特高壓直流輸電工程一次系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述

特高壓直流輸電工程

一次系統(tǒng)設(shè)計(jì).11特高壓直流輸電工程一次系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述第1頁(yè)1．直流輸電技術(shù)1．1世界直流技術(shù)發(fā)展過(guò)程(1)汞弧閥換流時(shí)期世界上共有12項(xiàng)采取汞弧閥換流直流工程投入運(yùn)行。其中最大輸送容量和最長(zhǎng)輸送距離為美國(guó)太平洋聯(lián)絡(luò)線(xiàn)(1440MW、1362km)，最高輸電電壓為加拿大納爾遜河I期工程(±450kV)。這一時(shí)期可稱(chēng)為汞弧閥換流時(shí)期。特高壓直流輸電工程一次系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述第2頁(yè)(2)晶閘管閥換流時(shí)期1970年瑞典首先在哥特蘭島直流工程上擴(kuò)建了直流電壓為50kv，功率為10MW，采取晶閘管換流閥試驗(yàn)工程。1972年世界上第一個(gè)采取晶閘管換流伊爾河背靠背直流工程在加拿大投入運(yùn)行。因?yàn)榫чl管換流閥比汞弧閥有顯著優(yōu)點(diǎn)，今后新建直流工程均采取晶閘管換流閥。與此同時(shí)，原來(lái)采取汞弧閥直流工程也逐步被晶閘管閥所替換。特高壓直流輸電工程一次系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述第3頁(yè)(3)新型半導(dǎo)體換流設(shè)備應(yīng)用20世紀(jì)90年代以后，新型氧化物半導(dǎo)體器件一絕緣柵雙極晶體管(IGBT)首先在工業(yè)驅(qū)動(dòng)裝置上得到廣泛應(yīng)用。1954—，世界上已投入運(yùn)行直流輸電工程有63項(xiàng)，其中架空線(xiàn)路17項(xiàng)，電纜線(xiàn)路8項(xiàng)，架空線(xiàn)和電纜混合線(xiàn)路12項(xiàng)，背靠背直流工程26項(xiàng)。特高壓直流輸電工程一次系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述第4頁(yè)1．2直流基本原理和主要部件組成1）直流輸電工程系統(tǒng)組成直流輸電工程系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可分為兩端（或端對(duì)端）直流輸電系統(tǒng)和多端直流輸電系統(tǒng)兩大類(lèi)。兩端直流輸電系統(tǒng)是只有一個(gè)整流站（送端）和一個(gè)逆變站（受端）直流輸電系統(tǒng)，即只有一個(gè)送端和一個(gè)受端，它與交流系統(tǒng)只有兩個(gè)連接端口，是結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單直流輸電系統(tǒng)。多端直流輸電系統(tǒng)與交流系統(tǒng)有三個(gè)或三個(gè)以上連接端口，它有三個(gè)或三個(gè)以上換流站。特高壓直流輸電工程一次系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述第5頁(yè)2）換流站基本換流單元直流輸電換流站由基本換流單元組成，基本換流單元是在換流站內(nèi)允許獨(dú)立運(yùn)行，進(jìn)行換流換流系統(tǒng)，主要包含換流變壓器、換流器、對(duì)應(yīng)交流濾波器和直流濾波器以及控制保護(hù)裝置等。當(dāng)前工程上所采取基本換流單元有6脈動(dòng)換流單元和12脈動(dòng)換流單元兩種。特高壓直流輸電工程一次系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述第6頁(yè)1．3直流應(yīng)用和工程類(lèi)型1.3.1直流輸電應(yīng)用直流輸電應(yīng)用場(chǎng)所可分為以下兩大類(lèi)型。1)采取交流輸電在技術(shù)上有困難或不可能，而只能采取直流輸電場(chǎng)所，如不一樣頻率(如50Hz、60Hz)電網(wǎng)之間聯(lián)網(wǎng)或向不一樣頻率電網(wǎng)送電；因穩(wěn)定問(wèn)題采取交流輸電難以實(shí)現(xiàn)；遠(yuǎn)距離電纜送電，采取交流電纜因電容電流太大而無(wú)法實(shí)現(xiàn)等。2)在技術(shù)上采取兩種輸電方式均能實(shí)現(xiàn)，但采取直流輸電比交流輸電技術(shù)經(jīng)濟(jì)性好。對(duì)于這種情況則需要對(duì)工程輸電方案進(jìn)行比較和論證，最終依據(jù)比較結(jié)果選擇術(shù)經(jīng)濟(jì)性能優(yōu)越方案。