高压直流输电

1、高压直流输电HVDC的主要元件和基本原理一、主要元件T TT XdT FT QcT LT DLT 基本原理交流母线交流系统 I无功补偿设备交 流滤波器直流线路Vd I 换流站I平波电抗器直 流滤波器桥I交流母线换 流变压器断路器桥II图1.1 HVDC原理图换流站II 交流系统 I I无功补偿设备交 流滤波器换 流变压器Vd II 换流器（converter） 将交流电转换成直流电,或者将直流电转换成交流电的设备。 HVDC的主要元件其中， 整流器（Rectifier）-将交流电转换成直流电的换流器。 逆变器（Inverter）-将直流电转换成交流电的换流器。图1.2 三相全波桥式换流电路原理

2、图MNV1V3V5V4V6V2ABC单桥Graetz桥正 极共阴极负 极共阳极桥臂/阀臂/阀桥交流端上 半 桥 / 共阴极半桥下 半 桥 / 共阳极半桥晶闸管AM 桥臂组成方式： 晶闸管串联AM 晶闸管（串）并联 桥臂特点： 均压 均流电压：5.59kV电流：1.23.5kAR 主电路T thyristorT valve 12T T 晶闸管（ Thyristor ） 特点： 单向导电 可控导通KAG 导通的充要条件： 正向电压0 控制电流脉冲 可靠关断的充要条件： 正向电流0 正向电压0， 且持续一段时间R 串联T thyristor 12作用: 使HVDC系统建立自己的对地参考点 换流变压器

3、(Converter Transformer) 向换流器提供适当等级的不接地三相电压源设备特点: 接线方式： Y0/Y, Y0/， Y0/Y/ 减小注入系统的谐波R 主电路 短路电抗大： 1520% 噪声大T T 作用: 减小注入直流系统的谐波 平波电抗器（Smoothing Reactor） 减小换相失败的几率R 主电路参数: 0.271.5H (架空线) 12200mH (电缆线) 限制直流短路电流峰值 防止轻载时直流电流间断T Xd种类:交流滤波器， 直流滤波器 滤波器（Filter） 减小注入交、直流系统谐波的设备R 主电路有源、无源滤波器无源滤波器: 单调谐滤波器 双调谐滤波器 高通

4、滤波器种类:无源类： 电容器 无功补偿设备（Reactive Power Campensitor） R 主电路有源类： （同步）调相机，SVC作用: 提供换流器所需要的无功功率，减小换流器与系统的无功交换。换流器吸收无功功率： 3050%Pd (整流器)4060%Pd (逆变器)种类:架空线路电缆线路 直流线路（DC Line） R 主电路 交流断路器（Breaker） 使HVDC完全退出运行T Line 从交流系统向交流系统输电时，换流站把交流系统送来的三相交流功率变换成直流功率。通过直流输电线路把直流功率输送到换流站，再由换流站将直流功率转换成交流功率，送入交流系统 。这个过程称作HVDC

5、。 此时换流站为整流站，换流站为逆变站。二、HVDC的基本原理R 主电路 Id计算公式： 整流站输送功率： 逆变站接受的功率： 直流线损：R 主电路 描述整流器工作方式的几个角度： =触发延迟角 =叠弧角（换相角） =熄弧延迟角= +描述逆变器工作方式的几个角度： =触发超前角= - =熄弧超前角= - =叠弧角= - = - 二、HVDC的基本原理换流方程 整流侧逆变侧二、HVDC的基本原理 HVDC系统的控制一、直流系统的控制要求具有下列基本功能：1、减小由于交流系统电压的变化而引起的直流电流波动。 2、限制最大直流电流，防止换流器受到过载损害；限制最小直流电流，避免电流间断而引起过电压。

