transmission systems. Firstly, the basic concepts and research methods of EMC are introduced. Then, the EMC issues such as electromagnetic radiation, electromagnetic induction, and electromagnetic coupling in HVDC transmission systems are analyzed.Subsequently, a series of solutions for EMC of HVDC transmission systems are proposed, including system design, electromagnetic isolation, and electromagnetic suppression measures. Finally, the effectiveness of the proposed EMC solutions is verified through experiments.Keywords: HVDC transmission system, electromagnetic compatibility, electromagnetic radiation, electromagnetic induction, electromagnetic coupling, electromagnetic isolation, electromagnetic suppression第一章绪论1.1 研究背景和意义随着能源需求的增长和电力市场的日益开放，高压直流（HVDC）输电技术已经成为现代电力系统中的一种重要形式。

高压直流输电技术在电力系统中的应用研究

高压直流输电技术在电力系统中的应用研究

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。

直流输电-4-控制.

直流输电-4-控制.
16
直流电流给定值修改
原则是：保证整流侧的Id给定值Id0z始终比逆变侧的至少大ΔId0 整流侧修改
命令↑ → Id0z ↑ 命令↓ →
（通信）
U d 0 z cos
αmin
定电压
人工特性
→
Id0n ↑
A
（通信）
定δ
Id0n ↓ → Id0z ↓
定电流
定电流
I d 0
逆变侧修改
命令↑ → Id0z ↑ → Id0n ↑
I d 0 z1
（通信）
Id 0z 2
Id 0z 2
I d 0 z1
给定速率匀速变化
命令↓ → Id0n ↓
→
Id0z ↓
（通信）
17
四、
换流器控制
1
3
5
1、分相控制（常规）
每相脉冲与其对应的同步信号同步
4 同步 信号
6
2 脉冲 形成
控制信号
-B
1 2 3 4 5 6
α
1
α
2
+C
-A
+A
特点：三相电压对称时，脉冲等间隔（60°，12桥为30°） ，但不 对称时，则不等间隔；或者谐波造成过零点畸变，也会造成不等间 隔 → 非特征谐波 → 交流电压进一步畸变 非特征谐波产生：脉冲不对称；换流变、交流系统阻抗不对称；AC 电流谐波；电压或相位不对称 谐波↑ → 交流电压波形畸变↑ → 脉冲不对称↑ 谐波不稳定（放大倍数足够大）
I B
‘ B
A
I d 0

E
0.1pu
F 0
天广HVDC正常控制模式
C D
Id 0 Id
H G

高压直流输电系统

高压直流输电系统

〔7〕调度管理
由于通过直流线路互联的两端交流系统可以 有各自的频率，输送功率也可保持恒定 〔恒功率、恒电流等〕。对送端而言，整 流站相当了交流系统的一个负荷。对受端 而言，逆变站那么相当于交流系统的一个 电源。互相之间的干扰和影响小，运行管 理简单方便，深受电力管理、运行部门的 欢送。对我国当前开展的跨大区互联、合 同售电、合资办电等形成的结合电力系统， 尤为适宜。
〔5〕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，值班人员需要进展调度，但又 难于控制，直流输电那么可全部自动控制。
〔6〕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 流互联时，不管在哪里发生故障，在直流 线路上增加的电流都是不大的，因此不增 加交流系统的断路容量。
逆变器特性包括 R L I d 电压降〕
图3.1.3 实际的换流器控制稳态特性
图3.1.4 电流调节器
在正常电压下，逆变器的恒熄弧角〔CEA〕特性曲线和整 流器持性曲线相交于E。可是，逆变器的CEA特性〔CD〕 不会和由表示的在降低电压下的整流器特性曲线相交。所 以，整流器电压的大幅度降低会引起电流和功率在短时间 内下降到零，这个时间取决于直流电抗器，从而系统将会 停运。
要变更功率输送的方向，可采取更换两端 的直流电压极性的方法。
在选择控制特性时，应该考虑以下要求：
防止交流系统电压的变化引起直流电流的大 波动；
保持直流电压在额定值附近； 保持送端和受端的功率因数尽可能高； 防止逆变器的换相失败。 运用换流器的快速控制来防止直流电流的大
波动，这是保证HVDC线路满意运行的一个 重要要求。
以下是维持高功率因数的几个原因：

