单极高压直流输电系统设计论文

1、装订线毕业设计（论文）报告纸 摘 要 直流输电是电力系统中迅速发展的一项新技术。主要应用于远距离大容量输电、电力系统联网、远距离海底电缆或大城市地下电缆送电、配电网络的轻型直流输电等方面。直流输电与交流输电相互配合，构成现代电力传输系统。随着电力系统技术需求的不断增长和提高，直流输电受到广泛的关注和发展。与直流输电相关的技术，如电力电子、微电子、计算机控制、绝缘新材料、光纤、超导、仿真以及电力系统运行、控制和规划等的发展，为直流输电开辟了广阔的应用前景。 由上可见，高压直流输电具有线路输电能力强、损耗小、两侧交流系统不需同步运行、发生故障时对电网造成的损失小等优点，特别适合用于长距离点对点大功

2、率输电，而采用交流输电系统便于向多端输电。交流与直流输电配合，将是现代电力传输系统的发展的趋势。 本文在论述了直流输电基本概念、构成、发展及主要设备的基础上，讨论了直流输电的基本工作原理、各部分元件的选择、谐波问题、换流器控制方式以及远距离输电线的电晕危害与对通信线的干扰分析等，从而对直流输电有较全面的认识。关键词：高压直流输电，谐波，滤波器，晶闸管，控制，12脉波换流器 ABSTRACTHVDC is a new technology in the rapid development of power systems. Mainly used in large-capacity long-d

3、istance transmission, power system interconnection, long distance submarine cable or Metropolitan underground cable transmission, distribution network and other aspects of HVDC Light. HVDC transmission and exchange with each other to form a modern power transmission system. With the growing demand f

4、or electric power system technology and improved HVDC widespread attention and development. HVDC and related technologies, such as power electronics, microelectronics, computer control, insulation and new materials, optical, superconductivity, simulation, and power system operation, development cont

5、rol and planning for HVDC has opened up broad prospects.As seen above, HVDC transmission line has a strong, low loss, both sides exchange system without synchronous operation, the event of failure of the grid losses, etc, and is particularly suitable for long distance point to point high-power trans

6、mission, and the use of AC transmission system facilitates the multi-terminal transmission. AC and DC transmission with, will be the trend of development of modern power transmission systems.This paper discusses the HVDC basic concepts form the basis of development and major equipment, discusses the

7、 basic principle of DC transmission, electrical choose various parts of elements, harmonic problems, inverter control and remote transmission line halo hazards associated with the communication line interference analysis, thus the HVDC have a more comprehensive understanding.KEY WORDS: HVDC, harmoni

8、c, filters, thyristors, control, 12-pulse inverter 目录第一章 绪论········································&

9、#183;···················11.1 本课题研究的主要内容及选题的意义··························

10、3;·····11.2 高压直流输电系统的构成··········································

11、21.3 高压直流输电工程特点············································31.4 高压直流输电的历史和国内外现状&

12、#183;·································4第二章 高压直流输电系统的主要组成·············&

13、#183;························52.1 直流输电的环流技术·······················

14、;·······················5 2.1.1 直流输电与环流技术························

15、················5 2.1.2 换流站的基本环流单元·······························

16、·······52.2 500KV单极直流输电系统的设备及其选择····························11 2.2.1 换流变压器········

17、83;······································11 2.2.2 换流阀·········

18、83;·········································13 2.2.3 平波电抗器······&

19、#183;········································17 2.2.4 输电线谐波分析······

20、83;····································18 2.2.5 交/直流滤波器···········

21、;·································20 2.2.6 交直流断路器··············&#

22、183;······························22 2.2.7 避雷装置·················&

23、#183;·······························24 2.2.8 无功补偿装置···············

24、3;·····························25 2.2.9 接地极系统··················&#

25、183;····························25第三章 直流输电系统的控制系统··················

26、83;······················263.1 直流系统的基本控制原理························

27、3;················263.2 换流器基本控制方式及其配置······························

28、83;······27 3.2.1 换流器基本控制方式·······································27 3.2.2

29、换流器基本控制配置·······································29第四章 直流输电系统过电压保护与换流站绝缘配合·····&#

