传统直流输电控制原理
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高压直流输电复习解答1.列举直流输电的优点与适用场合:优点:1)输送相同功率时,线路的造价低2)线路有功损耗小3)适合海下输电4)不受系统稳定极限的限制5)直流联网对电网间的干扰小6)直流输电的接入不会增加原有电力系统的短路电流容量7)输送功率的大小和方向可以快速控制和调节,运行可靠2.两端直流输电的运行接线方式.主要分为单极线路方式、双极线路方式两大类,具体如下:单极线路方式:1)单极一线式:用一根空导线或者电缆,以大地或者海水作为返回线路组成的直流输电系统2)单极两线式:导线数不少于两根,所有导线同极性。
双极线路方式:1)双极线路中性点两端接地方式2)双极中性点单端接地方式3)双极中性线方式4)“背靠背”换流方式3.延迟角为什么不能太大也不能太小?整流工况下,a太小,欲导通的阀在有触发脉冲时承受的正向压降太小可能导致导通失败或者延时,a太小则会使功率因素太低。
逆变工况下,当直流电流一定,随着a的增加,换流器所需的无功功率将小。
因此,从经济角度来说,提高换流器运行触发角会使得交流侧功率因素增大,因此输送相同直流功率时,所需的无功功率将减小。
但a的增大,会导致换相角的增大,从而使熄弧角较小。
为保证换流器的安全运行,a不能太大。
4.换相失败的原理是怎样的?换相失败的解决方法有哪些?换相失败的原理:当两个桥臂之间换相结束后,刚退出导通的阀在反向电压作用的一段时间内,如果未能恢复阻断能力,或者在反向电压期间换相过程一直未能进行完毕,这两种情况在阀电压变为正向时被换相的阀都将向原来预定退出导通的阀倒换相,称为换相失败。
解决方法:1)利用无功补偿维持换相电压稳定2)采用较大的平波电抗器3)系统规划时选择短路电抗较小的换流变4)增大β或γ的整定值5)采用适当的控制方式6)人工换相(强迫换相)5.HVDC对晶闸管元件的基本要求有哪些?1)耐压强度高2)载流能力大3)开通时间和电流上升率d i/d t的限制4)关断时间和电压上升率d V/d t的限制6.换流变压器的作用是什么?1)实现交流系统与直流系统的电绝缘与隔离;2)电压变换;3)对交流电网入侵直流系统的过电压有一定的抑制作用。
直流系统相关知识点总结一、直流系统简介直流系统是一种电气系统,其电流是单一方向流动的。
直流系统广泛应用于各种领域,包括能源输送、电动车辆、工业控制和电子设备等。
直流系统具有稳定性高、响应速度快、功率损耗低等特点,因此在一些特定的应用场景下具有独特的优势。
二、直流系统的组成部分1. 直流发电机:直流发电机是将机械能转换为电能的装置,其工作原理是通过转子在磁场中旋转产生感应电动势。
直流发电机广泛应用于发电厂、风力发电站和水力发电站等场合。
2. 直流电动机:直流电动机是将电能转换为机械能的装置,其工作原理是通过电流在磁场中受力产生转矩驱动负载旋转。
直流电动机因其速度和转矩调节范围广泛,被广泛应用于工业控制和电动车辆等领域。
3. 直流变流器:直流变流器是将交流电转换为直流电的装置,其工作原理是通过半导体器件将交流电转换为直流电。
直流变流器在电力传输和电力变换领域具有重要作用。
4. 直流稳压器:直流稳压器是用于稳定直流电压的装置,其工作原理是通过电子元件对电压进行控制。
直流稳压器在电子设备和工业控制系统中有着重要的应用。
5. 直流电力输送系统:直流电力输送系统是将电能从发电站输送到负荷端的系统,其工作原理是通过直流电缆进行输送。
直流电力输送系统因其输送效率高和占地面积小等优势,在远距离输送和跨国输送方面具有重要作用。
三、直流系统的特性1. 稳定性高:直流系统具有较好的稳定性,可以保持较为稳定的电压和电流输出。
2. 响应速度快:直流系统的响应速度快,能够快速调节输出电压或电流。
3. 功率损耗小:直流系统的功率损耗较小,能够提高能源利用效率。
4. 调节范围广:直流系统的调节范围广,能够满足不同负荷的需求。
5. 适用范围广:直流系统适用于各种负载类型和应用场景,具有很大的灵活性。
四、直流系统的应用领域1. 电力系统:直流系统在电力系统中主要应用于电力输送、电动传动和电能质量调节等方面。
2. 交通运输:直流系统在电动车辆和高铁等交通运输领域具有重要应用。