特高壓直流輸電工程一次系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述第7頁(yè)當(dāng)前直流輸電應(yīng)用主要在以下幾個(gè)方面。(1)遠(yuǎn)距離大容量輸電直流輸電線(xiàn)路造價(jià)和運(yùn)行費(fèi)用均交流輸電低，而換流站造價(jià)和運(yùn)行用均比交流變電所高。特高壓直流輸電工程一次系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述第8頁(yè)特高壓直流輸電工程一次系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述第9頁(yè)(2)電力系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)(a)直流聯(lián)網(wǎng)為非同時(shí)聯(lián)網(wǎng)，這與采取交流同時(shí)聯(lián)網(wǎng)有本質(zhì)不同。非同時(shí)聯(lián)網(wǎng)被聯(lián)電網(wǎng)可用各自頻率非同時(shí)獨(dú)立運(yùn)行，可保持各個(gè)電網(wǎng)自己電能質(zhì)量（如頻率、電壓）而不受聯(lián)網(wǎng)影響。采取交流同時(shí)聯(lián)網(wǎng)，必須在同一頻率下同時(shí)運(yùn)行。(b)被聯(lián)電網(wǎng)間交換功率，能夠用直流輸電控制系統(tǒng)進(jìn)行快速、方便地控制，而受被聯(lián)電網(wǎng)運(yùn)行條件影響，便于經(jīng)營(yíng)和管理。采取交流聯(lián)網(wǎng)，則聯(lián)絡(luò)線(xiàn)上功率受兩電網(wǎng)運(yùn)行情況影響而極難進(jìn)行控制。特高壓直流輸電工程一次系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述第10頁(yè)(c)聯(lián)網(wǎng)后不增加被聯(lián)電網(wǎng)短路容量，不需要考慮因短路容量增加、斷路器因遮斷容量不夠而需要更換、以及電纜需要采取限流辦法等問(wèn)題。(d）能夠方便地利用直流輸電快速控制來(lái)改進(jìn)交流電網(wǎng)運(yùn)行性能，降低故障時(shí)兩電網(wǎng)相互影響，提升電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定性，降低大電網(wǎng)大面積停電概率，提升大電網(wǎng)運(yùn)行可靠性。特高壓直流輸電工程一次系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述第11頁(yè)當(dāng)前在工程中所采取直流聯(lián)網(wǎng)有以下兩種類(lèi)型:1)背靠背直流聯(lián)網(wǎng)其特點(diǎn)是整流和逆變放在一個(gè)背靠背換流站內(nèi)；無(wú)直流輸電線(xiàn)路；可選擇低直流電壓和較小平波電抗值；可省去直流濾波器，從而降低了換流站造價(jià)。另外，它還能夠比遠(yuǎn)距離直流輸電更為方便地調(diào)整換流站無(wú)功功率，來(lái)改進(jìn)被聯(lián)電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性。對(duì)于電力系統(tǒng)之間弱聯(lián)絡(luò)，采取背靠背聯(lián)網(wǎng)更為有利。特高壓直流輸電工程一次系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述第12頁(yè)2)遠(yuǎn)距離大容量直流輸電同時(shí)又含有聯(lián)網(wǎng)性質(zhì)當(dāng)電力系統(tǒng)大型電站需要向其它電網(wǎng)遠(yuǎn)離電站負(fù)荷中心送電時(shí)，能夠利用直流輸電在遠(yuǎn)距離輸電和聯(lián)網(wǎng)方面優(yōu)點(diǎn)，選擇這種類(lèi)型輸電方式。中國(guó)三峽電站向華東和廣東送電，均屬于這種類(lèi)型，它既處理了三峽向華東和廣東送電問(wèn)題，又實(shí)現(xiàn)了華中與華東和華中與華南電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)問(wèn)題，在全國(guó)聯(lián)網(wǎng)中起了主要作用。特高壓直流輸電工程一次系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述第13頁(yè)3)直流電纜送電直流電纜沒(méi)有電容電流，輸送容量不受距離限制，而交流電纜因?yàn)殡娙蓦娏骱艽?，其輸送距離將受到限制。交流電纜每相電容電流可用下式表示

