研究生电力电子课程第七章

第七章在电力工业中的应用电力电子技术原理与应用2010级硕士研究生课程8/19/20241应用特点高电压大电流大功率高可靠性第七章在电力工业中的应用8/19/20242应用实例高压直流输电（HVDC）静止无功补偿（SVC、SVG）有源滤波器（APF）可控串联补偿

柔性（灵活）交流输电系统（FACTS）

……第七章在电力工业中的应用8/19/20243新运营方式的技术支撑第七章在电力工业中的应用8/19/20244第七章在电力工业中的应用什么是HVDC？RectifierInverterLine/CableACsystemACsystemHVDCHighVoltageDirectCurrent8/19/20245第七章在电力工业中的应用为什么用HVDC？

最适合大容量、远距离输电的电能形态

线路造价较低线路损耗较小异步联接可控制性好8/19/20246第七章在电力工业中的应用电力发展简史：人们对电的认识

静电

伏打电池电报试验性“远距离”直流输电交流电力系统现代意义的高压直流输电8/19/20247第七章在电力工业中的应用电力发展简史：人们对电的认识

静电

伏打电池电报试验性“远距离”直流输电交流电力系统现代意义的高压直流输电19世纪初，通过导线传输微弱的电流8/19/20248第七章在电力工业中的应用电力发展简史：人们对电的认识

静电

伏打电池电报试验性“远距离”直流输电交流电力系统现代意义的高压直流输电1882年，1500～2000V，1.5kW，57km。1927年，125kV，20MW，225km。8/19/20249第七章在电力工业中的应用电力发展简史：人们对电的认识

静电

伏打电池电报试验性“远距离”直流输电交流电力系统现代意义的高压直流输电19世纪80～90年代，交流发电机，变压器，感应电动机……。规模巨大的交流电力系统。8/19/202410第七章在电力工业中的应用电力发展简史：人们对电的认识

静电

伏打电池电报试验性“远距离”直流输电交流电力系统现代意义的高压直流输电交流输电系统的问题。高压直流输电重新引起人们重视。8/19/202411第七章在电力工业中的应用交流输电系统的技术问题输电距离的限制稳定性问题潮流难于控制振荡与摇摆8/19/202412第七章在电力工业中的应用交流输电系统的技术问题交变的电磁场：无功问题恒定的电磁场：没有无功问题电缆输电情况下问题尤为突出！8/19/202413第七章在电力工业中的应用HVDC的技术优势无稳定性问题可快速控制潮流8/19/202414等价距离第七章在电力工业中的应用HVDC的经济优势：建设8/19/202415线损比较第七章在电力工业中的应用HVDC的经济优势：运行8/19/202416第七章在电力工业中的应用HVDC的环保优势8/19/202417HVDC的应用长距离、大容量输电（能源基地到负荷中心）联络线（电力系统之间或电力企业之间）电缆输电（地下或海底）改造原有交流线路以增加输电容量第七章在电力工业中的应用8/19/202418HVDC换流站的主要设备换流器（包括换流变压器等）滤波器及无功补偿设备控制系统断路器等第七章在电力工业中的应用8/19/202419滤波正极12脉动A端滤波负极12脉动B端滤波及无功补偿直流输电线交流系统A交流系统BYYDYYYDYLdLd第七章在电力工业中的应用HVDC原理示意图双桥换流器8/19/202420第七章在电力工业中的应用双桥12脉动换流器直流电压（a变化，u

=0）8/19/202421第七章在电力工业中的应用双桥12脉动换流器直流电压（a变化，u

>0）8/19/202422第七章在电力工业中的应用双桥12脉动换流器交流电流（a变化，u

=0）Y/Y接线变压器原边电流D

/Y接线变压器原边电流8/19/202423第七章在电力工业中的应用双桥12脉动换流器交流电流（a变化，u

=0）Y/Y接线变压器原边电流D

/Y接线变压器原边电流交流侧总电流8/19/202424第七章在电力工业中的应用双桥12脉动换流器交流电流（a变化，u

=0）8/19/202425HVDC换流器运行时产生的谐波（特征谐波）交流侧：直流侧：第七章在电力工业中的应用8/19/202426HVDC换流器运行时产生的谐波

特征谐波：非特征谐波：第七章在电力工业中的应用由电路结构及工作方式决定而产生的谐波由于理想条件不能满足而产生的谐波8/19/202427第七章在电力工业中的应用理想的假定条件