110kV变电站直流电源系统的运行原理分析广东省茂名市525000摘要:随着我国电力工业的快速发展,电力系统的发展趋势也越来越明显。
但是,直流电源为这些设备提供保护、信号和操作电源,在可靠性、安全性和经济性上都有很大的提高,而在某些高灵敏度的集成电路和计算机保护设备中,对电源的性能要求也越来越高,因此,为了满足变电站设备的保护和操作电源的高要求。
关键词:110kV变电站;直流电源;原理分析1.直流电源系统概念直流供电系统在水力发电厂、火力发电厂、各类变电站等领域有着广阔的应用前景。
直流电源系统是一个非常复杂的系统,它的每一个部件都是由直流电源构成的,它可以为直流电机、继电器、信号系统、直流电机、UPS、通信系统等系统提供足够的电力。
该系统可为继电保护、设备自动化控制等提供必要的供电保障。
智能输电系统中,交流与直流并用,共同工作。
在实际运行中,如果设备发生故障,将会对交流电源产生很大的影响,甚至会直接影响到相关的设备,使其无法正常工作,从而引起严重的事故。
因此,为保证设备的正常运转,直流供电将起到关键的作用,保障相关设备的正常运转。
目前国内很多变电站的运行维护都是依靠直流电源来完成,例如:保护装置、变电站遥控装置、直流充电器等。
由于直流供电是一种较为稳定的供电方式,因此能够有效地保障电网的正常运转。
因此,直流供电在整个电网中占有重要的位置。
为确保电网安全高效运行,推动全自动化运行的实现与发展,必须使直流供电标准更加标准化、高效。
我国变电所的组成部件包括信号设备、事故照明设备、远程电气操作设备等,均是通过直流电源提供的,以保证其正常工作。
2.变电站直流系统工作原理2.1.工作方式变电所的直流电源是由两组直流电源组成,即两组直流电源,即双直流工作电源,采用了一种新型的直流电路连接方式,直流屏配线合理,两组交叉控制,电源切换方便安全、人性化、智能化,在变电站发挥了其最大效能。
变电所的直流系统由一组高频开关电源和一组蓄电池组成,其中两组直流用的高频开关电源和两组蓄电池被连接在一根直流母线上,并由两组电池组成。
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工程另外,2010年前后建成投运的HVDC工程有四川德阳——陕西宝鸡(1800 MW、±500 kV,550km)、宁夏银南——天津东(3000MW、±500kV,1200km)等;至2020年前后,还计划建设云南昆明——广东增城、金沙江水电基地一华中和华东HVDC工程以及东北——华北、华北——华中、华中——南方背靠背HVDC工程等十几个HVDC工程。
HVDC控制原理与特性HVDC(高压直流输电)是一种通过直流电进行长距离输电的技术。
与传统的交流输电相比,HVDC具有较大的输电能力、较低的电能损耗和较小的电压降等优点。
HVDC控制原理和特性主要涉及HVDC系统的组成、控制方式以及其特有的稳定性和可靠性。
HVDC系统由直流换流站(DCS)和交流换流站(ACS)组成。
DCS负责将收集到的交流电能转换为直流电,再输送到目标地点。
ACS则负责将交流电能转换为直流电并将其送到DCS。
在HVDC系统中,控制方式分为压控和功控两种。
压控是通过控制换流电压来调节直流功率。
当交流电压增加时,直流功率也会增加。
压控的主要优点是灵活性高,可以实现灵活的功率控制。
它适用于长距离传输和低系统容量的情况。
但是,在压控方式下,系统受电流限制,电流增加会导致功率降低。
功控是通过控制换流电流来调节直流功率。
当交流电流增加时,直流功率也会增加。
功控的主要优点是系统稳定性好,可以实现更高的功率传输。
它适用于长距离传输和高系统容量的情况。
然而,功率受电压限制,电压降低会导致功率降低。
HVDC系统具有以下特性:1.高效性:HVDC系统具有较低的电能损耗和电压降,能够实现更高的能源传输效率。
2.长距离传输:HVDC系统适用于长距离的能源传输,能够实现数千公里的电力输送。
3.可靠性:HVDC系统具有较高的可靠性,不受电力系统电压和频率调度的影响,能够实现更加稳定的输电。
4.系统调度:HVDC系统能够实现可控的输电能力,使得电力系统的调度更加灵活和高效。
5.无电磁干扰:HVDC系统基本上不会对周围环境产生电磁干扰,对传输线路和附近的居民影响较小。