(1—1)其臨界距離可用下式表示

(km)(1—2)由上式可知，交流電纜臨界輸送距離與其所允許負(fù)荷電流成正比，而與其額定電壓和單位長(zhǎng)度電容成反比，其額定電壓越高，單位長(zhǎng)度電容越大，則臨界距離越短。特高壓直流輸電工程一次系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述第14頁(yè)4)現(xiàn)有交流輸電線(xiàn)路增容改造一些地域高壓架空線(xiàn)路走廊選擇越來(lái)越困難。直流輸電輸電密度比交流輸電高，改建現(xiàn)有交流輸電線(xiàn)路為直流輸電線(xiàn)路是利用已經(jīng)有線(xiàn)路走廊，提升輸電能力值得考慮方法。5)輕型直流輸電(HVDCLight)輕型直流輸電是20世紀(jì)90年代開(kāi)始發(fā)展一個(gè)新型直流輸電工程。它采取脈寬調(diào)制(PWM)技術(shù)，應(yīng)用絕緣柵雙極晶體管(1GBT)組成電壓源換流器進(jìn)行換流。因?yàn)檫@種換流器功效強(qiáng)、體積小，可降低換流站設(shè)備、簡(jiǎn)化換流站結(jié)構(gòu)，從而稱(chēng)之為輕型直流輸電。特高壓直流輸電工程一次系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述第15頁(yè)2.

直流輸電工作原理

主要由換流站（整流站和逆變站）、直流線(xiàn)路、交流側(cè)和直流側(cè)電力濾波器、無(wú)功賠償裝置、換流變壓器、直流電抗器以及保護(hù)、控制裝置等組成（見(jiàn)圖直流輸電系統(tǒng)基本組成）。其中換流站是直流輸電系統(tǒng)關(guān)鍵，它完成交流和直流之間變換。特高壓直流輸電工程一次系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述第16頁(yè)2.

直流輸電工作原理

整流器工作原理滯后角（觸發(fā)角）整流器電壓

逆變器工作原理?yè)Q相過(guò)程（換相角）和熄弧角逆變器電壓特高壓直流輸電工程一次系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述第17頁(yè)

換流器工作原理單6脈動(dòng)橋等值電路特高壓直流輸電工程一次系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述第18頁(yè)

交流電壓特高壓直流輸電工程一次系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述第19頁(yè)6脈動(dòng)橋?qū)皳Q相過(guò)程特高壓直流輸電工程一次系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述第20頁(yè)

觸發(fā)延遲角：假如在閥上施加觸發(fā)脈沖時(shí)刻比自然換相點(diǎn)C1延遲一個(gè)相位角，那么這個(gè)相位角就是觸發(fā)延遲角。經(jīng)過(guò)改變觸發(fā)延遲角，整流側(cè)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)直流電壓控制。換流器實(shí)質(zhì)是6個(gè)可控電子開(kāi)關(guān)，在觸發(fā)脈沖控制下輪番將直流側(cè)接到三相交流電源某兩相上，從而將交流變成直流。特高壓直流輸電工程一次系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述第21頁(yè)

直流電壓波形特高壓直流輸電工程一次系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述第22頁(yè)

換流器功率因數(shù)角換流器總是存在滯后功率因數(shù)，所以在工作過(guò)程中要消耗大量無(wú)功。特高壓直流輸電工程一次系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述第23頁(yè)單橋等值電路：為了確保正常觸發(fā)，觸發(fā)角不能太小，但觸發(fā)角太大將增加換流器無(wú)功損耗。通常觸發(fā)角為12.5~17.5度。特高壓直流輸電工程一次系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述第24頁(yè)

逆變器工作原理?yè)Q流器作為逆變器運(yùn)行必須滿(mǎn)足以下3個(gè)條件：整流器空載電壓大于逆變器空載電壓，且二者方向相反；逆變器也必須由交流系統(tǒng)提供換相電流，以實(shí)現(xiàn)逆變器橋閥按照正確次序換相。在逆變器橋閥次序?qū)〞r(shí)候，把直流電流送入逆變器所連接交流系統(tǒng)三相中；要有足夠大超前關(guān)斷角，以確保換流閥可靠觸發(fā)。特高壓直流輸電工程一次系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述第25頁(yè)

逆變器閥電壓和直流電壓特高壓直流輸電工程一次系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述第26頁(yè)