三相交流电源对称、正弦、频率恒定交流电网阻抗对称，忽略换流变压器激磁导纳大电感平波电抗器，换流器直流侧电流为纯直流特性理想的阀桥阀等相位间隔依次触发8/19/202428HVDC换流站中的滤波器交流侧滤波器单调谐滤波器双调谐滤波器高通滤波器直流侧滤波器第七章在电力工业中的应用8/19/202429第七章在电力工业中的应用换流装置的功率因数（直观分析）8/19/202430第七章在电力工业中的应用换流装置的基波功率因数（工程应用）较精确较粗略8/19/202431第七章在电力工业中的应用换流装置的功率因数分析有功功率基波无功功率畸变无功功率8/19/202432HVDC换流器运行时所需的无功功率第七章在电力工业中的应用8/19/202433HVDC换流站中的无功补偿设备交流侧滤波器兼作无功补偿无功补偿电容器调相机静止（动态）无功补偿装置第七章在电力工业中的应用弱系统中的电压支撑8/19/202434HVDC换流站的控制系统复杂的数字控制系统站控极控阀控分层控制第七章在电力工业中的应用8/19/202435HVDC系统常用控制运行方式系统级控制整流侧定电流、逆变侧定熄弧角整流侧定电流、逆变侧定电压整流侧定

角、逆变侧定电流两侧换流器控制定功率控制调频控制第七章在电力工业中的应用8/19/202436已建成的部分HVDC线路（ABB公司）第七章在电力工业中的应用8/19/202437

NelsonRiver2NelsonRiver119772004

SylmarEastConverterStation19951987VirginiaSmithWelsh1995CeliloConverterStation1997/2002Poste

Châteauguay1984Moyle2001Etzenricht1993Dürnrohr1983Wien

Südost19931995Acaray1981

Cahora

BassaRehabilitation19771998

Guizhou-

Guangdong2005Gezhouba-

Shanghai1989Basslink2005Thailand-Malaysia2001East-SouthInterconnector2003Tianshengqiao-

Guangzhou2000Siemens公司近30年来的HVDC业绩第七章在电力工业中的应用8/19/202438国内已建成的HVDC线路宁波－舟山群岛（100kV，50MW，1988年投运）上海－嵊泗群岛（

±50kV，60MW，2002年投运）

葛洲坝－上海（

500kV，1200MW，1989年投运）天生桥－广州（

500kV，1800MW，2001年双极投运）三峡左岸－常州（

500kV，3000MW，2003年投运）三峡－广东（

500kV，3000MW，2004年投运）贵州－广东（

500kV，3000MW，2004年投运）灵宝背靠背（西北－华中联网工程，2005年投运）第七章在电力工业中的应用8/19/202439

三峡－上海（

500kV，3000MW，2006年投运）贵州－广东二回（

500kV，3000MW，2007年投运）

国内已建成的HVDC线路第七章在电力工业中的应用8/19/202440国内部分在建及规划的HVDC线路

三峡－上海（

500kV，3000MW，预计2007年投运）贵州－广东二回（

500kV，3000MW，预计2007年投运）

金沙江向家坝、溪洛渡外送工程（

800kV

）

澜沧江水电外送工程

……第七章在电力工业中的应用8/19/202441HVDC设备换流变压器（ABB）第七章在电力工业中的应用8/19/202442HVDC设备备用的换流变压器（SIEMANS）第七章在电力工业中的应用8/19/202443HVDC设备运行中的换流变压器（SIEMENS）第七章在电力工业中的应用8/19/202444HVDC设备运行中的换流变压器（SIEMENS）第七章在电力工业中的应用8/19/202445HVDC设备换流器（ABB）第七章在电力工业中的应用8/19/202446HVDC设备换流器（SIEMENS）第七章在电力工业中的应用8/19/202447HVDC设备换流器组件（SIEMENS）第七章在电力工业中的应用8/19/202448HVDC设备换流器组件局部（SIEMENS）第七章在电力工业中的应用8/19/202449HVDC设备换流器（某公司）第七章在电力工业中的应用8/19/202450HVDC设备阀厅（SIEMENS，天广线，广州换流站）第七章在电力工业中的应用8/19/202451HVDC设备阀厅（SIEMENS，天广线，广州换流站）第七章在电力工业中的应用8/19/202452HVDC设备第七章在电力工业中的应用阀厅与直流平波电抗（SIEMENS，天广线，广州换流站）8/19/202453HVDC设备第七章在电力工业中的应用交流侧滤波器（天广线，广州换流站）8/19/202454HVDC设备第七章在电力工业中的应用直流侧有源滤波器（世界上首次商业应用）8/19/202455HVDC设备第七章在电力工业中的应用阀冷却水处理系统（天广线，广州换流站）8/19/202456HVDC设备第七章在电力工业中的应用控制室模拟屏（天广线，广州换流站）8/19/202457HVDC设备第七章在电力工业中的应用天广线，广州换流站8/19/202458HVDC换流站（美国太平洋联络线）第七章在电力工业中的应用8/19/202459HVDC换流站（巴西伊泰普）第七章在电力工业中的应用8/19/202460HVDC技术的发展历史汞弧整流器，50kV/200A真空管控制装置第一个可控硅阀，50kV/200A用作监控的显示器悬挂式可控硅阀，150kV/914A采用微型机的控制系统第七章在电力工业中的应用8/19/202461轻型直流输电（HVDCLight）较小容量的直流输电系统（200～300MW以下）采用电压源型逆变器（由可关断器件构成）采用PWM技术第七章在电力工业中的应用VSC-HVDC8/19/202462第七章在电力工业中的应用轻型直流输电的应用8/19/202463第七章在电力工业中的应用小规模发电