6.无电容和电感功率:HVDC系统没有电容和电感功率,能够减少发电和输电过程中的电能损耗。
总之,HVDC系统通过控制换流电压或电流来实现对直流功率的调节,具有高效、长距离传输、可靠性高和灵活调度等特点。
它已被广泛应用于长距离的电力传输和大容量电力输电项目中,并在电力系统优化和发展方面起到了重要作用。
特高压直流输电双极运行原理引言特高压直流输电是一种通过直流电流来传输电能的技术,相较于传统的交流输电方式,具有更远的传输距离、更高的传输能力以及更好的稳定性和环境适应性。
而特高压直流输电双极运行原理是特高压直流输电系统中的核心内容,本文将对特高压直流输电双极运行原理进行全面、详细、完整地探讨,并对其涉及的关键技术和优势进行分析。
什么是特高压直流输电双极运行原理特高压直流输电双极运行原理是指特高压直流输电系统中,使用两个直流回路来传输电能的工作方式。
其中一个回路称为正极回路,另一个回路称为负极回路。
正极回路和负极回路分别由一对相反极性的电极组成,通过高压电源和直流变流器进行电能的传输和转换。
正极回路和负极回路之间通常会通过一个中性极保持电势的平衡。
特高压直流输电双极运行原理的基本原理特高压直流输电双极运行原理的基本原理包括以下几个方面:1. 直流电源在特高压直流输电系统中,需要使用特殊的直流电源来提供高压直流电能。
直流电源通常由交流电网通过整流器转换得到,经过滤波和稳压等处理后,输出所需的高压直流电。
特高压直流输电双极运行原理需要保证正极回路和负极回路分别能够获得稳定的直流电源。
2. 直流变流器直流变流器是特高压直流输电双极运行原理中的核心设备,其作用是将高压直流电能转换为交流电能,进而进行输电。
直流变流器通常由大功率的半导体器件构成,能够实现高效率的能量转换。
在特高压直流输电双极运行原理中,正极回路和负极回路分别配备有独立的直流变流器。
通过控制直流变流器的工作方式和相位,可以实现对双极运行的调节和控制。
3. 中性极为了保持双极运行的稳定性和电势平衡,特高压直流输电系统通常会引入一个中性极。
中性极通过对中点电位的调节,将电极的外电位维持在一个合适的范围内,避免了由于外界干扰或系统不平衡所引起的不良影响。
中性极的引入大大提高了双极运行的稳定性和可靠性。
特高压直流输电双极运行原理的优势特高压直流输电双极运行原理相较于传统交流输电方式具有以下优势:1. 远距离传输由于直流传输对电力损耗和电压降的影响较小,特高压直流输电双极运行原理能够实现远距离的电能传输,突破了传统交流输电的限制。
发表于<物理教学>交流输电和直流输电的区别和应用浙江 宁波 奉化中学 方颖 315500高二物理《交变流电》这一章节中,我们向学生讲授了交流输电,有学生问起直流是否好可以输电啊?直流输电和交流输电有和不同、区别?我们为何没有用直流输电呢?当学生这么问时,我们教师就应该向学生详细的说一下现实中有关交流输电和直流输电的有关知识。
输电是发电和用电的中间环节,现代输电工程中并存着两种输电方式,高压交流输电和高压直流输电,两种方式各有自己的长处和不足,同时使用它们,可以取得更大的经济效益。
一、输电方式的变化人类输送电力,已有一百多年的历史了。
输电方式是从直流输电开始的,1874年俄国彼得堡第一次实现了直流输电,当时输电电压仅100V ,随着直流发电机制造技术的提高,到1885年,直流输电电压已提高到6000V ,但要进一步提高大功率直流发电机的额定电压,存在着绝缘等一系列技术困难,由于不能直接给直流电升压,使得输电距离受到极大的限制。
不能满足输送容量增长和输电距离增加的要求。
19世纪80年代末发明了三相交流发电机和变压器。
1891年,世界上第一个三相交流发电站在德国劳风竣工,以3 104V 高压向法兰克福输电,此后,交流输电就普遍的代替了直流输电。
但是随着电力系统的迅速扩大,输电功率和输电距离的进一步增加,交流电遇到了一系列不可克服的技术上的障碍,大功率换流器(整流和逆流)的研究成功,为高压直流输电突破了技术上的障碍,因此直流输电重新受到了人们的重视。
1933年,美国通用电器公司为布尔德坝枢纽工程设计出高压直流输电的装置;1954年在瑞典,从本土到果特兰岛,建立起了世界上第一条远距离高压直流输电工程。
二、直流输电系统在直流输电系统中,只有输电环节是直流电,发电系统和用电系统仍然是交流电。