高压直流输电与柔性交流输电第四章

高压直流输电与柔性交流输电第四章

量进行监测，在这个区域里还装设有交流测量装置。
4.1 换流站概述

换流变压器区域：
大容量高压直流换流站的换流变压器容量大、台数多，
占地面积大。
为了缩短换流变压器阀侧套管与阀厅之间的引线长度，
减少直流侧由于绝缘污秽所引起的闪络事故，一般要 求换流变压器靠近阀厅布置。
保护换流变压器的交流避雷器靠近换流变压器布置。 根据防火要求，在换流变压器区域装设水喷淋灭火系
（1）系统对换流阀定值的要求 连续运行额定值
应根据系统要求及对高压直流系统主回路参数 研究的结果来确定换流阀的连续运行额定值，应 计及诸如最高环境温度等因素的影响。 阀的冷却系统及其他辅助系统的设计须满足所 确定的连续运行额定值的要求。
4.3 换流阀
（2）对换流阀过负荷能力的要求
连续过负荷额定值，可以长期连续运行的过负荷 能力；
4.3 换流阀
换流阀——在高压直流输电系统中，为实现换流所需的三相
桥式换流器的桥臂，称为换流阀，它是换流器的基本单元设 备。
功能：

整流和逆变
具有开关的功能，可利用其快速可控性对直流输电系统 的起动和停运进行快速操作。
半导体换流阀类型：

常规晶闸管阀（简称晶闸管阀，或可控硅） 低频门极关断晶闸管阀（GTO阀） 高频绝缘栅双极晶闸管阀（IGBT阀）
到底采用哪一种型式？ 1）直流输电工程的容量 2）换流器以及换流变的生产制造能力 3）换流变运输尺寸的限制换流变的运输方案问题来自
特点：一直是换流站工程建设中的一个难题，它前期调查 工作量大、运输措施费用大、运输时间长、影响面广、地 方协调工作量大。 重要性：工程能否按期投产、建设进度是否受到影响，换 流变的运输是一个很关键的因素。 确定运输方案需考虑问题：取决于站址周围交通的情况及 今后几年当地交通发展的情况。 有些方案表面上、客观上可行，但实际操作起来，就不可 行，这方面的经验教训实例太多。 举例说明：例如：三常线宜昌龙泉换流站的2台换流变 （铁路——水路——公路的大件运输方案）；三广线荆州 换流站5台换流变（全程公路，后改为半程公路——水 运）。

第四章 高压直流输电与柔性输电

第四章 高压直流输电与柔性输电

第4章高压直流输电与柔性输电4．1 概述如何将大量的电能从发电厂输送到负荷中心一直是电力工程的重要研究课题。

多年来，在努力提高传统电力系统输送能力的同时，电力科学工作者不断地探索各种新型的输电方式。

多相输电的概念在1972年由美国学者提出。

在输电过程中采用三相输电的整倍数相，如6、9、12相输电以大幅度地提高输送功率极限。

多相输电的主要优点是相间电压较三相输电降低，从而可以减小线间距离，节省输电线路的占地。

紧凑型输电的概念在1980年代由前苏联学者提出。

它从优化输电线和杆塔结构着手，通过增加分裂导线的根数，优化导线排列，尽力使输电线附近的电场均匀，从而减小线路的线间距离，提高线路的自然功率。

分频输电的概念在1995年由中国学者提出，目前仍在理论研究和模拟实验阶段。

其基本思想是在电能的输送过程中降低频率以缩短输送的电气距离，例如采用三分之一倍工频。

超导现象在1911年由荷兰科学家发现。

超导输电是超导技术在电力工业中的应用，目前在国际上已能制造小容量的超导发电机、超导变压器和超导电缆，但是距离工业应用还有一段距离。

无线输电是不用传输导线的输电方式，其概念提出的历史可以追溯到1899年特斯拉的实验。

现代主要研究和有希望在未来实现工业化应用的无线输电方式包括微波输电、激光输电和真空管道输电。

无线输电技术的研究已进行了30多年，但仍有大量而困难的技术问题需要解决，因而离工业应用的距离尚很遥远。

高压直流输电(High V oltage Direct Current，HVDC)与柔性输电(F1exible AC Transmission System , FACTS)都是电力电子技术介入电能输送的技术。

