高壓直流輸電

1、高壓直流輸電HVDC的主要元件和基本原理一、主要元件T TT XdT FT QcT LT DLT 基本原理交流母線交流系統(tǒng) I無功補(bǔ)償設(shè)備交 流濾波器直流線路Vd I 換流站I平波電抗器直 流濾波器橋I交流母線換 流變壓器斷路器橋II圖1.1 HVDC原理圖換流站II 交流系統(tǒng) I I無功補(bǔ)償設(shè)備交 流濾波器換 流變壓器Vd II 換流器（converter） 將交流電轉(zhuǎn)換成直流電,或者將直流電轉(zhuǎn)換成交流電的設(shè)備。 HVDC的主要元件其中， 整流器（Rectifier）-將交流電轉(zhuǎn)換成直流電的換流器。 逆變器（Inverter）-將直流電轉(zhuǎn)換成交流電的換流器。圖1.2 三相全波橋式換流電路原理

2、圖MNV1V3V5V4V6V2ABC單橋Graetz橋正 極共陰極負(fù) 極共陽極橋臂/閥臂/閥橋交流端上 半 橋 / 共陰極半橋下 半 橋 / 共陽極半橋晶閘管AM 橋臂組成方式： 晶閘管串聯(lián)AM 晶閘管（串）并聯(lián) 橋臂特點(diǎn)： 均壓 均流電壓：5.59kV電流：1.23.5kAR 主電路T thyristorT valve 12T T 晶閘管（ Thyristor ） 特點(diǎn)： 單向?qū)щ?可控導(dǎo)通KAG 導(dǎo)通的充要條件： 正向電壓0 控制電流脈沖 可靠關(guān)斷的充要條件： 正向電流0 正向電壓0， 且持續(xù)一段時(shí)間R 串聯(lián)T thyristor 12作用: 使HVDC系統(tǒng)建立自己的對地參考點(diǎn) 換流變壓器

3、(Converter Transformer) 向換流器提供適當(dāng)?shù)燃?jí)的不接地三相電壓源設(shè)備特點(diǎn): 接線方式： Y0/Y, Y0/， Y0/Y/ 減小注入系統(tǒng)的諧波R 主電路 短路電抗大： 1520% 噪聲大T T 作用: 減小注入直流系統(tǒng)的諧波 平波電抗器（Smoothing Reactor） 減小換相失敗的幾率R 主電路參數(shù): 0.271.5H (架空線) 12200mH (電纜線) 限制直流短路電流峰值 防止輕載時(shí)直流電流間斷T Xd種類:交流濾波器， 直流濾波器 濾波器（Filter） 減小注入交、直流系統(tǒng)諧波的設(shè)備R 主電路有源、無源濾波器無源濾波器: 單調(diào)諧濾波器 雙調(diào)諧濾波器 高通

4、濾波器種類:無源類： 電容器 無功補(bǔ)償設(shè)備（Reactive Power Campensitor） R 主電路有源類： （同步）調(diào)相機(jī)，SVC作用: 提供換流器所需要的無功功率，減小換流器與系統(tǒng)的無功交換。換流器吸收無功功率： 3050%Pd (整流器)4060%Pd (逆變器)種類:架空線路電纜線路 直流線路（DC Line） R 主電路 交流斷路器（Breaker） 使HVDC完全退出運(yùn)行T Line 從交流系統(tǒng)向交流系統(tǒng)輸電時(shí)，換流站把交流系統(tǒng)送來的三相交流功率變換成直流功率。通過直流輸電線路把直流功率輸送到換流站，再由換流站將直流功率轉(zhuǎn)換成交流功率，送入交流系統(tǒng) 。這個(gè)過程稱作HVDC

5、。 此時(shí)換流站為整流站，換流站為逆變站。二、HVDC的基本原理R 主電路 Id計(jì)算公式： 整流站輸送功率： 逆變站接受的功率： 直流線損：R 主電路 描述整流器工作方式的幾個(gè)角度： =觸發(fā)延遲角 =疊弧角（換相角） =熄弧延遲角= +描述逆變器工作方式的幾個(gè)角度： =觸發(fā)超前角= - =熄弧超前角= - =疊弧角= - = - 二、HVDC的基本原理換流方程 整流側(cè)逆變側(cè)二、HVDC的基本原理 HVDC系統(tǒng)的控制一、直流系統(tǒng)的控制要求具有下列基本功能：1、減小由于交流系統(tǒng)電壓的變化而引起的直流電流波動(dòng)。 2、限制最大直流電流，防止換流器受到過載損害；限制最小直流電流，避免電流間斷而引起過電壓。

6、3、盡量減小逆變器發(fā)生換相失敗的概率。 4、適當(dāng)?shù)販p小換流器所損耗的無功功率。 1.5、正常運(yùn)行時(shí)，直流電壓保持在額定值水平，使得當(dāng)輸送給定功率時(shí)線路的功率損耗適當(dāng)。 二、基本控制方式 整流器采用定電流控制和限制控制 逆變器采用恒定熄弧角（CEA）控制和電流控制 直流輸電系統(tǒng)中，由于換流器的非線性特性，在交流系統(tǒng)和直流系統(tǒng)中將出現(xiàn)諧波電壓和電流。而交直流系統(tǒng)間的諧波相互滲透、相互影響，使得諧波問題的研究變得異常復(fù)雜在一些理想化的假設(shè)條件下，換流站網(wǎng)側(cè)的三相電流和直流側(cè)電壓中的諧波，其次數(shù)和特性比較規(guī)律，它們統(tǒng)稱為特征諧波對于一個(gè)換流橋來說，在交流側(cè)產(chǎn)生pn1(p為脈波數(shù)，n為正整數(shù))次特征諧波