如图所示为高压直流输电的典型线路示意图。
在输电线路的始端,发电系统的交流电经换流变压器1T 、2T 升压后,送到整流器1H 、2H 中去。
直流输电控制保护系统功能介绍一、直流输电基本概念二、直流保护功能的配置及说明一、直流输电基本概念1、直流输电类型•常规两端直流输电背靠背直流输电系统1、直流输电类型1、直流输电类型多端直流输电系统2、换流站主设备•换流的主要设备——换流器(四重阀)2、换流站主设备•换流的主要设备——换流器(双重阀)2、换流站主设备•换流的主要设备——换流变2、换流站主设备•换流变伸入阀厅的换流变套管2、换流站主设备•三广直流惠州站单相双绕组换流变2、换流站主设备•平波电抗器•直流滤波器交流滤波器3、±500kV直流输电直流运行方式常规直流共有5种运行方式:•双极大地回线运行方式•单极大地回线运行方式(极I、极II)•单极金属回线运行方式(极I、极II)常用功率控制方式有3种:•双极功率控制•单极功率控制•单极电流控制4、±500kV直流输电直流部分主接线图5、±500kV直流输电交流场主接线图6、±800kV直流输电主接线图复龙换流站侧奉贤换流站侧复奉直流极线路复奉直流极线路接地极7、简单的控制概念•整流站控制直流系统的电流。
•逆变站控制直流系统的电压。
•通常,每极直流输送功率定义为整流侧功率。
二、直流保护功能的配置及说明直流保护配置目前国网系统运行直流输电系统保护配置情况:•三取二。
•使用切换逻辑。
•完全双重化配置。
保护三取二逻辑保护切换逻辑保护完全双重化配置换流站所包含保护•直流保护(换流变阀侧绕组之间的区域,除直流滤波器)•换流变压器保护•直流滤波器保护•交流滤波器保护•交流滤波器母线保护•断路器保护•交流线路保护•母线保护换流站内保护的分区换流阀区直流线路区金属回线区接地极线区双极中性母线连接区直流滤波器区极中性母线区极高压母线区换流变区保护的配置原则测量的典型配置直流滤波器UacIDPIDNCUDNUDLIDLIDNEIDLIDME IDGNDIANE IDEL1IDEL2NBS NBGSMRTBGRTS直流滤波器UDN IDNENBS极1极2UDLIVYIVDY Y Y DUacIDPIDNCIVYIVDY Y Y D保护的配置原则要求:•配置要求:不存在死区,不存在未被保护的故障情况(全面性)。
直流牵引供电系统的基本原理及组成1. 直流牵引供电系统的基本原理直流牵引供电系统是一种为电力机车提供牵引能源的系统。
它的基本原理是将交流电源转换为直流电,然后通过集电装置将直流电传送给电力机车。
直流牵引供电系统主要由供电装置、集电装置、牵引变流器、架空线路、接触网和地下配电装置等组成。
直流牵引供电系统的基本原理包括: 1. 外部电源供电:直流牵引供电系统通过接触网和集电装置与外部电源相连,从而获得电力能源。
2. 电能转换:直流牵引供电系统使用牵引变流器将交流电源转换为相应的直流电,并根据电力机车的需求进行调节和控制。
3. 电能传输:通过集电装置和架空线路,将转换后的直流电能传输给电力机车,以供其运行和牵引。
4. 地下配电装置:直流牵引供电系统还包括地下的配电装置,用于控制和分配电力能源,确保系统的稳定和可靠运行。
2. 直流牵引供电系统的组成直流牵引供电系统由多个组件组成,主要包括供电装置、集电装置、牵引变流器、架空线路、接触网和地下配电装置。
下面将逐一介绍各个组成部分的功能和原理。
a. 供电装置供电装置是直流牵引供电系统的起点,它与电力系统相连,将交流电转换为直流电并供应给集电装置。
供电装置通常由变电所和变电设备组成,变电所将高压交流电转换为低压交流电,然后交由变电设备进行进一步处理,最终输出给集电装置。
b. 集电装置集电装置位于电力机车顶部,并通过接触网与架空线路相连接。
它的主要功能是在行驶过程中与架空线路保持接触,接收集电弓传输的直流电能,并将其传送给电力机车。
集电装置主要由集电弓、导电轨和接触爪等组件组成。
集电装置的工作原理是通过集电弓与架空线路形成一种机械连接,当电力机车行驶时,集电弓会与架空线路接触,形成电气回路,电能从架空线路输入电力机车。
c. 牵引变流器牵引变流器是直流牵引供电系统的关键组件之一,其主要功能是将交流电转换为直流电,并提供给电力机车进行牵引和运行。