30、183;···················314.1 换流站的过电压保护····························

31、;·················314.2 直流输电系统的过电压······························&

32、#183;············324.3 换流站的防雷保护···································

33、;············32第五章 直流输电线路的环境影响···································

34、······34 5.1 直流输电线的架设·········································

35、83;·····345.2 直流线路电晕··········································

36、83;········355.3 直流线路无线电干扰·······································

37、······37直流输电设计结··········································

38、83;··············37致谢···································

39、;································37参考文献·················

40、;··············································37高压直流输电附录图· 第一章 绪

41、论1.1本课题研究的主要内容及选题意义电力工程是21世纪对人类社会生活影响最大的工程之一，电力技术的发展对城乡人民的生产和生活具有重大的关系，电力工业是关系国计民生的基础产业。电力的广泛应用和电力需求的不断增加，推动着电力技术向高电压、大机组、大电网发展，向电力规模经济发展。电力工业按生产和消费过程可分为发电、输电、配电和用电四个环节。输电通常指的是将发电厂发出的电力输送到消费电能的负荷中心，或者将一个电网的电力输送到另一个电网，实现电网互联。随着电网技术的不断进步，输电容量和输电距离的不断增加，电网电压等级不断提高。电网电压从最初的交流 13.8KV，逐步发展到高压 35KV、66KV、11

42、0KV、220KV、500KV、1000KV。电网发展的经验表明，相邻两个电压等级的级差在一倍以上才是经济合理的。这样输电容量可以提高四倍以上，不仅可与现有电网电压配合，而且为今后新的更高级别电压的发展留有合理的配合空间。我国从20世纪80年代末开始对特高压电网的规划和设备的制造进行研究；进入21世纪后，加快了特高压输电设备、电网研究和工程建设。2005年9月26日，第一条750KV输电实验线路（官亭兰州东）示范工程投运；2006年12月，云南广东±800KV特高压直流输电工程开工建设，并于2010年6月18日，通过验收正式投运，该工程输电距离1373KM，额定电压±800

43、KV，额定容量500万KW，和2010年7月8日投运的向家坝上海±800KV特高压直流示范工程一样，是当今世界电压等级最高的直流输电项目。本课题主要是设计一个单极高压直流输电系统，整流站与逆变站相距1200km,整流站交流侧电压等级为330kv，逆变侧交流电压等级为220kv，采用单极直流输电方式，直流电压500kv,输电容量800MW。同时还需要设计高压直流输电系统的控制调节方式，实现直流系统的功率调节和潮流反转控制以及高压直流输电系统的过压保护系统和直流输电线的架设和防雷保护。随着“西电东送”和“全国联网战略”的实施，直流输电技术在我国正得到越来越广泛的应用，具有非常广阔的前景。

44、经过舟山、葛洲坝-南桥、天生桥-广州、三峡-常州等直流输电工程的实践，我国的直流输电工程水平正在不断的提高。但是我国在高压直流输电基本设计方面还存在不足，对核心技术仍未完全掌握。更确切地讲，我国的直流输电技术很大程度上还依赖于国外。如果能实现直流输电工程设计的自主化，那么对于提升我国在直流输电核心领域的实力具有重大的意义，也为后续的特高压直流输电工程提供强而有力的技术支持和保障。1.2高压直流输电系统的构成 直流输电系统的系统结构可分为两端（或端对端）直流输电系统和多端直流输电系统两大类。两端直流输电系统是只有一个整流站（送端）和一个逆变站（受端）的直流输电系统，即只有一个送端和一个受端，它与

45、交流系统只有两个连接端口，是结构最简单的直流输电系统。多端直流输电系统与交流系统有三个或三个以上的连接端口，它有三个或三个以上的换流站 两端直流输电系统的构成主要有整流站、逆变站和直流输电线路三部分。对于可进行功率反送的的两端直流输电工程，其换流站既可以作为整流站运行，又可以作为逆变站运行。功率正送是的整流站在功率反送时为逆变站，而正送时的逆变站在反送时为整流站，整流站和逆变站的主接线和一次设备基本相同，其主要差别在于控制和保护系统的功能不同。两端直流输电系统又可分为单极系统（正极或负极）、双极系统（正负两极）和背靠背系统（无直流输电线路）三种类型。其中单极直流输电系统如下图所示，又可分为单极

46、大地回线方式（a）、单极金属回线方式(b)以及单极双导线并联大地回线方式(c)。本课题采用单极金属回线方式(a)单极大地回线方式该方式是两端换流器的一端通过极导线相连，另一端接地，利用大地或海水作为直流的回流电路。这种方式的线路结构简单，利用大地作为回线，省去一根导线，线路造价低。但地下或海水长期有较大的直流电流流过，大地电流所经之处，将引起埋设于地下或放置在地面的管道、金属设施发生化学腐蚀，使中性点接地变压器产生直流偏磁而造成变压器磁饱和等问题。这种方式主要用于高压海底电缆直流工程，如瑞典丹麦的康梯斯堪工程、瑞典德国的波罗的海工程等。(b)单极金属回线方式该方式采用低绝缘的导线也称金属返回线