多橋換流器多橋換流器通常由偶數(shù)個(gè)橋串聯(lián)組成，每2個(gè)橋組成1個(gè)雙橋。每個(gè)雙橋中2個(gè)橋分別由相位相差30度2組交流電源供電。2組交流電源能夠由接線(xiàn)為Y/Y,Y/delta2組換流變壓器得到。因?yàn)槎呓涣飨辔幌嗖?0度，得到直流電壓是12脈動(dòng)。在直流電流中，僅含有12k±1次特征諧波。特高壓直流輸電工程一次系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述第27頁(yè)直流系統(tǒng)接線(xiàn)：整流側(cè)+逆變側(cè)特高壓直流輸電工程一次系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述第28頁(yè)3直流輸電設(shè)備直流場(chǎng):直流開(kāi)關(guān)刀閘/母線(xiàn)/平波電抗/直流濾波器/直流電壓電流測(cè)量/直流出線(xiàn)/交流場(chǎng):開(kāi)關(guān)刀閘/母線(xiàn)/交流進(jìn)線(xiàn)/避雷器換流變壓器/交流濾波器/阻波器/電壓電流測(cè)量/閥廳:換流閥/刀閘繼電器小室:交流保護(hù)/交流場(chǎng)濾波器場(chǎng)測(cè)控及保護(hù)/控制室:直流極控閥控系統(tǒng)/SCADA系統(tǒng)/空調(diào)/消防/站用電/閥內(nèi)水冷系統(tǒng)/特高壓直流輸電工程一次系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述第29頁(yè)

換流閥是換流站中主要設(shè)備，它作用是把交流電力變成直流電力，或者實(shí)現(xiàn)逆變換。早期直流工程多采取汞弧閥，伴隨電力電子工業(yè)發(fā)展，晶閘管閥逐步取代了汞弧閥。依據(jù)觸發(fā)方式不一樣，晶閘管閥又可分為電觸發(fā)晶閘管換流閥和光觸發(fā)晶閘管換流閥。晶閘管閥有空氣絕緣和油絕緣兩種，空氣絕緣占主導(dǎo)地位?？諝饨^緣閥有風(fēng)冷、循環(huán)油冷和水冷等冷卻方式，其中以水冷效果最好。3.各設(shè)備特點(diǎn)和作用換流閥特高壓直流輸電工程一次系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述第30頁(yè)直流輸電設(shè)備:晶閘管換流閥TCUTCUTCUTCU特高壓直流輸電工程一次系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述第31頁(yè)可控硅特征觸發(fā)角=18度觸發(fā)角=108度觸發(fā)角=162度特高壓直流輸電工程一次系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述第32頁(yè)直流輸電設(shè)備:換流變特高壓直流輸電工程一次系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述第33頁(yè)大型直流輸電系統(tǒng)換流變壓器通常采取單相雙繞組結(jié)構(gòu)。特點(diǎn)和作用：換流變壓器隔離交、直流系統(tǒng)，防止直流電壓進(jìn)入交流系統(tǒng)。提供換流閥所需可控交流電壓。限制故障時(shí)短路電流和控制換向期間閥電流上升。用于提供相差30度電氣角兩個(gè)閥橋電源，降低低次諧波尤其是5次及7次諧波。特高壓直流輸電工程一次系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述第34頁(yè)適當(dāng)短路電抗（15%－18%）。足夠直流偏磁電流耐受能力。足夠交、直流混合電壓耐受能力。足夠諧波耐受能力。特點(diǎn)和作用：換流變壓器因?yàn)閾Q流變作用和運(yùn)行條件與普通電力變壓器不一樣，所以它在絕緣結(jié)構(gòu)、短路阻抗、直流偏磁、噪音和試驗(yàn)等方面有其與電力變壓器不一樣特點(diǎn)：特高壓直流輸電工程一次系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述第35頁(yè)特點(diǎn)和作用：交流濾波器

濾除換流器產(chǎn)生諧波，將流入交流系統(tǒng)諧波電波限制在允許范圍以?xún)?nèi)。為換流站提供無(wú)功賠償。特高壓直流輸電工程一次系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述第36頁(yè)直流輸電設(shè)備:交直流濾波器濾波器總電流濾波器母線(xiàn)電壓并聯(lián)諧振支路電壓電阻支路電流交流濾波器:濾波/無(wú)功賠償特高壓直流輸電工程一次系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述第37頁(yè)特點(diǎn)和作用：交流濾波器特高壓直流輸電工程一次系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述第38頁(yè)特點(diǎn)和作用：交流濾波器特高壓直流輸電工程一次系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述第39頁(yè)特點(diǎn)和作用：直流濾波器及中性母線(xiàn)電容器直流濾波器經(jīng)過(guò)減小直流側(cè)諧波，降低直流線(xiàn)路對(duì)通信干擾。直流濾波器可采取雙調(diào)諧、三調(diào)諧濾波器，調(diào)諧頻率普通為12/24/36。中性母線(xiàn)電容器與變壓器雜散電容組成回路，限制中性母線(xiàn)上3倍頻諧波分量。特高壓直流輸電工程一次系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述第40頁(yè)特高壓直流輸電工程一次系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述第41頁(yè)