牵引变流器能够根据电力机车的需求对输出的直流电进行调节和控制,以保证电力机车在不同工况下的牵引性能和运行稳定性。
高压直流输电复习解答1.根据图1简述直流输电的基本原理,画出等值电路图. 并写出直流电压、直流电流与交流电压的关系表达式。
基本原理:图中包括两个换流站,CS1为整流站,CS2为逆变站,交流系统Ⅰ侧电压经CS1后产生的直流电压,而CS2将直流电压逆变为交流系统Ⅱ侧的电压,若,则可实现交流系统Ⅰ通过直流线路向交流系统Ⅱ输送功率,若,则可实现交流系统Ⅱ向交流系统Ⅰ输送功率,由此可见可以实现两个交流系统通过直流线路的功率交换。
等值电路:2.简介“背靠背”换流方式。
定义:将整流站和逆变站建在一起的直流输电系统优点:1)费用相对较低2)易于双向调节区域潮流3)需要时随时可通过旁路转换成交流联接目前应用较多,主要是互联电网时限制短路电流的增加,提高电网运行的稳定性,以及不同频率电网之间互联时起变频站作用。
此外在系统增容时能够限制短路容量,以避免大量电气设备的更换。
3.列举直流输电的优点与适用场合:优点:1)输送相同功率时,线路的造价低2)线路有功损耗小3)适合海下输电4)不受系统稳定极限的限制5)直流联网对电网间的干扰小6)直流输电的接入不会增加原有电力系统的短路电流容量7)输送功率的大小和方向可以快速控制和调节,运行可靠适用场合1)远距离大功率输电2)海底电缆输电3)不同频率或者同频率非同步运行的两个交流系统之间的联络4)用地下电缆向用电密度高的大城市供电5)交流系统互联或者配电网增容时作为限制短路电流的措施之一6)配合新能源的输电4.两端直流输电的运行接线方式.主要分为单极线路方式、双极线路方式两大类,具体如下:单极线路方式:1)单极一线式:用一根空导线或者电缆,以大地或者海水作为返回线路组成的直流输电系统2)单极两线式:导线数不少于两根,所有导线同极性。
双极线路方式:1)双极线路中性点两端接地方式2)双极中性点单端接地方式3)双极中性线方式4)“背靠背”换流方式5.延迟角、换相角(重叠角)、超前角、熄弧角的概念。
电力输送的原理和技术电力输送是指将电力从发电站输送到用电站的过程。
在现代社会,电力已经成为生产和生活中不可或缺的重要能源,电力输送也因此变得至关重要。
本文将从电力输送的原理、输电线路的技术、高压直流输电的技术以及电力输送的发展历程等方面进行讨论。
一、电力输送的原理电力输送的原理是利用电磁感应和电能转换。
电力输送的前提是有一个供电站,发电站利用燃煤、燃气、核能等能源产生电能,然后将电能转化为交流电或直流电,并通过输电线路将电力输送到用电站。
用电站将输送来的电力转化为能够供电使用的电能,然后供给用户使用。
二、输电线路的技术电力输送使用的输电线路通常分为三个级别:高压、超高压和特高压。
高压输电线路的工作电压一般为110千伏至220千伏,超高压和特高压线路的工作电压也分别为500千伏和1100千伏。
为了保证输电线路的安全和稳定,金属材料一般是首选的材料,如镍、铝、铜等。
此外,高温超导材料的使用也被提出,因为它们在低温下具有接近于零电功率损耗的特性。
在普通的输电线路中,线路天线塔和绝缘子是非常核心的组成部分。
天线塔的高度取决于线路的电压等级和线路长度。
绝缘子是连接线路和塔身的部件,通常使用陶瓷制造。
高压绝缘子的主要作用是阻止电流从线路到支架上的流失。
三、高压直流输电的技术高压直流输电技术是一种安全、稳定、高效的输电方式。
高压直流输电站由大型的晶体管和变压器组成,可快速控制电流、电压的大小,同时也可保证电能的损失率低。
高压直流输电线路需要配备换流站,将直流电转换为交流电以供电网内的使用。
高压直流输电的主要优点是损耗少、传输距离远、可减少电网电压的扰动。
而且,在一些区域,如山区、海岸线、环境条件恶劣的地区,使用高压直流输电技术的好处会更加明显。
四、电力输送的发展历程电力输送的历史可以追溯到19世纪。
在那个时代,人们使用的电力传输方式是通过直流电,但是直流输电线路的距离极其有限,因此人们开始研究交流输电。
20世纪初,交流输电线路的长度已经达到了100英里(约合160公里)。
随笔之十二-高压直流输电系统严同· 1 个月前直流输电是我个人比较偏好的一种输电方式了,试作总结一二,主要是高压直流输电(HVDC)。