47、代替单极大地回线方式中的大地回线路。在运行中，地中无电流流过，可以避免由此所产生的电化学腐蚀和变压器磁饷等问题。为了固定直流侧的对地电压和提高运行的安全性，金属回线的一端接地，其不接地端的最高运行电压为最大直流电流在金属返回线上的压降。这种方式的线路投资和运行费用均较单级大地回线方式的高。通常只在不允许利用大地或海水为回线或选择接地较困难以及输电距离又较短的单极(c)单极双导线并联大地回线方式该方式是当直流输电工程在单极运行时可以采用的方式。实质上，这是利用已有的输电导线为降低线路损耗而采用的一种单极大地回线方式。本课题采用的输电方式：单极金属回线方式1.3高压直流输电工程特点 高压直流输电的

48、优点：（1）直流输电架空线路只需正负两极导线、杆塔结构简单、线路造价低、损耗小。（2）直流电缆线路输送容量大、造价低、损耗小、不易老化、寿命长、且输送距离不受限制。（3）直流输电不存在交流输电的稳定性问题，有利于远距离大容量输电。（4）采用直流输电实现电力系统之间的非同步联网，可以不增加被联电网的短路容量，不需要由于短路容量的增加而要更换断路器以及电缆要求的采取限流的措施；被联电网可以频率不同，可以保持自己的电能质量独立运行，有利于运行和管理。（5）在直流电的作用下，只有电阻起作用，电感和电容均不起作用，直流输电采用大地为回路，直流电流则向电阻率很低的大地深层流去，可以很好地利用大地这个良导体

49、。（6）直流输电输送的有功功率和换流器消耗的无功功率均可由控制系统进行控制，可利用这种快速可控性来改善交流系统的运行性能。（7）直流输电可以方便地分期建设和增容扩建，有利于发挥投资效益。高压直流输电的缺点：（1）直流输电换流站比交流变电所的设备多、结构复杂、造价高损耗大、运行费用高、可靠性也差。（2）换流器对交流侧来说，除了是一个负荷或电源以外，它还是一个谐波电流源。（3）晶闸管换流器在进行换流时需要消耗大量的无功功率，每个换流站均需要装设无功补偿装置。（4）直流输电利用大地或海水为回路，会带来一些技术问题。（5）直流短路器由于没有电流过零点可以利用，灭弧问题难以解决，给制造带来困难。1.4

50、高压直流输电的历史和国内外现状电力技术的发展是从直流电开始的，早期的直流输电是不需要经过换流，直接从直流电源送往直流负荷，即发电、输电和用电均为直流电，如1882年在德国建立的2KV、1.5KW、57KM向慕尼黑展览会的送电工程；1889年在法国用直流发电机串联而得到高电压，从毛梯埃斯到里昂的125KV、20MW、230KM的直流输电工程等。随着三相交流发电机、感应电动机和变压器的迅速发展，发电和用电领域很快被交流电所取代。同时变压器又可方便地改变交流电压，从而使交流输电和交流电网得到迅速的发展，并很快占据了统治地位。但在输电领域，直流还有交流所不能取代之处，如远距离电缆送电、不同频率电网之间

51、的联网等。我国的高压直流输电工程相比于国外发达国家而言总体上可以说是发展较晚的，但发展迅速。由于国内能源资源与用电负荷分布极不平衡的特殊性，造成我国“西电东送、南北互联、全国联网”的远距离输电的必然性，形成了目前以三峡输电系统为主体，向东西南北方向辐射的北、中、南三通道为主的南北电网多点互联、纵向通道联系紧密的全国互联网格局，成为实现我国能源资源合理开发、优化配置、高效利用的必然选择。发展超、特高压交、直流输电势在必行。过去几年，500KV直流输电在我国得到了长足发展，成为“西电东送”的重要方式。直流输电的发展也受到一些因素的限制。首先，直流输电的换流站比交流系统的变电所复杂、造价高、运行管理

52、要求高；其次，换流装置（整流和逆变）运行中需要大量的无功补偿，正常运行时可达直流输送功率的4060；换流装置在运行中在交流侧和直流侧均会产生谐波，要装设滤波器；直流输电接地比较复杂，以大地或海水作回路时，会引起沿途金属构件的腐蚀，需要防护措施。要发展多端直流输电，需研制高压直流断路器。直流输电灭弧问题难以解决。随着电力电子技术的发展，大功率可控硅制造技术的进步、价格下降、可靠性提高，换流站可用率的提高，直流输电技术的日益成熟，直流输电在电力系统中必然得到更多的应用。当前，研制高压直流断路器、研究多端直流系统的运行特性和控制、发展多端直流系统、研究交直流并列系统的运行机理和控制，受到广泛的关注。

