直流输电换流站基本计算

直流输电换流站根本计算标准直流输电工程额定值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(RectificationPlant)、逆变站(InverterPlant)和直流输电线路(Line)三局部，由于每一局部都有损耗，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—郑州换流站额定直PdN8000MW。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UaN、换流变压器额定抽头以及换流器额定触发角αN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:172550708085、100125140150160180200250270350400、500、533、600、660kV和800kV等。将来随着直流输电技术的进展、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沟通输电一样形成肯定的电压等级系列，以便于设备制造和降低工程费用。dN在哈郑直流输电工程中确定的额定直流电压U为dN800kV额定直流电流dN当额定直流功率确定后，额定直流电流通常是由额定直I是直流输电系统中直流电流的平均值，它应能在规定的全部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。dN本工程额定直流功率为双极8000MW，额定直流电压为I800kV。由IN

P 可得，额定直流电流为5kA。NUN直流输电稳态工况计算由直流输电稳态工况计算可知，工程中直流侧和沟通侧电压、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格外重要的意义。本节中列出了在进展直流工程设计中进展稳态计算分析时，常常用到的计算公式。直流输电极对地电压UdNUdNRU 800kV 式(2-1)dNR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=21.1239Ω，IdN

=5kA，U U ΔU747.1855kAdNI dNR

式(2-2)

——ΔU R Id d 2

整流站和逆变站之间直流回路电压降，kV；IdR2U

-U〕

式(2-3)I dR dI 5000kAd R平波电抗器电阻、接地极引线电阻和接地极电阻等。本文主要争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，查阅资料得此工程承受6*JL/G3A-1000/45和6*JL/G2A-1000/80型号的大截面导线。单位直流电阻分别为r 0.02873Ω/km。2

r 0.02862Ω/km 和1R2RRL L

r1

r 26L得双极直流线路电阻R 为额d2d定值为21.1239Ω。(3)Pd整流站双极直流功率逆变站双极直流功率

PdNR

8000MW 式(2-4)PdNI

IdNI

2747.185557471.855MW

式(2-5)直流回路电压降ΔUdΔU U -U 800747.185552.8145kV 式(2-6)d dNR dNI直流线路损耗ΔPdΔPPd dNR

-PdNI

80007471.855528.145MW 式(2-7)换流站消耗的无功Qc

QPtanφ 式(2-7)c dtanφ

π180-nμssinμsin2αμ

式(2-8)式中，Pd为直流功率，MW；φ为整流站逆变站的功率因数角，°；整流站消耗的无功QcRπ180-sinμcostanφ R

π18025.3680-sin25.3680cos21525.3680 sin25.3680sin21525.36800.5653Q PcR dR

tanφR

80000.56534522.3221Mvar 式(2-9)逆变站消耗的无功QcI为tanφ I

π180-nγsπ180π18024.21-sin24.21cos21724.21sin24,21sin21724.21Q PcI dI

tanφI

7471.8550.59254426.7721Mvar 式(2-10)换流站与沟通系统交换无功功率Qsys

Q -Qtotal

式(2-11)

sys

Q

为total换流站无功补偿装置所供给的无功总量。Q 为换流站所消耗dc的无功总量。换流器换向角μ整流站的换向角μRcosμ

I Ud di0NR

式(2-12)R逆变站的换向角μI

xNRIdN

Udi0RIdUdi0NI

式(2-13)I xNIIdN

Udi0I式中：dxNR、dxNI为两端换流站的相对感性压降；Udi0R和U

di0I压；Id为直流电流。在双极平衡额定运行工况下，两式中的1，依据后文：整流侧：I cosμcos-2d d di0NRco15-20.1020.7619I R xNRIdN

Udi0Rμarcco〔μarcco0.761-1525.3680R R式(2-14)逆变侧：cosμcos-

I UId di0NIcos17-20.1020.7523I

UdN di0Iμarccos〔μγarcco0.752-1724.2100I I式(2-15)换流站功率因数cosφ整流站的功率因数cosφR

R 2 R 2式(2-16)逆变站的功率因数cosφI

I 2 I 2式(2-17)换流器沟通侧电流Iv整流器、逆变器沟通侧电流与直流电流的关系可近似表示为Iv换流变视在功率S

3

2323Sπ

54.0824kA

式(2-18)式(2-19)U I3 di0d整流站一个极的换流变压器视在总功率SRSπSU IR 3 di0Rd

π930.626054872.7463MVA3

式(2-20)逆变站一个极的换流变压器视在总功率SISπSU II 3 di0Id

π879.104054602.9778MVA3

式(2-21)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打算的。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[6]，即I2Idmin dd12式进展计算。Idd12

2U ωLd

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%其降压运行方式的直