提高可用性和经济性

小规模发电装置向主电网供电可再生能源发电装置8/19/202464第七章在电力工业中的应用向小规模区域负载、海岛供电

从主电网向负荷提供低成本能源

向无源网络供电8/19/202465第七章在电力工业中的应用向城市中心供电

利用已有路权，提高供电能力

平衡多路城市供电潮流8/19/202466第七章在电力工业中的应用多端直流网络

网络扩充能力

网络结构改变时的鲁棒性8/19/202467第七章在电力工业中的应用非同步联网

非同步网络互联

对功率交换的完全控制8/19/202468第七章在电力工业中的应用海洋石油平台

由于环保的原因，需要从大陆供电

平台间互联8/19/202469第七章在电力工业中的应用改造已有交流输电线路

增加输电能力

提高邻近网络的稳定性8/19/202470第七章在电力工业中的应用轻型直流输电工程8/19/202471第七章在电力工业中的应用轻型直流输电工程：果特兰岛工程8/19/202472静止无功补偿装置（SVC）在较弱的电力系统中维持稳定的电压降低输电损耗增加输电容量增加瞬态稳定极限对功率振荡起阻尼作用改进电压控制及稳定性第七章在电力工业中的应用8/19/202473晶闸管控制电抗器（TCR）第七章在电力工业中的应用静止无功补偿装置（SVC）8/19/202474TCR波形图第七章在电力工业中的应用8/19/202475TCR的无功功率第七章在电力工业中的应用8/19/202476TCR的基波电流与谐波电流第七章在电力工业中的应用8/19/202477晶闸管投切电容器（TSC）第七章在电力工业中的应用静止无功补偿装置（SVC）8/19/202478“伴生”的谐波与无功问题

TSC兼作滤波器按谐波情况投切（或按无功情况投切）第七章在电力工业中的应用静止无功补偿装置（SVC）：TSC的运行方式8/19/202479

TCR＋分组投切TSCTCR＋FCTCR＋FC＋分组投切TSC……第七章在电力工业中的应用静止无功补偿装置（SVC）的组合方式8/19/202480TCR＋TSC＋FC第七章在电力工业中的应用静止无功补偿装置（SVC）：原理框图8/19/202481TCR＋TSC＋FC第七章在电力工业中的应用静止无功补偿装置（SVC）：布置框图8/19/202482SVC成套装置（阿根廷SEGBA）第七章在电力工业中的应用8/19/202483SVC成套装置：唐山侉子庄变电站工程第七章在电力工业中的应用华北电网公司示范工程

TCR：10kV/11Mvar

FC：23Mvar（安装容量）8/19/202484SVC成套装置：晶闸管柜第七章在电力工业中的应用8/19/202485SVC成套装置：TCR中的电感第七章在电力工业中的应用8/19/202486SVC成套装置：滤波器（FC）第七章在电力工业中的应用8/19/202487SVC成套装置：漏磁场感应问题第七章在电力工业中的应用8/19/202488SVC装置：历史与发展第七章在电力工业中的应用8/19/202489SVC装置：历史与发展第七章在电力工业中的应用8/19/202490静止无功发生器（SVG）：原理第七章在电力工业中的应用8/19/202491静止无功发生器（SVG）：基波相量图第七章在电力工业中的应用8/19/202492静止无功发生器（SVG）：基波相量图第七章在电力工业中的应用8/19/202493第七章在电力工业中的应用静止无功发生器（SVG）：理想波形图8/19/202494第七章在电力工业中的应用静止无功发生器（SVG）：实际波形图8/19/202495瞬时无功理论：坐标变换第七章在电力工业中的应用电压：ABC

ab电流：ABC

ab8/19/202496瞬时无功理论：瞬时功率定义第七章在电力工业中的应用电压：ABC

ab电流：ABC

ab瞬时功率瞬时实功率（瞬时功率）瞬时虚功率物理意义？8/19/202497瞬时无功理论：瞬时功率分解直流分量低频分量高频分量第七章在电力工业中的应用8/19/202498瞬时无功理论：