53、许多科学技术的新发展为直流输电技术的应用开拓着广阔的前景，多种新的发电方式磁流体发电、电气体发电、燃料电池和太阳能电池等产生的都是直流电，所产生的电能要以直流方式输送，并用逆变器变换送入交流电力系统；极低温电缆和超导电缆也更适宜于直流输电，等等。今后的电力系统必将是交、直流混合的系统。第二章 高压直流输电系统的主要组成2.1 直流输电的换流技术2.1.1 直流输电与换流技术 要实现直流输电必须将送端的交流电变换为直流电，称为整流，而到受端又必须将直流电变换为交流电，称为逆变，它们统称为换流。实现这种电力变换的技术就是我们所说的直流输电换流技术。直流输电换流技术包括实现换流的高压大功率换流阀和控

54、制保护装置以及进行换流的理论和方法，而前者往往起决定性作用。因此，换流技术是实现直流输电的基本条件，换流技术水平的高低是决定直流输电各种运行性能和经济性能的重要因素。2.1.2 换流站的基本换流单元 直流输电换流站由基本换流单元组成，基本换流单元是在换流站内允许独立运行，进行换流的换流系统，主要包括换流变压器、换流器、相应的交流滤波器和直流滤波器以及控制保护装置。目前工程上所采用的基本换流单元有6脉动换流单元和12脉动换流单元两种。它们的主要区别在于所采用的换流器不同，前者采用6脉动换流器（三相桥式换流回路），而后者则采用12脉动换流器（由两个交流侧电压相位差30°的6脉动换流器所组

55、成）。6脉动换流器在交流侧和直流侧分别产生6K+1次和6K次特征谐波；12脉动换流器在交流侧和直流侧分别产生12K+1次和12K次特征谐波。绝大多数直流输电工程均采用12脉动换流器作为基本换流单元，此时交流滤波器和直流滤波器只需按12脉动换流器的要求来配备，这样可以大大地简化滤波装置，减小换流站占地面积，降低换流站造价。三相桥式全控整流(阻感性负载)原理：三相桥式全控整流电路大多用于向阻感负载和反电动势阻感负载供电（即用于直流电动机传动），下面主要分析阻感负载时的情况，对于带反电动势阻感负载的情况，只需在阻感负载的基础上掌握其特点，即可把握其工作情况。如图所示为三相桥式全控整流电路（阻感性负载

56、），习惯上将其中阴极连接在一起的三个晶闸管（VT1、VT3、VT5）称为共阴极组；阳极连接在一起的三个晶闸管（VT4、VT6、VT2）常委共阳极组。此外，习惯上希望晶闸管按从1至6的顺序导通。为此将晶闸管按图示的顺序编号，即共阴极组中与a、b、三相电源相接的三个晶闸管分别为VT1、VT3、VT5，共阳极组中与a、b、c三相电源相接的三个晶闸管分别为VT4、VT6、VT2。按此编号，晶闸管的导通顺序为VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6。以下分析三相桥式带电阻负载在不同的角下的波形。（1）=0°（2）=30°（3）=90°小结 ：  6

57、0°时 ud波形连续，工作情况与带电阻负载时相似，各晶闸管的通断情况、输出整流电压ud波形、晶闸管承受的电压波形等都一样。 >60°时 阻感负载时的工作情况与电阻负载时不同，电阻负载时ud波形不会出现负的部分，而阻感负载时，由于电感L的作用，ud波形会出现负的部分。带阻感负载时，三相桥式全控整流电路的a 角移相范围为90° 当整流输出电压连续时（即带阻感负载时，或带电阻负载a60°时）的平均值为： 带电阻负载且a >60°时，整流电压平均值为： 输出电流平均值为 ：Id=Ud /R 三相桥式电流型逆变原理： 直流电源为电流源的逆变电

58、路称为电流型逆变电路。实际上理想直流电流源并不多见，一般是在逆变电路直流侧串入一个大电感。因为大电感中的电流脉动很小，因此可以看成是一个直流电流源。有源逆变状态时各量的计算：输出直流电流的平均值亦可用整流的公式: 每个晶闸管导通120°，故流过晶闸管的电流有效值为：从交流电源送到直流侧负载的有功功率为：在三相桥式电路中，变压器二次侧线电流有效值为：12脉动换流器是由两个6脉动换流器在直流侧串联而成，与6脉动换流器的工作原理相同，其交流侧通过换流变压器的网侧绕组并联而成。换流变压器的阀侧绕组一个为星形接线，而另一个为三角形接线，从而使两个6脉动的换流器的交流侧，得到相位相差30

