高压直流输电复习大纲

1、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

2、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

3、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。二、直流输电的应用领域1. 采用海底电缆隔海输送电力；2长距离、大功率的电力输送3.两大系统连接或不同频率的二个电网的连接；BTB4.短

4、路容量对策3-5节：高压直流输电的历史与国外的现状； 高压直流输电在我国的发展；直流输电技术新发展。第二章 高压直流输电系统的主要设备换流装置是高压直流输电系统最重要的电气一次设备，除此之外，其他重要设备有：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和保护装置、远程通信系统等。2-1换流装置换流器通常采用三相桥式全控换流电路作为基本单元。有6脉动换流器和12脉动换流器。一、器件现代高压直流输电工程中，绝大多数采用晶闸管换流器，在轻型直流输电工程中采用IGBT。二、换流阀1.换流阀的概念：2.换流阀的组成:晶闸管级：换流阀组件 换流阀（单阀）：

5、 多重阀：3. 阀的触发：两种触发方式三、换流单元接线方式1. 6脉动换流单元6脉动换流单元由换流变压器、6脉动换流器以及相应的交流滤波器、直流滤波器和控制保护装置所组成。2. 12脉动换流单元12脉动换流单元由两个交流侧电压相位相差30的6脉动换流单元在直流侧串联，交流侧并联组成。换流变压器也可以选择单相或三相结构。2-2 换流变压器一、换流变压器的功能与特点二、换流变压器形式4种：三相三绕组式；三相双绕组式；单相双绕组式；单相三绕组式；2-3 平波电抗器 2-4 无功补偿装置一、功能：作用 一、功能：作用二、平波电抗器型式： 二、类型：2-5 滤波器一、滤波器分类二、交流滤波器 三、直流滤

6、波器1. 配置原则 1. 配置原则2. 交流滤波器接入系统方式 2. 直流滤波器的类型四、交直流滤波器的比较2.6直流输电线路直流输电线路分类：架空线路；电缆线路、架空电缆混合线路。一、直流架空线路1.架空线路导线截面积选择按输送容量选择导线截面：经济电流密度；长期允许的载流量A/mm2，考虑电晕和电晕损失:考虑电压损失和功率损失导线结构：综合经济技术比较：最后确定导线截面。2.架空线路绝缘水平的确定；考虑正常工作电压；操作过电压；大气过电压。二、直流输电电缆线路 三、直流接地极引线1.直流电缆应用场合: 1.接地极引线绝缘水平2.直流电缆技术特点 2.接地极引线导线截面选择3.直流电缆的种类

7、与结构 3.接地极引线设计原则2.7 接地极接地极的作用一、接地极电流对环境的影响二、接地运行特性三、对极址的要求四、接地极材料：馈电材料和活性填充材料五、接地极设计1.陆地接地极：有浅埋型和垂直型2.海洋电极：主要由海水作为导电媒质。分为海岸电极和海水电极两种。第三章 换流器工作原理3-1 单桥整流器工作原理（三相桥式整流，6脉波）一、正常运行方式工况2-3，1. 工作条件0(90/2)，同时60, 正常运行时，单桥整流器的触发角为1020，换相重叠角为1525。2. 数值分析：（1）相电流：交流侧相电流的总有效值（包含谐波）：基波电流：基波电流的有效值为：谐波电流：谐波电流的次数为：，（5

8、，7，11，13，17.。）第n次谐波有效值为：（2）整流电压平均值：（3-24）另外两种形式：P72（3-29），（3-30）（19）（3）整流电压中的谐波：单桥换流器整流电压中的谐波次数为 k=1，2，3，4，因此，单桥整流器整流电压中含有6，12，18，24，30，次偶次谐波。二、非正常运行方式工况3工况3，即为在任何时候总是有三只管子导通。工况3工作前提：=030，=60。三、故障运行方式工况3-4工况3-4是指在60的重复周期中，三个阀臂和四个阀臂轮流导通的运行方式。工作条件: ，换相重叠角。3.2 双桥整流器工作原理工作原理：顺序依次为（自然换相点）：u+a, u+a2, u-c,

9、 u-c2, u+b, u+b2, u-a, u-a2 , u+c, u+c2, u-b, u-b2 。 VT11 , VT12, VT21 , VT22, VT31 , VT32, VT41 , VT42, VT51 , VT52, VT61 , VT62。1.工况4-5：在双桥换流器中，每隔30有一次换相，换相时在某一组桥臂中，会有两个管子同时导通的情况，这是对应的是“5”的状态。在没有换相时对应的是“4”的状态。换流变压器的阀侧和网侧均含有 次谐波，即含有5，7，11，13次谐波。交流系统电流中含有 次谐波 ，即含有11，13，23，25次谐波。 整流电压中的谐波: h=12k，含有12

10、，24，36次谐波。3-3单桥逆变器工作原理熟悉几个概念：触发角，逆变角，换相重叠角，熄弧角。在逆变中常以熄弧角来表示控制状态。一、正常运行方式工况2-3工作原理：前提条件是：90-/2180同时：60熄弧角： ，此值不能太小，太小逆变失败。为了防止换相失败，直流工程通常规定此值也不能过大，因为这将使逆变器吸收更多的无功。因此，逆变站配置了定角调节器。 逆变器输出的直流电压：P89，（3-68，3-70）与角不只存在 一种关系，当值的范围不同时，二者的关系见P89，表3-1在图中能画出这几个角度的关系。二、故障运行方式工况3-4工作条件： ， 第四章 谐波抑制与无功补偿4.1 HVDC谐波的基