在电力工业的萌芽阶段，以爱迪生(Thomas Alva Edison，1847—1931)为代表的直流派力主整个电力系统从发电到输电都采用直流；以西屋(George Westinghouse．1846—1914)为代表的交流派则主张发电和输电都采用交流。

高压直流输配电技术

高压直流输配电技术

一、 教学目的高压直流输电系统的运行和控制是电力系统及其自动化、电力电子等专业的一门重要技术基础课程。

高压直流输电系统主要研究的内容是如何依靠电力电子变流技术以直流的形式实现 电能的远距离传递的系统。

通过本课程的学习，学生应掌握高压直流输电系统的基本原理、 在实际电能生产系统中的运行特性、 控制特性及其结构和元件等理论知识， 为从事实际工作打下坚实的基础。

本课程具有较强的综合性和实用性， 与工程实际联系密切，对培养学生联系工程实际，提高 科学的思维能力具有重要的促进作用。

二、 教学内容与要求 第一章绪论（讲课2学时）了解课程的主要内容， 重点了解高压直流输电系统的发展概况、基本组成及与交流输电相比较附优缺点.，明确木课程耐性质、枉务、特点。

器设计。

作业：什么是特征谐波？什么是非特征谐波？其抑制方式有哪些？ 第四章高压直流输电系统的控制和特性（讲课 5学时） 高压直流输电系统是高度可控的， 采用各种控制方式，目的在于提供高效稳定的运行和功率 控制的最大灵活性， 同时保证设备的安全。

通过本章的学习，掌握控制的基本运行原理、实现以及它们在正常和异常的系统条件下的性能。

具体教学内容和学时安排如下：4.1、控制的基本原理（讲课 1学时）4.2、控制系统的实现（讲课 1学时）4.3、换流器触发脉冲控制系统（讲课 1学时）4.4、换流器的全数字式控制器（讲课 1 学时）4.5、阀的闭锁和旁路（讲课 0.5学时）第二章换流器理论及特性方程（讲课 4学时） 换流器的主要功能是完成交-直流转换， 并通过HVDC 联络线来控制潮流， 是直流输电系统中完成电能传递的关键设备。

通过本章的学习，了解掌握换流器的阀特性以及实际换流电路的结构和运行情况，掌握换相、触发延迟角、换相角、熄弧角等基本概念，整流器和逆变器 的工作方式。

具体教学内容和学时安排如下：2.1、 阀特性（讲课1学时）2.2、 2.3、 换流器电路分析（讲课 1学时） 整流器和逆变器工作方式（讲课1学时）2.4、交流量和直流量之间的关系（讲课0.5学时）2.5、多桥换流器（讲课 0.5学时） 重点：整流器和逆变器工作方式。

高压直流输电

高压直流输电

《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。

upc柔性电力技术(电力电子技术在电力系统中的应用)课件第四章

upc柔性电力技术(电力电子技术在电力系统中的应用)课件第四章

与交流输电相比，高压直流输电的优点：
1、经济方面：
(1) 线路造价低。
对于架空输电线，交流用三根导线，而直流一般用两根采用大地或 海水作回路时只要一根，能节省大量的线路建设费用。对于电缆， 由于绝缘介质的直流强度远高于交流强度，如通常的油浸纸电缆， 直流的允许工作电压约为交流的3倍，直流电缆的投资少得多。
电压等级的划分：
交流：
330kV、500kV 和 750kV – 超高压；
1000kV- 特高压。
直流：
±500kV、±600kV– 超高压；
±660kV、±800kV 和 ±1000kV- 特高压。
西部能源基地与东部负荷中心距离在800-3000公 里左右，远距离、大容量输电是我国未来电网发展的必 然趋势。
2004年
2005年 2006年
葛洲坝换流站
南桥换流站
• （2003-04-29 ）三常直流工程（三峡至常州±500千伏 ）创下 两项世界记录：一项是在29个月的时间内，按计划完成全部 工程建设任务，世界其他类似工程没有一个工程能按期完成； 一项是单级输送功率160万千瓦，超过单级输送功率150万千 瓦的世界记录。” • （2006年12月15日）世界上首个最高电压等级的±800千伏特 高压直流输电工程：云南至广东±800千伏特高压直流输电工 程，西起云南楚雄州禄丰县，东至广州增城市，输电距离 1438公里，动态总投资137亿元，额定输电容量500万千瓦， 是我国在建单条输电容量最大的工程之一，是云电送粤的主 力通道。该条线路的输电能力相当于目前云南省全省用电负 荷的80％。据了解，此前世界上已有的直流输电最高电压等 级为±600千伏。 • （2009年11.17） ±800千伏特高压向家坝－上海直流输电示 范工程，被誉为迄今为止世界上电压等级最高、输送容量最 大、输电距离最长等18项世界纪录的直流输电工程。