59、6;的换向电压。12脉动换流器可以采用两组双绕组的换流变压器，也可以采用一组三绕组的换流变压器。12脉动换流器有VT1-VT12共12个换流阀组成，在每一个工频周期内有12个换流阀轮流导通。它需要12个与交流系统同步的按序触发脉冲。脉冲之间的间距为30°。逆变失败：逆变运行时，一旦发生换相失败，外接的直流电源就会通过晶闸管形成短路，或者使变流器的输出平均电压和直流电动势变成顺向串联。由于逆变电路的内阻很小，就会形成很大的短路电流，这种情况称为逆变失败，或称为逆变颠覆。造成逆变失败的原因很多，主要有以下几种情况：（1）触发电路工作不可靠，不能适时、准确的给个经扎管分配脉冲，如脉冲丢失、

60、脉冲延时等，致使晶闸管不能正常换相，使交流电源电压和直流电动势顺向串联，形成短路（2）晶闸管发生故障，在应该阻断的期间，器件失去阻断能力，或在应该导通时，器件不能导通，造成逆变失败。（3）在逆变工作时，交流电源发生缺相或突然消失，由于直流电动势的存在，晶闸管仍可导通，此时变流器的交流侧由于失去了同直流电动势急性相反的交流电压，因此直流电动势将通过晶闸管使电路短路。（4）换相裕量角不足，引起换相失败，应考虑变压器漏抗引起重叠角对逆变电路换相的影响。2.2 500KV单极直流输电系统的设备及其选择2.2.1 换流变压器 在高压直流输电系统中，换流变压器是最重要的设备之一，这是由于其处于在交流电与直

61、流电互相变换的核心位置以及在设备制造技术方面的复杂性和设备费用的昂贵等所决定的。换流变压器与换流阀一起实现交流电与直流电之间的相互变换。现代高压直流输电系统一般都采用每极一组12脉动换流器的结构，所以换流变压器需要为两个串联的6脉动换流器之间提供30°的相角差，从而形成12脉动换流器结构。换流变压器的阻抗限制了阀臂短路和直流母线上短路的故障电流，使换流阀免遭破坏。由于换流变压器的运行与换流器的换相所造成的非线性密切相关，所以换流变压器在漏抗、绝缘、谐波、直流偏磁、有载调压和实验等方面与普通电力变压器有着不同的特点。换流变压器的总体结构可以是三相三绕组式、三相双绕组式、单相双绕组式和单

62、相三绕组式三种。换流变压器的结构型式示意图如下图所示。采用何种结构型式的换流变压器器，应根据换流变压器交流侧及直流侧的系统电压要求，变压器的容量、运输条件以及换流站布置要求等因素进行全面考虑确定。对于中等额定容量和电压的换流变压器可选用三相变压器。采用三相变压器的优点是减小材料用料、减小变压器占地空间及损耗、特别是空载损耗。对于容量较大的换流变压器，可采用单相变压器组，高压大容量直流输电系统采用单相三绕组换流变压器相对于采用单相双绕组来说具有更少的铁芯、油箱、套管及有载调压开关。换流变压器的参数选择如下：本科题直流输电的主要运行参数为：直流电压500KV，额定直流电流1600A，单极额定容量8

63、00MW。整流器的触发角一般取15°左右，最小为5°；逆变器的关断角一般取15°18°，最小值为15°。本科题整流侧额定触发角N=15°，逆变侧额定关断角N=17°。整流侧额定直流空载电压·············（1）逆变侧额定直流空载电压·············（

64、2）上两式中，n为每极6脉动换流器数，对于每极1组12脉动换流器，则n=2;为整流侧额定直流电压（本课题中为500KV）；为换流阀正向导通压降（为0.3KV）；N为整流侧额定触发角（15°）；N为逆变侧额定关断角（17°）；、为对应于换流变压器额定抽头位置的整流侧与逆变侧的直流感性压降标幺值；、分别为对应于换流变压器额定抽头位置的整流侧与逆变侧的直流阻性压降标幺值；为直流输电线路电阻；为额定直流电流。（注：三峡-常州直流输电工程与被课题相似，根据三-常直流输电工程的经验，取=0.082，,=0.003，=3）。将上述数据带入公式（1）和（2）得:整流侧额定直流空载电压284

