直流输电基本原理0709

p1
p2
p3
p4
p5
p6
p1
p2
p3
p4
p5
p6
1
ea
C3
0 2
eb
C5
4
ec
C1
6
ea
C3
8
eb
C5
10
ec
C1
12
u
t
0.5
C1 1 C2
0
1
0.5
0.5
C4
2 4
C6
6
C2
8
C4
10
C6
12
0.5
1.5
1
2 1
5 5 6 6 1
6
6
2
1
1
3
2 3
2
3 eba 4
3 4
3
4 eca 5
4 5
U d 1.35 U cos a
3

L I d
可控整流电压
C
3 3 U d 1.35 U cos a L I d Udio cos a L I d
电压矢量关系
ea e e
( a+ c)/2
ec
电压矢量关系
eb
可控整流器的外特性
换流器的等值电路
2 )Id 3
iB iB1 iB 2
(1
1 )Id 3
2 )Id 3
iC iC1 iC 2
(1
直流谐波
1. 直流侧谐波
• 特征谐波 n=kp 6脉动换流器 12脉动换流器 • 非特征谐波 产生的原因： 6、12、18、… 12、24、36、…
交流电压中含有谐波电压 两个6脉动组的换流变漏抗／变比误差 两极换流器运行参数不相等 换流变三相漏抗误差 触发脉冲不等距
C2
4 5
4 5 6
5 6
5 6 1
C6
2 3
1 2
2 3 4
3 4
3 4 5
C62
2 3 3 4
5 6
1 2
-iv4 -iv6 iv5
iv1 iv3
-iv4 -iv6 iv5
iv1
ia iv1 iv 4
ib iv 3 iv 6
-iv2
iv3
ic iv 5 iv 2
-iv2
逆变桥波形
葛洲坝工程 (mA) 天广工程(mA) 印度Rihand-Delhi 单极运行 450 1000 810 双极平衡运行 150 500 270
直流谐波
4. 减小直流谐波的途径
• • • • 增加脉动数 减小阀的触发角 改变直流线路参数 装设直流滤波器
超过12脉动不合算
受运行方式限制 增大衰减常数(理论) 工程应用
直流电压
相电流
桥臂电压
整流运行
整流运行小结
直流电压 Vd＝Vdiocos a－dId
Vdio＝1.35E 值 d ＝3L/ L 相
Id E
理想空载直流电压
换流变阀侧线电压有效 等值换相电阻 从电源到阀桥之间的每 等值电抗 直流电流
单桥逆变器
逆变器
逆变器的直流电压（ μ > 0 ）
H
2 f
2 * Pn2 * I n
= Kz*Ie(i) Vi 直流线路上 i点谐波电压对电话线路产生的干扰电压 Kz 1kHz频率下直流线与电话线间的耦合阻抗 n 直流谐波次数 Pn , Hf n次谐波的等效加权系数及耦合系数 In n次谐波电流(极线和地线中谐波电流代数和) Ie(i) i点 等效谐波干扰电流 实测需很小的压差
直流输电原理(反送)
逆变 Id 整流
注意: 只需很小的压差 电流方向不变,仅电压极性反转！
换流器的结线方式
采用6脉动换流桥为基本单元