11、本问题4.1.1 谐波的危害1，2，3，4，5谐波谐振与放大的概念：什么是谐波放大？在什么情况下可以实现完全滤波。4.1.2 谐波的基本概念1. 谐波的含义和性质（1）-(5)2. 方均根值和总谐波畸变率3. 非正弦电路的功率和功率因数4. 三相电路中的谐波4.2 特征谐波的概念换流器交流侧的特征谐波。与换流器基本相同。不同、时各次谐波的变化情况。换流器直流侧的特征谐波。4.3 非特征谐波的概念引起换流器交流侧和直流侧非特征谐波的因素有哪些？4.4 谐波抑制及其抑制设备1.抑制谐波的基本方法：增加脉动数抑制谐波；安装滤波器抑制谐波。2.谐波抑制设备 ：滤波器；平波电抗器；中性点冲击电容器（1）

12、滤波器的类型：交流滤波器：a无源交流滤波器、调谐滤波器，通常调谐至1个或2个频率，最多为3个频率；高通滤波器，在较宽的频率范围内具有相当低的阻抗；调谐滤波器与高通滤波器的组合构成多重调谐高通滤波器。b有源滤波器、c连续可调交流滤波器。直流滤波器：a无源直流滤波器、b有源（混合）直流滤波器两种型式（2）平波电抗器的选择：考虑几种不同的情况（3）中性点冲击电容器4.5 交流滤波器设计1.无源滤波器的基本原理：（包括调谐滤波器，高通滤波器，）如何滤波的。可根据滤波器的阻频特性进行分析。2.交流滤波器设计：针对单调谐和双调谐交流滤波器。4.6 直流滤波器设计直流滤波器配置方案1. 在12脉波换流器低压

13、端的中性母线和地之间连接一台中性点冲击电容器，以滤除流经该处的各低次非特征谐波。2. 在换流站每级直流母线和中性母线之间并联两组双调谐或三调谐无源直流滤波器。4.7 HVDC的无功补偿和功率因数直流换流站吸收的无功功率，及无功功率对电网的影响。4.7.1 电网换相换流器的无功特性给出了换流器消耗无功的公式。换流器消耗的无功功率与哪些因素有关？4.7.2 无功功率消耗计算工程方法实际运行的换流器消耗无功需考虑哪些影响？4.7.3 容性无功补偿设备容量确定4.7.4 感性无功补偿设备容量确定4.7.5 功率因数4.7.6 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

14、，无功补偿装置必须实行分组投切。分组容量的确定原则。4.8 无功补偿设备无功补偿设备主要有哪些？各有什么特点？4.9 无功控制 哪些设备可进行分段无功补偿调节，哪些可进行连续无功调节？第五章 电网换相直流输电的控制与保护1.高压直流输电的控制系统能完成哪些基本的控制功能。2.控制系统分层结构：直流系统中所有的控制装置，应该根据双极功能(最高级)、极功能、阀组功能(最低级)进行分组。a.换流阀控制级、单独控制级; b.换流器控制级; c.极控制级;d.双极控制级;e.系统控制级。5.2直流系统基本控制原理（一）基本控制方法1. 换流器的相位控制定电流控制：定电压控制：定功率控制：定熄弧角控制：2

15、.改变变压器分接头的控制方式各种控制方法基本原理。（二）整流器、逆变器的协调控制一般在整流器侧，采用输送功率为指定值的定电 流控制定、最小角控制。逆变器侧，采用直流电压为定值的定电压控制、或定角控制、定电流控制。为了避免两端电流调节器同时工作引起调节的不稳定，逆变侧电流调节器的定值比整流侧一般小01Pu(标么值)，这就是电流裕度法。 当逆变侧为弱系统时，定熄弧角控制可能出现三点不稳定现象。 （三）直流输电控制系统功能1. 直流输电起停控制：(1.)正常起停(2).故障紧急停运2.待机3.自动再起动 基本过程4.潮流反转运行控制5.3直流输电保护系统（一）直流输电保护配置原则：可靠性；灵敏性；选

16、择性；快速性 ；可控性；安全性：；可修性；（二）保护方式：1基本保护联动： 有哪三种基本操作？门控移相；旁通对；触发脉冲闭锁。2. 保护示例：会分析各种故障的特点及保护对策。a换流站内故障：1桥臂短路；2换相失败；3逆变器触发信号闭锁；4全压起动b直流线路的故障：1直流极线故障；2直流回流线故障；c交流侧的故障：1交流过电压；2逆变侧负荷断开；3电压低下。第六章 直流输电运行特性与系统控制6.2 直流输电在交流系统控制中的应用621 系统频率控制两个交流电力系统经直流线路互联时，可以利用直流线路来控制交流系统的频率。1紧急支援控制2频率比值控制; 在控制送端交流系统频率时，取正，即送端频率升高时，直流输送功率也增加，相当于增大了送端的负荷，有利于抑制频率的升高。控制受端交流系统频率时，取负，即受端频率升高时，直流输送功率减小，相当于减小了受端的送入功率，有利于抑制频率的升高。3发电机组和直流输电的协调控制发电机组的功率直接通过直流输电送出时，正常情况下，发电机速度有必要通过调速器和直流功率控制的协调进行.622 交流电压、无功控制用于直流输电的电网换相式交直换流器中，不论整流器还是逆变器运行时都消耗从交流系统流入的无功。1调相设备的投切控制2交直换流器的电压、无功控制:通过调节直流输电系统吸收的无功，来调节电压。对弱系