65、.1KV逆变侧额定直流空载电压276.87KV换流变压器变比 （注：其中为交流网侧额定电压。本课题中整流侧是330KV，逆变侧是220KV）换流变压器阀侧交流额定电压（整流侧）=210.37KV （逆变侧）=205.02KV换流变压器阀侧交流电流有效值（整流侧=逆变侧）1306.4A对于12脉动换流器，采用单相双绕组换流变压器的额定容量为： 因此，换流变压器的选择如下： 通过查询资料，可选择西电变压器厂2003年生产的ZZDFPZ-297500/500型单相双绕组变压器。每极3台，每站各4台（1台备用）。2.2.2 换流阀在直流输电系统中，为实现换流所需的三相桥式换流器的桥臂，称为换流阀，它是

66、换流器的基本换流单元设备。换流阀是进行换流的关键设备，在直流输电工程中，它除了具有进行整流和逆变的功能外，在整流站还具有开关的功能，可以利用其快速可控性对直流输电的起动和停运进行快速操作。20世纪80年代以来，半导体阀代替了汞弧阀，半导体阀又可分为常规晶闸管阀（简称晶闸管阀）、低级门极关断晶闸管阀（GTO阀）和高频绝缘栅双极晶体管阀（IGBT阀）三类。目前绝大多数直流输电工程均采用晶闸管阀。晶闸管导通的工作原理可以用双晶体管模型来解释。如图所示，如果在器件上取一倾斜的截面，则晶闸管可以看由P1N1P2和N1P2N2构成的两个晶体管V1和V2组成。如果外电路向门极注入电流IG，也就是注入驱动电流

67、，则IG流入晶体管V2的基极，即产生集电极电流Ic2，它构成晶体管V1的基极电流，放大成集电极电流Ic1,又进一步增大V2的基极电流，如此形成强烈的正反馈，最后V1和V2进入完全的饱和状态，即晶闸管导通。此时如果撤掉外电路注入门极的电流IG，晶闸管内部已经形成了强烈的正反馈会仍然维持导通状态。而若要使晶闸管关断，必须去掉阳极所加的正向电压，或者给阳极施加反压，或者设法使流过晶闸管的电流降低到接近于零的某一数值下，晶闸管才能关断。所以对晶闸管驱动过程更多的是称为触发，产生注入门极的触发电流IG的电路称为门极触发电路。也正是由于通过其门极只能控制其开通，不能控制其关断，晶闸管才被称为半控型器件。总

68、结前面介绍的工作原理，可以简单归纳晶闸管正常工作时的特性如下：（1）当晶闸管承受反向电压时，不论门极是否有触发电流，晶闸管都不会导通。（2）当晶闸管承受正向电压时，仅在门极有触发电流的情况下晶闸管才能导通。（3）晶闸管一旦导通，门极就失去控制作用，不论门极触发电流是否还存在，晶闸管都保持导通。（4）如果要使已导通的晶闸管关断，只能利用外加电压和外电路的作用使流过晶闸管的电流降到其维持电流一下。晶闸管的主要参数：（1）断态重复峰值电压。断态重复峰值电压是在门极断路而结温为额定值时，允许重复加在器件上的正向峰值电压，国际规定重复频率为50HZ，每次持续时间不超过10ms。规定断态重复峰值电压为断态

69、不重复峰值电压（即断态最大瞬时电压）的90%。（2）反向重复峰值电压。反向重复峰值电压是在门极断路而结温为额定值时，允许重复加在器件上的反向峰值电压。规定反向峰值电压为反向不重复峰值电压（即反向最大瞬态电压）的90%。通常取晶闸管的和中较小的标值作为该器件的额定电压。选用时，额定电压要留有一定的裕量，一般取额定电压为正常工作时晶闸管所承受峰值电压的23倍（3）通态平均电流。国标规定通态平均电流为晶闸管在环境温度为40和规定的冷却状态下，稳定结温不超过额定结温时所允许流过的最大工频正弦半波电流的平均值。这也是标称其额定电流的参数。同电力二极管的正向平均电流一样，这个参数是按照正向电流造成的器件本