7、，而在直流側(cè)產(chǎn)生pn次特征諧波。 諧波及濾波器各種各樣的不對稱，如不等間隔的觸發(fā)脈沖、母線電壓不對稱和相間換相電抗的不對稱，將產(chǎn)生額外的諧波，即“非特征諧波” 目前抑制諧波最廣泛采用的方法是裝設(shè)濾波器。近年來，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了新型諧波補(bǔ)償裝置有源電力濾波器。這種濾波器即使在諧波頻率迅速變化時(shí)，也能產(chǎn)生相應(yīng)的補(bǔ)償電流，并可根據(jù)需要對無功功率進(jìn)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)償。這是一種非常理想、很有前途的補(bǔ)償裝置。 諧波及濾波器 短路比與有效短路比 無功問題 與低有效短路比系統(tǒng)有關(guān)的問題交直流系統(tǒng)的相互作用換相失?。涸趽Q相電壓反向（具有足夠的去游離裕度）之前未能完成換相的故障換相失敗不是由于閥的誤操作引起

8、的，而是外部條件引起的。換相失敗對于逆變器來說更為普遍，往往在大直流電流低交流電壓等擾動(dòng)時(shí)發(fā)生。僅當(dāng)觸發(fā)電路故障時(shí)，整流器才會(huì)發(fā)生換相失敗故障 HVDC輸電系統(tǒng)的分類 一、兩端HVDC輸電系統(tǒng)： 由兩個(gè)換流站組成的直流輸電系統(tǒng)。類型：兩端直流輸電系統(tǒng)，多端直流輸電系統(tǒng) 類型：單極類雙極類同極類背靠背T SPT SPT SPT SP 單極類：一線一地制、兩線制 一線一地制 兩線制IdId 雙極類：兩線一地制、兩線制、三線制 兩線一地制 兩線制 三線制IdId 同極類：兩線一地制、三線制 三線制IdId 背靠背(Back-to-Back)：單極類、雙極類、同極類：沒有直流線路的HVDC系統(tǒng)。 適用

9、性 兩個(gè)不同額定頻率交流系統(tǒng)的互聯(lián)舉例： 1972年，加拿大，HVDC首次全部采用晶閘管元件新不倫威克省魁北克省水電站280kV, 2 160MW背靠背 1965年,日本，sakuma工程： 2125kV,300MW,1200A, 50/60HzT BtB圖 背靠背(B-t-B) ： 1991.7,潘家口抽水蓄能電站-我國第一個(gè)抽水蓄能電站： 10kV,60MW,50/3862HzG： 150MWG/M： 90MWSFC： 60MWG/MG/MG/MGSFC電力系統(tǒng)10kV10kV- Static Frequency Converter 雙端HVDC系統(tǒng)典型設(shè)計(jì)方案 ：雙極雙橋如： 葛上工程

10、天廣工程 三常工程 靈寶工程 貴廣工程葛上HVDC系統(tǒng)圖：209kVIdId500kV500kV500kV198kV葛洲壩220kV南 橋二、多端HVDC輸電系統(tǒng)（MTDC-Multi-Terminal DC) 由兩個(gè)以上換流站組成的HVDC輸電系統(tǒng)。 分類： （恒電流）串聯(lián)-多個(gè)換流站串聯(lián)于直流網(wǎng)絡(luò)中，公共電流流經(jīng)所有換流站。 （恒電壓）并聯(lián)-多個(gè)換流器并聯(lián)接于同一個(gè)公共電壓端上的MTDC。 （恒電壓）并聯(lián)式MTDC 分類： (1) 輻射狀直流網(wǎng)絡(luò)型-HVDC網(wǎng)絡(luò)呈輻射形狀的并聯(lián)式MTDC(2) 網(wǎng)狀直流網(wǎng)絡(luò)型-HVDC網(wǎng)絡(luò)呈環(huán)網(wǎng)形狀的并聯(lián)式MTDC(1)輻射狀直流網(wǎng)絡(luò)型MTDC-并聯(lián)式交流系統(tǒng)交流系統(tǒng)1432（a）系統(tǒng) 原 理 圖（b）換流站 原理圖124+_3(2)網(wǎng)狀直流網(wǎng)絡(luò)型MTDC-并聯(lián)式4（a）系統(tǒng) 原 理 圖系統(tǒng)2 系統(tǒng)13（b）換流站 原理圖24+13 （恒電流）串聯(lián)式MTDC系統(tǒng)系統(tǒng)1432（a）系統(tǒng) 原 理 圖（b）換流站 原理圖 IdIdIdId晶閘管- 8kV (-9kV)- 2kA- 5 inch wafer晶閘管R 閥單元政平換流站閥塔R 均壓示意圖C1R2R