限制直流電流突變，減小換相失敗可能性。當(dāng)直流線(xiàn)路故障時(shí)，在整流側(cè)調(diào)整器作用配合下，限制短路電流峰值。同時(shí)還可限制線(xiàn)路和裝在線(xiàn)路端設(shè)備并聯(lián)電容經(jīng)過(guò)逆變器放電電流。減小直流線(xiàn)路中電壓和電流諧波分量。預(yù)防換流閥雷電過(guò)電壓。防止直流側(cè)諧振。特點(diǎn)和作用：平波電抗器采取干式或油浸式平波電抗器（270mH）：特高壓直流輸電工程一次系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述第42頁(yè)特點(diǎn)和作用：直流PLC及RI濾波器

換流閥在開(kāi)經(jīng)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生高頻干擾，為了限制直流系統(tǒng)無(wú)線(xiàn)電干擾（0.5MHz－20MHz）以及對(duì)電力載波和通信明線(xiàn)干擾（30kHz－500kHz），在換流站內(nèi)裝設(shè)了PLC和RI濾波器。

特高壓直流輸電工程一次系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述第43頁(yè)特點(diǎn)和作用：測(cè)量裝置

中性線(xiàn)直流電流測(cè)量采取零磁通電流測(cè)量裝置。處于高電位電流測(cè)量采取光電式電流互感器：直流極線(xiàn)電流測(cè)量，采取分流器或分流器＋羅可夫斯基線(xiàn)圈結(jié)構(gòu)。直流濾波器高壓端電流測(cè)量，采取羅可夫斯基線(xiàn)圈或CT。直流濾波器不平衡電流測(cè)量，采取分流器。交流濾波器高壓端電流測(cè)量，采取CT。交流濾波器不平衡電流測(cè)量，采取分流器。特高壓直流輸電工程一次系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述第44頁(yè)直流輸電設(shè)備:直流測(cè)量裝置特高壓直流輸電工程一次系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述第45頁(yè)特點(diǎn)和作用：直流高速開(kāi)關(guān)

為了使直流開(kāi)關(guān)也能有效開(kāi)斷直流電流，當(dāng)前使用較多方法就是利用一個(gè)L－C串聯(lián)電路對(duì)主觸頭間弧道放電產(chǎn)生振蕩電流，迭加在將被斷開(kāi)直流電流上，造成過(guò)零點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)滅弧。特高壓工程中使用是無(wú)源直流開(kāi)關(guān)。特高壓直流輸電工程一次系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述第46頁(yè)特點(diǎn)和作用：直流高速開(kāi)關(guān)中性母線(xiàn)高速開(kāi)關(guān)

在每站每極中性母線(xiàn)上都安裝了中性母線(xiàn)高速開(kāi)關(guān)。其功效是開(kāi)斷極或線(xiàn)路任何故障造成直流故障電流。

特高壓直流輸電工程一次系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述第47頁(yè)金屬回線(xiàn)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)普通安裝在整流側(cè)。其功效是將直流電流從低阻抗大地回路轉(zhuǎn)換到高阻抗金屬回路。金屬返回開(kāi)關(guān)普通安裝在整流側(cè)。其功效是將直流電流從高阻抗金屬回路轉(zhuǎn)換到高阻抗大地回路。高速接地開(kāi)關(guān)

整流站和逆變站都配置。其功效是在雙極運(yùn)行條件下，當(dāng)失去接地極時(shí)，快速將中性母線(xiàn)接至站內(nèi)接地網(wǎng)。該開(kāi)關(guān)需具備將雙極運(yùn)行不平衡電流轉(zhuǎn)換到暫時(shí)接地極能力。

