特高压直流输电工程一次系统设计概述

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2)远距离大容量直流输电同时又具有联网性质
当电力系统的大型电站需要向其他电网远离电站的负荷中心 送电时，可以利用直流输电在远距离输电和联网方面的优点， 选择这种类型的输电方式。中国三峡电站向华东和广东送电， 均属于这种类型，它既解决了三峡向华东和广东的送电问题， 又实现了华中与华东和华中与华南电网的联网问题，在全国 联网中起了重要的作用。
目前直流输电的应用主要在以下几个方面。
(1)远距离大容量输电直流输电线路的造价和运行费用均交 流输电低，而换流站的造价和运行用均比交流变电所的高。
(2)电力系统联网
(a)直流联网为非同步联网，这与采用交流的同步联网有本质的不 同。非同步联网的被联电网可用各自的频率非同步独立运行，可保 持各个电网自己的电能质量（如频率、电压）而不受联网的影响。 采用交流的同步联网，必须在同一频率下同步运行。
13、He who seize the right moment, is the right man.谁把握机遇，谁就心想事成。21.7.2021.7.2012:52:4312:52: 43July 20, 2021
14、谁要是自己还没有发展培养和教 育好， 他就不 能发展 培养和 教育别 人。2021年7月 20日星 期二下 午12时 52分43秒12:52:4321.7.20
特高压直流输电工程 一次系统设计
2012.11
1． 直流输电技术
1．1 世界直流技术发展过程
(1)汞弧阀换流时期
世界上共有12项采用汞弧阀换流的直流工程投入运பைடு நூலகம்。 其中最大输送容量和最长输送距离的为美国太平洋联络 线(1440MW、1362km)，最高输电电压的为加拿大纳尔 逊河I期工程(±450kV)。这一时期可称为汞弧阀换流时 期。
17、儿童是中心，教育的措施便围绕 他们而 组织起 来。下 午12时52分43秒下午12时52分12:52:4321.7.20
July 2021
2、Our destiny offers not only the cup of despair, but the chalice of opportunity. (Richard Nixon, American President )命运给予我们的不是失望之酒，而是机会之杯。二〇二一年六月十七日2021年6月17日星期四
直流输电工程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。
逆变器阀电压和直流电压
多桥换流器
多桥换流器通常由偶数个桥串联组成，每2个桥组成1 个双桥。每个双桥中的2个桥分别由相位相差30度的2 组交流电源供电。2 组交流电源可以由接线为 Y/Y,Y/delta的2组换流变压器得到。由于两者交流相 位相差30度，得到的直流电压是12脉动的。
在直流电流中，仅含有12k±1次的特征谐波。
▪ 滞后角（触发角） ▪ 整流器电压
逆变器工作原理
▪ 换相过程（换相角）和熄弧角 ▪ 逆变器电压
换流器工作原理
单6脉动桥等值电路
交流电压
6脉动桥导通及换相过程
触发延迟角：如果在阀上施加触发脉冲的时刻比自然 换相点C1延迟一个相位角，那么这个相位角就是触发 延迟角。
通过改变触发延迟角，整流侧可以实现对直流电压的 控制。
(b)被联电网间交换的功率，可以用直流输电的控制系统进行快速、 方便地控制，而受被联电网运行条件的影响，便于经营和管理。采 用交流联网，则联络线上的功率受两电网运行情况的影响而很难进 行控制。
(c)联网后不增加被联电网的短路容量，不需要考虑因 短路容量的增加、断路器因遮断容量不够而需要更换、 以及电缆需要采用限流措施等问题。
3)直流电缆送电
直流电缆没有电容电流，输送容量不受距离的限制，而交 流电缆由于电容电流很大，其输送距离将受到限制。交流 电缆每相的电容电流可用下式表示
IC Un 2 f C0l
(1—1)
其临界距离可用下式表示
lcr
IP Un 2 πfC0
(km) (1—2)
由上式可知，交流电缆的临界输送距离与其所允许的负荷 电流成正比，而与其额定电压和单位长度的电容成反比， 其额定电压越高，单位长度的电容越大，则临界距离越短。
4、All that you do, do with your might; things done by halves are never done right. ----R.H. Stoddard, American poet做一切事都应尽力而为，半途而废永远不行6.17.20216.17.202110:5110:5110:51:1910:51:19
2. 直流输电的工作原理
主要由换流站（整流站和逆变站）、直流线路、交流 侧和直流侧的电力滤波器、无功补偿装置、换流变压 器、直流电抗器以及保护、控制装置等构成（见图直 流输电系统的基本构成）。 其中换流站是直流输电系统的核心，它完成交流和直 流之间的变换。
2. 直流输电的工作原理
整流器的工作原理
4)现有交流输电线路的增容改造
一些地区高压架空线路走廊的选择越来越困难。直流输电的输电密 度比交流输电高，改建现有交流输电线路为直流输电线路是利用已 有的线路走廊，提高输电能力值得考虑的办法。
5)轻型直流输电(HVDC Light)
轻型直流输电是20世纪90年代开始发展的一种新型直流输电工程。 它采用脉宽调制(PWM)技术，应用绝缘栅双极晶体管(1GBT)组成的 电压源换流器进行换流。由于这种换流器的功能强、体积小，可减 少换流站的设备、简化换流站的结构，从而称之为轻型直流输电。
3. 各设备的特点和作用
换流阀