一、高压直流输电概述高压直流输电: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。
•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。
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。
直流电源和交流电源引言在现代社会中,电力无处不在。
为了让电力能够在我们的生活中发挥作用,我们需要一种稳定而可靠的电源。
直流电源和交流电源是两种常见的电源类型,它们在不同的应用领域都发挥着重要的作用。
本文将介绍直流电源和交流电源的原理、特点以及它们的应用。
一、直流电源1.1 原理直流电源是指输出的电流方向始终保持一致的电源。
它的工作原理基于直流电能的转换和稳定。
直流电源通常由直流电源适配器(DC Power Adapter)、直流电池和直流发电机构成。
直流电源的工作原理与其组成部分紧密相关。
直流电源适配器可以将交流电转换为直流电,常用于家庭和办公环境中的小型电子设备。
直流电池则是一种能够存储电能并输出直流电的装置,常用于移动设备和车辆的电力供应。
直流发电机是一种利用磁场转换机械能为直流电能的设备,常用于工业生产中的电力供应。
1.2 特点直流电源具有以下几个特点:1.2.1 稳定性直流电源的输出电流方向始终保持一致,因此具有较好的稳定性。
这使得直流电源非常适合对电流稳定性要求较高的应用,如电子元器件的供电。
1.2.2 低噪声由于直流电源的输出电流方向始终一致,所以其输出电流一般不会产生过多的噪声。
这使得直流电源在对噪声敏感的应用中非常有用,如音频设备的供电。
1.2.3 可控性直流电源的输出电流可以通过控制电源的电压和电流来实现对输出电流的精确控制。
这种可控性使得直流电源在对电流控制要求较高的应用中具有重要意义,如电子设备的调试和实验室研究。
1.3 应用直流电源在各个领域中都有广泛的应用。
以下是几个常见的应用领域:1.3.1 电子设备直流电源广泛应用于各种电子设备中,如计算机、手机、平板电脑等。
直流电源的稳定性和可控性使得这些设备能够正常工作,并且输出电流满足设备的工作要求。
1.3.2 动力系统直流电源被广泛应用于各种动力系统中,如电动车、电动船等。
直流电池作为动力供应装置,能够提供持续的电力,满足动力系统的工作要求。
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,γi 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γmin ) ,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, βinv 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
γ2
=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.
i1
i1
1K sT +PI
d_inv
I π
d_ref
I +
-
-
+
inv βinv
α)
(︒30min βmax 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。
sT
G
+1di
V di
I +
sT
G +1*0.01
+ 低压限流
VDCOL 后的最大允许电流
MIN
电流整定值
Ides
Id_ref
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
1.对于直流输电线路而言是不需要无功补偿的。
原因如下:以交流形式传输电附:
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.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
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[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。