与其他结线方式相比， 6脉动换流桥的优点： • 直流电压相同条件下，阀在断态下所承受的电压峰值较低； • 直流输出功率相同条件下，换流变压器阀侧绕组容量较小； • 换流变结线简单，无需两个副绕组或有中心抽头的副绕组；
ec
6.28
ea
C1
eb
C3
C5
5 6 1
ec
12.57
u-
C1
0.5 1
1.5
2
3 4 5
C2
4 5
4 5 6
5 6
5 6 1
C6
2 3
1 2
2 3 4
3 4
3 4 5
C2
4 5
4 5 6
C4 6
6 1 1 2
5 6
1 2
1 2 3
C62
2 3 3 4
u
iV1 iV2 iV3 iV4 iV5 iV6
Vd
(p.u.)
Vd
(p.u.)
1.0
C
B
0.8
b
c
0.0
Id(p.u.)
0.0
Id(p.u.)
控制特性配合4
电流裕度控制
(p.u.) Vd
°
Vd
(p.u.)
1.0
γ
1.0
In
γ =18°
Idz
Idn
Idz
∆I
0.0
Id(p.u.)
0.0
Id(p.u.)
电流调节器示意
Id调节例
小结
控制直流功率的手段
5. 直流滤波器类型
• 无源型 (葛南、三常、三广等) • 有源型 完全有源型 混合有源型 (天广)
直流谐波
直流谐波的危害
1）对直流系统本身
设备额定值 运行费用 2）对直流线路和接地极线路邻近通信系统的干扰 主要是明线电话线路 3）通过换流器使交流谐波 换流器是频率转换器 直流侧设备附加发热
直流谐波
2. 对邻近通信线路产生噪声干扰
干扰电压 计算：Vi = Kz* 沿线分布
n 50 n 1
采用晶闸管元件（半控器件）
• 晶闸管导通条件 • 晶闸管关断条件 正向电压 电流过零 触发脉冲
晶闸管
阳极
门极
阴极
六脉动换流桥
共阴极组
桥臂
共阳极组
晶闸管阀塔
6脉动二极管整流桥(未计入换相电感)
共阴极组
Id
ea eb
ec
共阳极组
Id
6脉动二极管整流
直流电压 （平均值）
纹波
整流器的阀电流和交流侧电流（不计换相）
4
5 ecb 6
5 6
5
1
6
6
2
1
1
3
2 3
2
3 eba 4
3 4
3
4 5
4
5 ecb 6
u-
2 2 eab 1 e1 ac ebc
1 1 2 2 e6 ab eac ebc
e4 ca
5
0.5
ud
120
0
a a
180
6 8 10 12
a 3
2
4
t
0.5
uV 3
1
整流桥波形
可控整流器的阀两端电压波形
U+
单桥整流器相电流波形
2 1.5
U-
p1
p2
p3
p4
p5
p6
p1
p2
p3
p4
p5
p6
1
ea
C3
0 2
eb
C5
4
ec
C1
6
ea
C3
8
eb
C5
10
ec
C1
12
u
t
0.5
C1
0.5
C2
5 5 6 6 1 6 1 6 1 2 1 2
C4
1 2 3 2 3 2 3 4 3 4
逆变器定γ等值电路
逆变器定β等值电路
稳态特性
μ δ=γ
单桥换流器稳态特性
直流电压与a角的关系
换流器的功率因数
a
μ
2
μ
μ
μ
相关公式总结
U d 1.35 U cos a 3
整流