70、身的通态损耗的发热效应来定义的。一般取其通态平均电流为按此原则所得计算结果的1.52倍。 =（1.52） ：流过晶闸管正弦电流的有效值。在选择晶闸管元件时，一般要求各元件具有下列特性：1）耐压强度高。从晶闸管阳极的伏安特性知，其反向特性与二极管相似，要求在正向电压时，控制极加触发脉冲就能立即导通；而处于反向电压时，要求不导通。因此要求晶闸管元件有足够高的绝缘强度承受反向电压。如果反向电压瞬时值超过击穿电压，晶闸管元件将永久损坏。2）承载能力大。晶闸管元件的额定电流是指通态电流为正弦波时，所允许的通态平均电流。如果通态电流不是正弦波，则通态平均电流的允许值就不一定等于额定电流。决定其允许值的最根

71、本依据是晶闸管结温的最高运行值。改善散热条件可以通过改变通态电流的允许值。3）开通时间和电流上升率的限制。当晶闸管元件阳极加正向电压，并在控制极上加足够大的触发电流后，晶闸管元件并不是立即完成开通过程，它的通态电流上升和通态电压下降都有一个过程。晶闸管的串联：当晶闸管的额定电压小于实际要求时，可以用两个以上同型号器件相串联。理想的串联希望各器件承受的电压相等，但实际上因器件特性的分散性，即使是标称定额相同的器件之间其特性也会存在差异，一般都会存在电压分配不均的问题。串联的器件流过的漏电流总是相同的，但由于静态伏安特性的分散性，各器件所承受的电压是不相同的。两个晶闸管串联，在同一漏电流下所承受的

72、正向电压是不同的。若外加电压继续升高，则承受电压高的器件将会首先达到转折电压而导通，使另一个器件承受全部电压而导通，两个器件都失去控制作用。同理，反向时，因伏安特性不同而不均压，可能使其中一个器件先反向击穿，另一个随之击穿。这种由于器件静态特性不同而造成的均压问题称为静态不均压问题。为达到静态均压首先应该选用参数和特性尽量一致的器件，此外可以采用电阻均压。如下图所示，Rp的阻值应该比任何一个器件阻断时的正、反向电阻小得多，这样才能使每个晶闸管分担的电压决定于均压电阻的分压。换流阀的参数选择如下：晶闸管的额定电流（通态平均电流）=588.38A。再考虑裕量，可以将计算结果扩大1.5倍，故可以选取

73、额定电流为1000A的晶闸管。计算换流所需要的晶闸管个数： 根据公式2.34，其中为输出直流电压的平均值（本课题由于采用12脉动换流器，所以一个6脉动换流器的为250KV），为所要求的触发角（本课题中为15°） 因此可以得出变压器二次侧电流有效值 =110.61KV 所以一个阀臂所承受的最大反向电压为变压器二次线电压的峰值，即 =271KV 再打上2倍的裕量，则阀臂承受的最大反向电压=542KV 如今晶闸管的耐压最大可达8KV。所以，采用8KV耐压的晶闸管时，一个阀臂上所需的晶闸管数个，故整个直流输电系统所需的晶闸管个数个。2.2.3 平波电抗器 直流平波电抗器与直流滤波器一起构成高

74、压直流换流站直流侧的直流谐波滤波电路。平波电抗器能防止由直流线路或直流开关站所产生的陡波冲击波进入阀厅，从而使换流阀免于遭受过电压应力而损坏；平波电抗器能平滑直流电流中的纹波，能避免在低直流功率传输时电流的断续；平波电抗器通过限制有快速电压变压所引起的电流变化率来降低换向失败率。因此平波电抗器是高压直流换流站的重要设备之一。平波电抗器一般串联于每极换流站和直流线路之间，由于平波电抗器的电压和电流额定值是根据直流主回路确定的，因此对平波电抗器的选择设计，主要考虑其电感取值。从平波电抗器的功能来看，希望电感值越大越好；但电感值过大，同时会降低直流系统的动态响应性能。因此平波电抗器电感值的选择也是一

75、项关键任务，需要从各种限制因素中加以权衡。平波电抗器的电感量在满足主要性能要求的前提下应尽量小一点，其选择应考虑以下几点：（1）限制故障电流的上升率。其简化计算公式为：（2）平抑直流电流的波纹。其估算公式为： （3）为防止直流低负荷时的电流断续。对于12脉动换流器可用下式计算： 其中为换流器理想空载电压；为直流低负荷时的换流器触发角；为允许的最小直流电流限制。本课题按避免轻载时直流电流断续的要求来估算电感值：允许的最小直流电流限制=65.3A换流器所允许的触发角（关断角）最大值为45°，故直流系统等效电感为： =考虑一定的裕度，电感值取为300mH是合理的。可选PKDFP-500-3