第四章特高压直流输电的系统特性

第四章特高压直流输电的系统特性

第四章特高压直流输电的系统特性
第四章特高压直流输电的系统特性特高压输电包括特高压交流输电和
特高压直流输电两种形式。

特高压输电中，交流为1000kV;直流为1800kV。

根据我国未来电力流向和负荷中心分布的特点，以及特高压交流输电和特
高压直流输电的特点，在我国特高压电网建设中，将以1000kV交流特高
压输电为主形成国家特高压骨干网架，以实现各大区域电网的同步强联网；士800kV特高压直流输电，则主要用于远距离、中间无落点、无电压支持
的大功率输电工程特高压电网的系统特性主要反映在技术特点、输电能力
和稳定性三个方
面。

1000kV交流输电中间可落点，具有电网功能，输电容量大，覆
盖范围广，节省架线走廊，有功功率损耗与输送功率的比值小；1000kV
交流输电的能力取决于各线路两端的短路容量比和输电线路距离，输电稳
定性取决于运行点的功1800kV直流输电中间不落点，可将大量电力直送
大负荷中心，输电容量大、输电距离长、节省架线走廊，有功功率损耗与
输送功率的比值较大，其输电稳定性取决于受端电网的结构本章将介绍高
压直流输电系统的结构、基本原理、运行及控制方式、基本特点；介绍特
高压直流输电的现状、接线方式及主要设备的特点；分析比较特高压交流
输电和特高压直流输电的系统特性。

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2 逆变器终端的功率为： Pdi Vdi I d Pdr RL I d
直流线路
三相交流系统
整流器
逆变器
三相交流系统
高压直流系统通过控制整流器和逆变器的内电势 （ Vdor cos ）和（Vdoi cos ）来控制线路上任一点的 直流电压以及线路电流（或功率）。这是通过控制 阀的栅／门极的触发角或通过切换换流变压器抽头 以控制交流电压来完成的。 栅／门极控制速度很快（1到10毫秒），而变压 器抽头切换速度较慢（每级切换为5到6秒），以互 相补充的方式应用这两种控制。开始时应用栅／门 极控制以保证迅速的作用，之后由抽头切换将换流 器控制角（整流器的α角和逆变器的γ角）恢复到 正常范围。变更功率输送的方向，可采取更换两 端的直流电压极性的方法。
G
降低电压
A E
逆变器(CEA)
E'
整流器(CC)
D
逆变器(CC)
H
B
Im

