直流输电换流站基本计算

1、直流输电换流站基本计算规范1.1直流输电工程额定值 1.1.1额定直流功率额定直流功率PdN是指在规定的系统条件和环境条件下，不投入备用设备时，直流输电工程连续输送的有功功率。 直流输电工程是以一个“极”为一个独立的运行单位。每个 极的额定直流功率为极的额定直流电压UdN和额定直流电流IdN的乘积。直流输电主回路系统通常包括整流站 (Rectification Plant)、逆变站(Inverter Plant)和直流输电线路 (Line)三部分，由于每一部分都有损耗，因此额定直流功率 的测量点需作出规定。通常规定额定直流功率的测量点在整 流站的直流母线处。本文设计背景资料中确定，哈密南一郑州

2、换流站额定流功率PdN为双极8000MW。1.1.2额定直流电压额定直流电压 UdN是在额定直流电流下输送额定直流功 率所要求的直流电压的平均值。它的定义是换流站处于额定 交流电压UaN、换流变压器额定抽头以及换流器额定触发角 a n的条件下，运行在额定直流电流IdN下的直流电压。对于远距离的直流输电工程，由于两端换流站的额定直流电压不 同(逆变站的低于整流站)，通常规定送端整流站的额定直流 电压为工程的额定直流电压。已运行工程的额定直流电压有:17、25、50、70、80、85、100、125、140、150、160、180、200、250、270、350、400、 500、533、600、

3、660kV和800kV等。未来随着直流输电技 术的发展、成熟以及工程数量的增多，直流输电的额定直流 电压也会像交流输电一样形成一定的电压等级系列，以便于 设备制造和降低工程费用。在哈郑直流输电工程中确定的额定直流电压UdN为800kV1.1.3额定直流电流当额定直流功率确定后，额定直流电流通常是由额定直 流电压的选择来确定。额定直流电流IdN是直流输电系统中直流电流的平均值，它应能在规定的所有系统条件和环境条 件范围内长期连续运行，无时间的限制。额定直流电流对设 备选型、参数及换流站冷却系统的设计具有重要意义。本工程额定直流功率为双极8000MW，额定直流电压为800kV。由In 电可得，额定

4、直流电流为 5kA。U N1.2直流输电稳态工况计算由直流输电稳态工况计算可知，工程中直流侧和交流侧 电压、电流、有功和无功功率以及各种角度的关系，对后续 设计中设备选型及参数计算有非常重要的意义。本节中列出了在进行直流工程设计中进行稳态计算分析时，经常用到的计算公式。直流输电极对地电压 UdN整流站极对地额定直流电压UdNRUdNR 800kv式(2-1)逆变站极对地额定直流电压UdNI在该工程双极额定工况下，由下文 1.2(2)、式(2-3)知R=21.1239 Q, IdN =5kA ,U dNI式中：AUd U d路电压降，kV ;直流电流Id及直流电阻idU dNR A U 747.

5、1855kA式(2-2)孕1 d整流站和逆变站之间直流回2(UdR-UdI)5000kA式(2-3)两式中，R为直流回路电阻，主要包括有直流线路电阻、平波电抗器电阻、接地极引线电阻和接地极电阻等。本文主要讨论换流站双极额定状态下初步设计，故R取线路电阻。该特高压工程直流输电线路约为2210km，查阅资料得此工程采用 6JL/G3A-1000/45 和 6JL/G2A-1000/80 型号的 大截面导线。单位直流电阻分别为A 0.02862 Q /km和 a 0.02873Q / km 。由R 2Rl, Rl r1 ®2 6 L得双极直流线路电阻Rd为额定值为21.1239 Q。(3)

6、直流功率Pd整流站双极直流功率PdNR 8000MW式(2-4)逆变站双极直流功率PdNi 2U dNi I dN 2 747.1855 5 7471.855MW式(2-5)直流回路电压降Ud Ud UdNR-UdNi 800-747.1855 52.8145kV式(26)(5)直流线路损耗Pd Fd PdNR-RNI 8000-7471.855 528.145MW式(2-7)换流站消耗的无功QcQc Pita n©式(2-7)n 180 口 -sin 口 cos 2% 口亠、tan©式(2-8)sin 口 sin 2a 口式中，Pd为直流功率，MW ; ©为整流

7、站逆变站的功率 因数角，°整流站消耗的无功QcRn 180 卩- sin 卩 cos 2a 卩tan ©Rsin 卩 sin 2a 卩n 18025.3680 -sin25.3680 cos 2 1525.3680sin25.3680 sin 2 1525.36800.5653Qcr PiRtan ©r 8000 0.5653 4522.3221 Mvar式(2-9)逆变站消耗的无功Qci为丄, n 180 卩-sin y cos 2丫 卩 tan £sin 卩 sin 2丫 卩n 18024.21 -sin24.21 cos 2 1724.21sin2

8、4,21 sin 2 17 24.210.5925QdPdI ta7471.855 0.5925 4426.7721Mvar式(210)(7) 换流站与交流系统交换无功功率Qsys Qtotal -Qdc式(211)式中：Qsys表示交流系统与换流站之间交换的无功。Qtotal为换流站无功补偿装置所提供的无功总量。Qdc为换流站所消耗的无功总量(8) 换流器换向角卩整流站的换向角卩Rcos a (1 rcos a - 2dxNRI d U di0NRI dN U di0R式(2-12)逆变站的换向角1 Icos Y 1i COSY-2dxNI鯉式(2-13)I dN U di0I式中：dxNR

9、、dxNI为两端换流站的相对感性压降；Udi0R和Udi0I ,分别为整流器和逆变器的理想空载直流电 压；Id为直流电流。在双极平衡额定运行工况下，两式中的 比列部分都为1，根据后文：整流侧：cos a 1Rcosa-2dxNRUNR cos15 -2 0.102 0.76191 dN U di0Rir arccos (a ir) - a arccos (0.7619) -1525.3680式(2-14)逆变侧：cos17 -2 0.1020.7523cos a 11 cos Y -2d XNI U di0NI1 dN U di0 I(11 arccos (y口i)-Y arccos (0.7

10、523)-1724.2100式(2-15)(9) 换流站功率因数cos $整流站的功率因数COS (JrCOS(rcos a cos(a2Ur)1 cos15 0.76190.8639式(2-16)逆变站的功率因数cos(1 cos 丫 COS(Y1i)- cos17 0.75230.85432式(2-17)(10)换流器交流侧电流Iv式(2-18)式(2-19)式(2-20)整流器、逆变器交流侧电流与直流电流的关系可近似表示为(11)换流变视在功率SnS Udi°ld3整流站一个极的换流变压器视在总功率Srnn5 一Udi0Rld 930.6260 5 4872.7463MVA33逆变站一个极的换流变压器视在总功率SinnSi Udioild 879.1040 5 4602.9778MVA式(2-21)33(12)直流输电最小输送功率PminPmin主要取决于工程的最小直流电流，而最小直流电流是由直流断续电流来决定的。通常取工程的最小直流电流限值等于或大于连续电流临界值(即不产生断续的电流临界值)的两倍，即Idmin 2ldd1212脉动换流器的连续电流临界值可分别用以下近似公 式进行计算。2UIdd12 -L(0.023si na)式(2-22)通常直流输电工程的最小直流电流选择为其额定直流电流的5%10%。直流输电工程大多都具