特點(diǎn)和作用：低壓直流高速開(kāi)關(guān)特高壓直流輸電工程一次系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述第48頁(yè)換流器高速旁路開(kāi)關(guān)12P旁路開(kāi)關(guān)屬于±800kV直流輸電系統(tǒng)特有斷路器。旁路開(kāi)關(guān)通常情況下處于分閘狀態(tài)，當(dāng)某極1個(gè)12脈動(dòng)橋閥及從屬系統(tǒng)發(fā)生故障，或計(jì)劃?rùn)z修時(shí)，將此12脈動(dòng)閥組短路并操作與其配套隔離開(kāi)關(guān)，使此12脈動(dòng)閥組退出運(yùn)行，確保該極無(wú)故障另1個(gè)12p閥組繼續(xù)運(yùn)行，同時(shí)將故障閥組隔離方便維修。當(dāng)故障閥組修復(fù)工作完成后，斷開(kāi)旁路開(kāi)關(guān)并操作與其配套隔離開(kāi)關(guān)使已修復(fù)閥組重新投入運(yùn)行。特高壓直流輸電工程一次系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述第49頁(yè)非故障情況下正常退出1個(gè)12P閥組IdS1S3BS2

a、最初運(yùn)行狀態(tài)如圖所表示。12P閥組正常運(yùn)行，S2、S3處于合閘狀態(tài)，S1處于打開(kāi)狀態(tài)，旁路開(kāi)關(guān)B處于打開(kāi)狀態(tài)。12P閥組正常運(yùn)行特高壓直流輸電工程一次系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述第50頁(yè)b、開(kāi)始退出1個(gè)12P閥組時(shí)序，逐步降低/升高換流器觸發(fā)角度至90°左右，使12脈動(dòng)換流閥組兩端電壓降為零，閉合旁路開(kāi)關(guān)B，此時(shí)電流同時(shí)流過(guò)換流器和斷路器B。其狀態(tài)如圖所表示。電流同時(shí)流過(guò)12P閥組和旁路開(kāi)關(guān)特高壓直流輸電工程一次系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述第51頁(yè)IdS1S3S2B

c、將此12P閥組電流參考值逐步降為零，不投旁通對(duì)閉鎖換流器。其狀態(tài)如圖所表示。電流僅流過(guò)旁路開(kāi)關(guān)特高壓直流輸電工程一次系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述第52頁(yè)S1S3S2BId

d、閉合隔離開(kāi)關(guān)S1，斷開(kāi)斷路器B，斷開(kāi)隔離開(kāi)關(guān)S2、S3，12脈動(dòng)換流器正常退出運(yùn)行。其狀態(tài)如圖所表示。電流僅流過(guò)S1支路特高壓直流輸電工程一次系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述第53頁(yè)

在換流變壓器或者換流閥等故障情況，經(jīng)過(guò)12脈動(dòng)換流器旁路開(kāi)關(guān)操作，能夠快速退出12脈動(dòng)換流器，而不影響另一個(gè)12脈動(dòng)換流器運(yùn)行，系統(tǒng)進(jìn)入不對(duì)稱(chēng)運(yùn)行狀態(tài)。詳細(xì)控制次序以下：故障情況下緊急退出1個(gè)12P閥組特高壓直流輸電工程一次系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述第54頁(yè)a、12脈動(dòng)閥組或與其連接換流變壓器發(fā)生故障后，投入12脈動(dòng)換流閥組旁通對(duì)，閉鎖換流器。其狀態(tài)如圖8所表示。IdS1S3Bb、旁路開(kāi)關(guān)B閉合，然后閉鎖投入12脈動(dòng)換流閥組旁通對(duì)。c、閉合S1，斷開(kāi)旁路開(kāi)關(guān)B和隔離開(kāi)關(guān)S2、S3，使12脈動(dòng)換流閥組退出運(yùn)行。12P閥組投入旁通對(duì)特高壓直流輸電工程一次系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述第55頁(yè)a、初始狀態(tài)為12脈動(dòng)閥組處于閉鎖狀態(tài)，沒(méi)有直流電流流過(guò)；b、閉合旁路開(kāi)關(guān)B，打開(kāi)S1，閉合S2和S3，電流僅流過(guò)旁路開(kāi)關(guān)支路；c、160度觸發(fā)角解鎖12脈動(dòng)閥，使它處于逆變運(yùn)行狀態(tài)；d、降低觸發(fā)角到90度左右，流過(guò)旁路開(kāi)關(guān)電流，因?yàn)殡娏骷y波產(chǎn)生電流過(guò)零，發(fā)給旁路開(kāi)關(guān)開(kāi)斷指令，電弧熄滅，開(kāi)斷成功，電流完全轉(zhuǎn)到12P閥組；e、調(diào)整觸發(fā)角，使12脈動(dòng)閥進(jìn)入正常運(yùn)行。將1個(gè)12P閥組正常投入運(yùn)行特高壓直流輸電工程一次系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述第56頁(yè)直流控制保護(hù)系統(tǒng)換流閥觸發(fā)脈沖模擬量測(cè)量交直流開(kāi)關(guān)操作/換流變分接頭位置調(diào)整/風(fēng)扇和泵啟停I/OUnit特高壓直流輸電工程一次系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述第57頁(yè)直流輸電設(shè)備:直流控制系統(tǒng)變壓器分接頭控制和電流控制器配合： CFC TCC整流器ID ALPHA 逆變器 GAMMA UD特高壓直流輸電工程一次系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述第58頁(yè)多端直流互聯(lián)風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)海上鉆井平臺(tái)/孤島供電電網(wǎng)互聯(lián)/電力交易太陽(yáng)能發(fā)電并網(wǎng)特大城市供電直流技術(shù)熱點(diǎn)研究——柔性直流特高壓直流輸電工程一次系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述第59頁(yè)