Iord Id
K
Vd0COSα
Байду номын сангаас
采用比例和积分调节器时，恒定电流（CC）特性是非常 垂直的。在正常电压下的整流器特性由FAB确定。当电压降 低，特性曲线亦移动，如F’A’B所示。 在正常电压下，逆变器的恒熄弧角（CEA）特性曲线和 整 流器特性曲线相交于E 。可是，逆变器的CEA特性（CD）不 会和由F’A’B表示的在降低电压下的整流器特性曲线相交。所 以，整流器电压的大幅度降低会引起电流和功率在短时间内 下降到零，这个时间取决于直流电抗器。从而系统将会停 运。 为了避免上述问题，逆变器也要配置一个电流控制器， 其整定的电流值比整流器的电流整定值小。完整的逆变器特 性曲线由DGH给出。它包括两部分：一部分为怛定熄弧角 （CEA）特性曲线，一部分为恒定电流特性曲线。
Vd Vdoi cos ( RL Rci ) I d
A E 运行点 C D
逆变器(CDA) 整流器(CC)
B
Vd Vdoi cos ( RL Rci ) I d
上式给出了γ保持在固定值时的逆变器特 性。如果换相电阻Rci略大于线路电阻RL， 逆 变器的特性直线斜率为负且较小，如图所 示的CD线。 由于在一种运行条件下必须同时满足整流器 和逆变器特性，因此它由两条特性的交点 （E）确定。
（3）依赖于电压的电流指令限制（VDCOL） 在低电压条件下，要想保持额定直流电流或额定 功率是不可期望或不可能的，其原因如下： （i）当一个换流器的电压降超过30%时，和它相 隔很远的换流器的无功需求将增加，这对交流系统 可能有不利的影响。远端换流器的α或β必须更高 以控制电流，因而引起无功功率的增加。系统电压 水平的降低也会使滤波器和电容器所提供的无功功 率明显减少，而通常换流器吸收的无功功率大部分 由它们提供。
（七）电流限制 确定电流指令时必须考虑如下限制。 （1）最大电流限制 为避免换流阀受到过热损害，一般短时间 最大电流限定在正常满负荷电流的1.2到1.3 倍。
（2）最小电流限制 当电流值较低时，电流的波动会引起它的不连续 或间断。因此，在12脉波的运行情况下，电流在一个周期内 会被中断12次。这种情况是不允许的，因为在中断瞬间电流 变化率很高，会在变压器绕组和直流电抗器上感应出高电压 （Ldi/dt）。 当直流电流处于低值时，叠弧很小。如果叠弧太小，即使 电流连续也不允许发生这种情况。当叠弧很小时，在换相开 始和结束时的直流电压出现两次跳变，形成一个两倍大的跳 变，如果会导致阀上应力的增加。它也可能引起每个阀桥两 端之间设置的保护间隙发生闪络。
以下是维持高功率因数的几个原因： （1）在给定变压器和阀的电流和电压额定值的条 件下，使换流器的额定功率尽可能高； （2）减轻阀上的应力； （3）使换流器所连接的交流系统中设备的损耗和 电流额定最小； （4）在负荷增加时，使交流终端的电压降最小； （5）使供给换流器的无功功率费用最小。
cos 0.5cos cos( ) 0.5cos cos( )
（五）控制方式的稳定性 如图所示，在接近于逆变器的CEA特性曲线和CC特性曲线 的 过渡部分的某些电压水平下，整流器的αmin特性曲线和逆 变器的CEA特性曲线的交点不能很好地确定。在这个区域 内，交流电压的微小变动将引起直流电流的大改（100%）， 而且会在控制方式与抽头切换之间产生来回摆动的趋势。为 避免这个问题，经常在逆变器的CEA和CC控制特性曲线的 过 渡部分引入一个斜率为正的特性（恒定β）。另一种变化如 图所示，它是通过一个电压反馈回路来控制直流电压。
通过调节“电流指令”或“电流整定值”可以使整流器特 性水平移动。如果测量电流小于电流指令，调节器 就会减小α而提前触发。 通过逆变器的变压器抽头切换装置的作用，它的特性会 升高或降低。当抽头切换装置动作时，CEA调节器迅速将γ 恢复到期望值。其结果是直流电流改变，但很快会被整流器 的电流调节器恢复到期望值。整流器抽头切换装置动作，将 α控制在10°到20°的期望范围内以确保高功率因数和控制 的适当裕度。 为了使逆变器运行在恒定的γ角，根据电压和电流瞬时 值的变化用计算机来控制阀的触发。计算机控制触发时刻， 使得熄弧角γ大于阀的去游离角。
整流器的电流指令和逆变器的电流指令的差值称为“电流 裕度”，在图表示为Im。通常它整定在额定电流的10%到 25%，以确保在由测量 或其它原因引起误差的情况下两条恒定电流特性曲线彼此不 会相交。 在正常运行条件下，（由交点E表示），整流器控制直流 电流，逆变器控制直流电压。整流器电压降低时（可能由附 近的故障引起），运行条件用交点E’表示。逆变器转而进行 电流控制而整流器建立电压。在这种运行方式下，整流器和 逆变器的作用互换。从一种方式变化到另一种方式称为“方 式 切换”。
（四）可选择的逆变器控制方式 （1）直流电压控制方式 用闭环电压控制取代调节γ到固定值（CEA），可以保证在 直流线路上的一个期望点维持恒定电压，通常该点为送端（ 整流器）。维持期望的直流电压所必需的逆变器电压可以通 过计算线路的R1电压降来估计。与恒定γ角控制（有下降的 电压特性曲线）相比较，这种电压控制方式的优点在于，它 的逆变器V-I特性曲线是一条水平线，如图 所示。另 外，这种电压控制方式的γ值略高，因而换相失败的可能性 较小。一般来说，和抽头切换装置相配合，该电压控制方式 维持γ角在大约18°。
（三）整流器和逆变器的组合特性 在大多数HVDC系统中，要求每一个换流器 既可作整流器，也可作为逆变器使用。因 而，每一个换流器都有一个组合特性曲线， 如图所示。
Vd
换流器1 CIA
E1
换流器2 CEA
CC 0 CC
Id Im
换流器1 CEA
CIA 换流器2
E2
每个换流器的特性曲线包括三部分：相应于αmin 的恒定触发角（CIA）特性曲线，恒定电流（CC）特性 曲线和恒定熄弧角（CEA）特性曲线。 当换流器特性如图中实线所示时，功率由换流 器1输送到换流器2。在这种运行方式下的运行条件 用点E1表示。当换流器特性如图4.5中虚线所示时， 功率输送方向逆转。这可以通过反置“裕度整定”来 达到。也就是说，使换流器2的电流整定值大于换流 器1的电流整定值。这种运行条件用图中E2表示；电 流不变，但电压极性改变。
Vdo cos K ( I ord I d ) Vd Rcr I d
Vd KI ord ( K Rcr ) I d
用扰动值表示为:
Vd ( K Rcr )I d
或
Vd / I d ( K Rcr )