76、000-290型2.2.4 输电线谐波分析直流输电系统的谐波有特征谐波和非特征谐波。这些谐波对交、直流系统中的设备及邻近的通信系统都有不良影响和危害。往往需要采取措施加以疏导和抑制，使谐波分量能符合有关技术标准的规定。 特征谐波。在以下理想条件下，换流器产生的谐波称为特征谐波。换相电压为三相对称的正弦基波电压换流各相的换相电抗相等换流阀的触发脉冲等距换流器直流侧电流为一恒定的直流电流。对换流器交、直流侧的电流和电压波形进行傅立叶分析可知，一个脉动数为P的换流器，在理想条件下，交流侧的谐波次数为n=kp±1次，k为正整数，其中 kp+1次为正序， kp-1次为负序；直流侧的谐波次数为n

77、=kp次。对6脉动和12脉动换流器，交流侧分别产生5，7，11，13次和11，13，23，25次的特征谐波；直流侧分别产生6，12，18次和12，24，36次的特征谐波。交流侧谐波电流的大小与触发角a(或关断角g)和换相角m有关，并且谐波次数愈高其有效值愈小。当换相角为零时（电流波形为宽120°电角度的矩形波），n次谐波电流的有效值为基波电流有效值的1/n。谐波电流随换相角的加大或触发角（或关断角）减小而减小。直流侧特征谐波电压的大小随触发角a（或关断角g）加大而增大并与换相角m有关，而换相角m又与直流电流、换相电抗以及a（或g）角有关。因此，12脉动换流器比6脉动换流器的谐波特性有

78、很大的改善，这也是目前换流站只采用12脉动换流器作基本换流单元的主要原因。12脉动换流器是由换相电压的相位相差30°的两个6脉动换流器串联而成，通常30°的相位差是由换流变压器阀侧线圈采用Y 和 接线来实现。 换流站交流侧谐波电流，按交流电网谐波阻抗的分布情况，流入交流电网，产生谐波电压，畸变交流电压波形；直流侧的谐波电压加在平波电抗器，直流滤波器和直流输电线路组成的直流网络上，产生谐波电流。为了计算这些谐波电压和电流的分布，通常是将换流站交流侧各次谐波电流视为谐波电流源，应用交流系统对应的各次谐波阻抗等值网络分别求解；而将直流侧各次谐波电压视为谐波电压源，应用直流网络对应

79、的各次谐波的等值网络分别求解。也可以采用统一计算交、直流系统中特征谐波潮流的方法来进行分析。 非特征谐波。在各种非理想条件下，换流器交、直流侧所产生的，除特征谐波以外的其它各次谐波，均称为非特征谐波。常见的非特征谐波有交流系统中的3次谐波以及由此而产生的换流器交、直流侧的非特征谐波，直流侧的9次和18次谐波等。非特征谐波的计算分析比较复杂。通常是对各种因素分别单独考虑，经简化处理，得出交流侧和直流侧的非特征谐波电流和电压，把它们视为谐波电流和电压源，来计算交、直流网络中的非特征谐波电流和电压的分布。谐波的产生：各种换流器都在直流侧产生谐波，直流输电系统中常用的桥式换流器也不例外。直流侧的薛波主

80、要是换流引起的谐波，即所谓特征谐波和其他原因引起的谐波，其中由其他原因引起的谐波主要是指换流器参数和控制的各种不对称引起的谐波以及交流电网中谐波通过换流器转移到直流侧的谐波，即所谓非特征谐波。谐波的污染与危害:谐波的污染与危害主要表现在对电力与信号的干扰影响方面。可大致概括谐波对电力的危害有以下几个方面：旋转电机（换流变压器过负荷）等的附加谐波损耗与发热。谐波谐振过电压，造成电气元器件及设备的故障与损坏。电能计算错误。在对信号干扰方面有：对通信系统产生电磁干扰，使电信质量下降；使重要的和敏感的自动控制、保护装置误动作；危害到功率处理器自身的正常运行。1.对变压器的影响负荷电流含有谐波时，将在3个方面引起变压器发热的增加：（1）方根均值电流。如果变压器容量正好与负荷容量相同，那么谐波电流将使得方均根值电流大于额定值。总方均根值电流的增加会引起导体损耗增加。（2）涡流损耗。涡流是由磁链引起的变压器的感应电流。感应电流流经绕组、铁芯以及变压器磁场环绕的其他导体时，会产生附加发热。这部分损害以引起涡流的谐波电流的频率的二次方增加。因此该损耗是变压器谐波发热损耗的重要组成部分。（3）铁芯损耗。考虑谐波时，铁损的增加取决于谐波对外加电压的影响以及变压器的组成部分。2.对电机