金塘島舟山島岱山島秀山衢山泗礁小洋山大洋山定海站岱山站衢山站洋山站泗礁站正在開(kāi)展柔性直流工程1.大連±320kV柔性直流工程

額定容量1000MW2.舟山±200kV五端柔性直流工程額定容量400MW

（見(jiàn)右圖）直流技術(shù)熱點(diǎn)研究——柔性直流特高壓直流輸電工程一次系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述第60頁(yè)直流技術(shù)熱點(diǎn)研究

特高壓直流接入特高壓交直流特高壓直流輸電工程一次系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述第61頁(yè)直流技術(shù)熱點(diǎn)研究

特高壓直流接入特高壓交直流特高壓直流輸電工程一次系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述第62頁(yè)直流技術(shù)熱點(diǎn)研究——級(jí)聯(lián)多端特高壓直流輸電工程一次系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述第63頁(yè)直流技術(shù)前沿研究——三極直流特高壓直流輸電工程一次系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述第64頁(yè)直流技術(shù)前沿研究——三極直流特高壓直流輸電工程一次系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述第65頁(yè)二、800kV向上直流工程系統(tǒng)設(shè)計(jì)特高壓直流輸電工程一次系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述第66頁(yè)一次系統(tǒng)方案及主設(shè)備選型每極采取換流器串聯(lián)或并聯(lián)方案：換流器并聯(lián)方案單換流器電壓為800kV，設(shè)備絕緣水平要求高，換流變?cè)靸r(jià)高、控制復(fù)雜；換流器串聯(lián)方案單換流器絕緣要求降低、電流提升相對(duì)輕易，工程造價(jià)低。串聯(lián)電壓分配兼顧運(yùn)行靈活性和經(jīng)濟(jì)性，綜合比較了設(shè)備制造、關(guān)鍵點(diǎn)絕緣水平提出。主設(shè)備選型充分考慮設(shè)備制造難度、大件運(yùn)輸條件確定。特高壓直流輸電工程一次系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述第67頁(yè)主設(shè)備選型換流變壓器采取單相雙繞組、單臺(tái)容量約300MW，總有載調(diào)壓抽頭數(shù)量不超出當(dāng)前制造能力。平波電抗器經(jīng)綜合比較采取干式，單臺(tái)75mH，每極每站4臺(tái)，分別布置在極母線(xiàn)和中性線(xiàn)上。閥采取6英寸元件，通流能力為4kA。交流濾波器兩端均為4大組，按大組接入。確定分組容量時(shí)綜合考慮了占地、濾波性能、元件定值、綜合造價(jià)等。直流濾波器采取簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)。特高壓直流輸電工程一次系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述第68頁(yè)

800kV主接線(xiàn)向家壩-上海直流輸電工程包含2個(gè)完整單極，每個(gè)完整單極每端由電壓相等2個(gè)12脈動(dòng)換流器串聯(lián)組成，采取單相雙繞組換流變壓器。每個(gè)完整單極任一一個(gè)12脈動(dòng)換流器退出運(yùn)行，都不影響剩下?lián)Q流器組成不完整單極繼續(xù)運(yùn)行。特高壓直流輸電工程一次系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述第69頁(yè)

復(fù)龍換流站主接線(xiàn)圖特高壓直流輸電工程一次系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述第70頁(yè)

奉賢換流站主接線(xiàn)圖特高壓直流輸電工程一次系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述第71頁(yè)直流系統(tǒng)運(yùn)行接線(xiàn)方式