F C F'
整流器(CIA) 正常电压
（二）实际特性 整流器通过改变α角来维持恒定电流。但是，α角不 能小于它的最小值（αmin）。一旦达到αmin，就 不可能再升高电压，整流器将运行在恒定触发角 （CIA）。所以，整流器特性曲线实际上有两部分 （AB和FA），如图所示。FA部分对应于最小触发 角并且表示CIA控制方式；AB段表示正常的恒定电 流（CC）控制方式。 实际上，恒定电流特性不会绝对垂直，这取决 于电流调节器。采用比例控制器时，由于电流调节 器的增益有限，恒定电流特性直线的斜率为负且较 大，如图所示。
（六）变压器抽头的控制 变压器抽头切换装置的控制是用来将换流器的控制角保持 在期望范围内，只要α（整流器）或γ（逆变器）超过这个 范围的时间达几秒钟就动作。 一般地，逆变器运行在恒定熄弧角，因此利用抽头切换装 置对线路电压进行附加电压控制。整流器运行在电流控制方 式时，也附加由抽头切换装置进行的使α回到额定值的控 制。 常常由允许的稳态电压的最小和最大变化来确定抽头切换 的级数，同时它也要适合最坏稳态电压条件下的最小和最大 功率潮流。采用时间延迟可以防止暂态条件下抽头的不必要 的切换。用一个大于抽头每级间隔值的死区可以避免抽头切 换装置运行时发生来回切换。
Vd
CC
Vd
CC
Id
Id
Vd
CIA CEA
Vd
CIA
方式混淆
A'' A'
CEA
CC
CC
CC
CC
Id
Id
Vd
正斜率（恒β ）
Vd
CIA
CIA CEA 恒电压 CC CC
CEA CC
CC
Id
Id
（2）恒定β角控制 用触发超前角β表示的逆变器等值电路如图所示。 β保持恒定时，逆变器的V-I特性曲线斜率为正，如 图所示。在低负荷时，恒定的β还能保证不会产生 换相失败。可是，在较高的电流（较大的叠弧） 下，会遇到最小γ值问题。恒定β控制方式并不用 于正常运行状态。它被认为是一种备用的控制方 式，在暂态条件下直接作用于触发角是有益的。
4.1.2 控制特性
（一）理想特性 为满足以上所表明的基本要求，应将电压调节和电流调 节加以区别，并将它们分置在不同的换流端。在正常运行 条件下，整流器维持恒定电流（CC），逆变器运行在恒定 熄弧角（CEA）以维持足够的换相裕度。用稳态电压－电 流（V-I）特性可以很好地解释这种控制机理。以电压Vd和 电流Id形成坐标，在直流线上的某个公共点可以测量出它 们的值。 当整流器保持恒定电流时，它的V-I特性是一条垂直线， 如图中AB线