6、3、尽量减小逆变器发生换相失败的概率。 4、适当地减小换流器所损耗的无功功率。 1.5、正常运行时，直流电压保持在额定值水平，使得当输送给定功率时线路的功率损耗适当。 二、基本控制方式 整流器采用定电流控制和限制控制 逆变器采用恒定熄弧角（CEA）控制和电流控制 直流输电系统中，由于换流器的非线性特性，在交流系统和直流系统中将出现谐波电压和电流。而交直流系统间的谐波相互渗透、相互影响，使得谐波问题的研究变得异常复杂在一些理想化的假设条件下，换流站网侧的三相电流和直流侧电压中的谐波，其次数和特性比较规律，它们统称为特征谐波对于一个换流桥来说，在交流侧产生pn1(p为脉波数，n为正整数)次特征谐波

7、，而在直流侧产生pn次特征谐波。 谐波及滤波器各种各样的不对称，如不等间隔的触发脉冲、母线电压不对称和相间换相电抗的不对称，将产生额外的谐波，即“非特征谐波” 目前抑制谐波最广泛采用的方法是装设滤波器。近年来，随着电力电子技术的发展，出现了新型谐波补偿装置有源电力滤波器。这种滤波器即使在谐波频率迅速变化时，也能产生相应的补偿电流，并可根据需要对无功功率进行动态补偿。这是一种非常理想、很有前途的补偿装置。 谐波及滤波器 短路比与有效短路比 无功问题 与低有效短路比系统有关的问题交直流系统的相互作用换相失败：在换相电压反向（具有足够的去游离裕度）之前未能完成换相的故障换相失败不是由于阀的误操作引起

8、的，而是外部条件引起的。换相失败对于逆变器来说更为普遍，往往在大直流电流低交流电压等扰动时发生。仅当触发电路故障时，整流器才会发生换相失败故障 HVDC输电系统的分类 一、两端HVDC输电系统： 由两个换流站组成的直流输电系统。类型：两端直流输电系统，多端直流输电系统 类型：单极类双极类同极类背靠背T SPT SPT SPT SP 单极类：一线一地制、两线制 一线一地制 两线制IdId 双极类：两线一地制、两线制、三线制 两线一地制 两线制 三线制IdId 同极类：两线一地制、三线制 三线制IdId 背靠背(Back-to-Back)：单极类、双极类、同极类：没有直流线路的HVDC系统。 适用

9、性 两个不同额定频率交流系统的互联举例： 1972年，加拿大，HVDC首次全部采用晶闸管元件新不伦威克省魁北克省水电站280kV, 2 160MW背靠背 1965年,日本，sakuma工程： 2125kV,300MW,1200A, 50/60HzT BtB图 背靠背(B-t-B) ： 1991.7,潘家口抽水蓄能电站-我国第一个抽水蓄能电站： 10kV,60MW,50/3862HzG： 150MWG/M： 90MWSFC： 60MWG/MG/MG/MGSFC电力系统10kV10kV- Static Frequency Converter 双端HVDC系统典型设计方案 ：双极双桥如： 葛上工程

10、天广工程 三常工程 灵宝工程 贵广工程葛上HVDC系统图：209kVIdId500kV500kV500kV198kV葛洲坝220kV南 桥二、多端HVDC输电系统（MTDC-Multi-Terminal DC) 由两个以上换流站组成的HVDC输电系统。 分类： （恒电流）串联-多个换流站串联于直流网络中，公共电流流经所有换流站。 （恒电压）并联-多个换流器并联接于同一个公共电压端上的MTDC。 （恒电压）并联式MTDC 分类： (1) 辐射状直流网络型-HVDC网络呈辐射形状的并联式MTDC(2) 网状直流网络型-HVDC网络呈环网形状的并联式MTDC(1)辐射状直流网络型MTDC-并联式交流系统交流系统1432（a）系统 原 理 图（b）换流站 原理图124+_3(2)网状直流网络型MTDC-并联式4（a）系统 原 理 图系统2 系统13（b）换流站 原理图24+13 （恒电流）串联式MTDC系统系统1432（a）系统 原 理 图（b）换流站 原理图 IdIdIdId晶闸管- 8kV (-9kV)- 2kA- 5 inch wafer晶闸管R 阀单元政平换流站阀塔R 均压示意图C1R2R