常規(guī)直流：完整雙極運(yùn)行；單極大地回路運(yùn)行；單極金屬回路運(yùn)行。特高壓直流新增加：?雙極運(yùn)行接線(xiàn)；?雙極運(yùn)行接線(xiàn)；?單極大地回路運(yùn)行接線(xiàn)；?單極金屬回路運(yùn)行接線(xiàn)。特高壓直流輸電工程一次系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述第72頁(yè)直流系統(tǒng)運(yùn)行控制模式雙極功率控制；極功率獨(dú)立控制；同時(shí)極電流控制；應(yīng)急極電流控制；降壓運(yùn)行在70%～100%正常運(yùn)行電壓范圍；極功率倒送；緊急功率回降；極線(xiàn)路空載加壓試驗(yàn)。特高壓直流輸電工程一次系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述第73頁(yè)

主設(shè)備參數(shù)計(jì)算經(jīng)過(guò)主回路參數(shù)計(jì)算確定主設(shè)備初步參數(shù)確定無(wú)功功率賠償及控制研究基本條件；確定交流濾波器研究基本條件；確定過(guò)電壓和絕緣配合研究基本條件；系統(tǒng)暫態(tài)過(guò)程研究基本條件；制訂控制策略，提供基本穩(wěn)態(tài)控制參數(shù)。確定換流閥、換流變、平抗等初步參數(shù)。特高壓直流輸電工程一次系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述第74頁(yè)主回路參數(shù)設(shè)計(jì)內(nèi)容主回路參數(shù)研究?jī)?nèi)容換流變壓器短路阻抗；換流變壓器額定容量、電壓和電流；換流變壓器調(diào)壓抽頭范圍和級(jí)差；抽頭控制中過(guò)電壓限制值；直流電壓、理想空載直流電壓、觸發(fā)角；換流器運(yùn)行特征參數(shù)表。特高壓直流輸電工程一次系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述第75頁(yè)限制換流閥短路電流，使短路電流峰值不超出換流閥最大峰值耐受能力。較小換流變壓器阻抗能夠減小換流站無(wú)功賠償容量和直流側(cè)諧波，但交流系統(tǒng)諧波增加。換流變阻抗較大，換流變總損耗將有所增加。選擇換流變阻抗靠近其“固有阻抗”，降低換流變?cè)靸r(jià)，滿(mǎn)足換流變運(yùn)輸要求。

換流變壓器短路阻抗選擇特高壓直流輸電工程一次系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述第76頁(yè)換流變短路阻抗經(jīng)閥短路電流計(jì)算，確定復(fù)龍側(cè)換流變短路阻抗取18%，奉賢側(cè)因?yàn)檫\(yùn)輸條件很好，短路阻抗取16.7%。短路阻抗一經(jīng)確定，能夠開(kāi)始主設(shè)備參數(shù)計(jì)算。特高壓直流輸電工程一次系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述第77頁(yè)

主回路參數(shù)設(shè)計(jì)輸入條件輸入條件兩端換流站交流系統(tǒng)條件；直流系統(tǒng)輸送能力、電壓水平；換流器基本接線(xiàn)方案；所采取控制策略；各種設(shè)備制造誤差、測(cè)量誤差和控制偏差；主設(shè)備制造能力和運(yùn)行性能。特高壓直流輸電工程一次系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述第78頁(yè)通常整流站控制直流電流，逆變站控制直流電壓。背靠背因?yàn)闆](méi)有直流線(xiàn)路，阻性損耗小，允許直流電壓有較大波動(dòng)；同時(shí)考慮到緊急功率支援，其控制策略與長(zhǎng)距離工程略有不一樣。不一樣廠(chǎng)家控制策略也有所不一樣，逆變側(cè)可采取定熄弧角控制、定空載直流電壓控制等策略?；具\(yùn)行控制策略特高壓直流輸電工程一次系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述第79頁(yè)換流變閥側(cè)空載直流電壓依據(jù)控制策略，考慮設(shè)備控制偏差和測(cè)量誤差（短路阻抗誤差、角度控制偏差和CT、PT測(cè)量誤差），計(jì)算換流變閥側(cè)空載直流電壓運(yùn)行范圍。特高壓直流輸電工程一次系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述第80頁(yè)

測(cè)量誤差和控制誤差選取特高壓直流輸電工程一次系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述第81頁(yè)測(cè)量誤差和控制誤差選取控制誤差：特高壓直流輸電工程一次系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述第82頁(yè)換流變閥側(cè)空載直流電壓特高壓直流輸電工程一次系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述