换流阀是换流站中的主要设备，它的作用是把 交流电力变成直流电力，或者实现逆变换。
早期直流工程多采用汞弧阀，随着电力电子工 业的发展，晶闸管阀逐步取代了汞弧阀。根据触 发方式不同，晶闸管阀又可分为电触发晶闸管换 流阀和光触发晶闸管换流阀。
晶闸管阀有空气绝缘和油绝缘两种，空气绝缘 占主导地位。空气绝缘阀有风冷、循环油冷和水 冷等冷却方式，其中以水冷的效果最好。
(d）可以方便地利用直流输电的快速控制来改善交流 电网的运行性能，减少故障时两电网的相互影响，提 高电网运行的稳定性，降低大电网大面积停电的概率， 提高大电网运行的可靠性。
目前在工程中所采用的直流联网有以下两种类型:
1)背靠背直流联网 其特点是整流和逆变放在一个背靠背换流站内；无直流输 电线路；可选择低的直流电压和较小的平波电抗值；可省 去直流滤波器，从而降低了换流站的造价。另外，它还可 以比远距离直流输电更为方便地调节换流站的无功功率， 来改善被联电网的电压稳定性。对于电力系统之间的弱联 系，采用背靠背联网更为有利。
直流系统接线：整流侧+逆变 侧
3 直流输电设备
直流场: 直流开关刀闸/母线/ 平波电抗/直流滤波器/ 直流电压电流测量/ 直流出线/
阀厅: 换流阀/刀闸
控制室: 直流极控阀控系统/ SCADA系统/ 空调/消防/站用电/ 阀内水冷系统/
继电器小室: 交流保护/ 交流场滤波器场测控及保护/
交流场: 开关刀闸/母线/交流进线/避雷器 换流变压器/ 交流滤波器/阻波器/ 电压电流测量/
5、You have to believe in yourself. That's the secret of success. ----Charles Chaplin人必须相信自己，这是成功的秘诀。-Thursday, June 17, 2021June 21Thursday, June 17, 20216/17/2021
1954—2000年，世界上已投入运行的直流输电工程有63项， 其中架空线路17项，电缆线路8项，架空线和电缆混合线 路12项，背靠背直流工程26项。
(3)新型半导体换流设备的应用
20世纪90年代以后，新型氧化物半导体器件一绝缘栅双极 晶体管(IGBT)首先在工业驱动装置上得到广泛的应用。
1．2 直流基本原理和主要部件构成 1）直流输电工程系统构成
Vd Vd 0 cos 3 2E cos
逆变器的工作原理
换流器作为逆变器运行必须满足以下3个条件： 整流器空载电压大于逆变器空载电压，且两者方向相
反； 逆变器也必须由交流系统提供换相电流，以实现逆变
器的桥阀按照正确的顺序换相。在逆变器的桥阀顺序 导通的时候，把直流电流送入逆变器所连接的交流系 统三相中； 要有足够大的超前关断角，以保证换流阀的可靠触发。
11、一个好的教师，是一个懂得心理 学和教 育学的 人。21.7.2012: 52:4312:52Jul -2120-Jul-21
12、要记住，你不仅是教课的教师， 也是学 生的教 育者， 生活的 导师和 道德的 引路人 。12:52:4312: 52:4312:52Tuesday, July 20, 2021
换流器的实质是6个可控的电子开关，在触发脉冲的控 制下轮流将直流侧接到三相交流电源的某两相上，从 而将交流变成直流。
直流电压波形
换流器功率因数角
换流器总是存在滞后的功率因数，因此在工作过程中 要消耗大量的无功。
单桥等值电路： 为了保证正常触发，触发角不能太小，但触发角太大
将增加换流器的无功损耗。通常触发角为12.5~17.5度。
3、Patience is bitter, but its fruit is sweet. (Jean Jacques Rousseau , French thinker)忍耐是痛苦的，但它的果实是甜蜜的。10:516.17.202110:516.17.202110:5110:51:196.17.202110:516.17.2021
(2)晶闸管阀换流时期
1970年瑞典首先在哥特兰岛直流工程上扩建了直流电 压为50kv，功率为10MW，采用晶闸管换流阀的试验工程。
1972年世界上第一个采用晶闸管换流的伊尔河背靠 背直流工程在加拿大投入运行。由于晶闸管换流阀比汞 弧阀有明显的优点，此后新建的直流工程均采用晶闸管 换流阀。与此同时，原来采用汞弧阀的直流工程也逐步 被晶闸管阀所替代。
直流输电的应用场合可分为以下两大类型。
1)采用交流输电在技术上有困难或不可能，而只能采用直流输电的场合， 如不同频率(如50Hz、60Hz)电网之间的联网或向不同频率的电网送电；因 稳定问题采用交流输电难以实现；远距离电缆送电，采用交流电缆因电容 电流太大而无法实现等。 2)在技术上采用两种输电方式均能实现，但采用直流输电比交流输电的 技术经济性好。对于这种情况则需要对工程的输电方案进行比较和论证， 最后根据比较的结果选择术经济性能优越的方案。
15、一年之计，莫如树谷；十年之计 ，莫如 树木； 终身之 计，莫 如树人 。2021年7月下 午12时 52分21.7.2012:52July 20, 2021
16、提出一个问题往往比解决一个更 重要。 因为解 决问题 也许仅 是一个 数学上 或实验 上的技 能而已 ，而提 出新的 问题， 却需要 有创造 性的想 像力， 而且标 志着科 学的真 正进步 。2021年7月20日星期 二12时 52分43秒12:52:4320
2）换流站基本换流单元
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 制保护装置等。
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。
1．3 直流应用和工程类型
1.3.1 直流输电应用