3
L I d
L I d )
逆变
U d (1.35 U cos
逆变电压
V1 V5V1 C V5 P1 c4 A
a
经过计算
3
U d (1.35 U cos

L I d )
逆变器的阀电压与阀电流
单桥逆变器阀电流波形
2 1.5
p5
p6
p1.
p2
p3
P4
p5
p6
p1
p2
p3
p4
1
0.5
ea
0
eb
C3 C5 C4
6 1 6 1 2 1 2 3
小结
基本控制配合2
• 整流站控制Id 由电流调节器控制Id Id ＝Ido 由换流变抽头调节控制换流器α α=15º ±2.5º • 逆变站控制Ud 由电压调节器控制Ud Ud ＝ Udo 由换流变抽头调节控制γ γ＝17º±2.5º • 例：天广、贵广
小结
基本控制配合3
• 整流站控制Id 由电流调节器控制Id Id ＝Ido 由换流变抽头调节控制换流变阀侧空载电压 Udi0不变。 • 逆变站控制Ud 由关断角调节器控制γ γ＝17º 由换流变抽头调节控制换流变阀侧空载电压 Udi0不变。 • 例：葛南
C6
3 4 5 4 5 4 5 6 5 6
C2
5 6 1 6 1 6 1 2 1 2
C4
1 2 3 2 3 2 3 4 3
C6
3 5 4 4 6
1
1.5
i4a 45 iv 51 iv 4
ib iv 3 iv 6
ic iv 5 iv 2
u-
2
U+
单桥整流器电压波形
2 1.5
U-
直流输电基本原理
中国电力科学研究院 曾南超
内容提要
• • • • • • • • • • • 直流输电原理 换流器的结线方式 6脉动可控桥 换相过程 整流器运行 逆变器运行 等值电路图 稳态特性 两站控制特性的配合 交流量和直流量的近似关系 交直流谐波及无功补偿
直流输电原理(正送)
整流 Id
逆变
控制特性配合1
定α、定β
(p.u.) Vd Vd
定α、定γ
(p.u.)
② 1.0 ① 1.0
③ ①
0.0
Id(p.u.)
0.0
Id(p.u.)
控制特性配合2
定Id、定β
Vd (p.u.) Vd
定α、定Id
(p.u.)
1.0
C
1.0
c
0.0
Id(p.u.)
0.0
Id(p.u.)
控制特性配合3
定Ud、定Id
• 改变a角(Vd＝1.35Ecos a－dId) 调节范围大；连续调节；调节速度快。 主要控制手段 • 改变换流变抽头位置(Vd＝1.35Ecos a－dId) 调节范围小；分级调节；调节速度慢。 辅助控制手段
小结 基本控制配合1
• 整流站控制Id 由电流调节器控制Id Id ＝Ido 由换流变抽头调节控制换流器α α=15º ±2.5º • 逆变站控制Ud 由关断角调节器控制γ γ＝17º 由换流变抽头调节控制Ud Ud ＝ Udo±1% • 例：三常、三广
12脉动阀组
u
12脉动桥电源侧电流波形
ud 2
eca ecb ecb eab eab eac eac ebc ebc eba eba eca eca ecb ecb eab eab
p61 p62 p11 p12 p21 p22 p31 p32 p41 p42 p51 p52 p61 p62 p11 p12p61 p62
单桥逆变器换流变阀侧电流波形
2
1.5
p5
p6
p1.
p2
p3
P4
p5
p6
p1
p2
p3
p4
1
0.5
ea
0
eb
C3 C5 C4
6 1 6 1 2 1 2 3
ec
6.28
ea
C1 C3 C2
4 5 4 5 6 5 6 1
eb
C5
C4 6
6 1 1 2 1 2 3
ec
12.57
uu
C1
0.5 1
1.5
2
3 4 5
C61 C62 C11 C12 C21 C22 C31 C32 C41 C42 C51 C52 C61 C62 C11 C12 C21 C22
ud 1

1 Id 3
2
t
(1
(1 1 )Id 3
2 )Id 3
iA iA1 iA2
(1
(1 1 )Id 3
1 Id 3
1 Id 3

叠弧角
2 L I d cos(a ) cosa U
a
等值电路图
稳态特性
S点左侧 Vd = Vdzocosa- Id dz S点右侧 定 运行 Vd = Vdoncos +Id (dn + R) 定 运行 Vd = Vdoncos - Id (dn - R) Id = (Vdzocosa - Vdoncos) /(dz+R + dn) = (Vdzocosa - Vdoncos )/(dz+R - dn)
交流量和直流量的近似关系
• 交流电流和直流电流 换流桥交流侧电流有效值 I=( 6/)*Id = 0.78Id 换流桥交流侧基波电流有效值 I1=( 6/)*Id*k1 k1 = f(a,) • 交流电压和直流电压 Vd = [3*2/(2)]*E*[cosa+cos(a +)] • 换流器视在功率 W = 3*E*I • 换流器总功率因数 cos = [cos a + cos (a+)]/2 • 交流功率和直流功率 P = Pd 忽略换流器损耗（< 1％Pdn）
换相过程
ea eb ec
叠弧（换相电感）引起的电压降
U d 6 f L I d
3 6 L Id L I d 2
峰值整流
电压降
整流电压(平均值)
U d 1.35 U
3

L I d
6脉动可控桥
U+
Id
ea eb ec
ia ib ic A B C U-
-
Id
a >0 时，考虑叠弧后整流电压平均值
直流滤波器
等效干扰电流 表示所有谐波的综合干扰效应，沿线 分布 Ieq(i) = [Ie(i) A2+ Ie(i) B 2]1/2 Ie(i) A 换流站A直流谐波电压源在i点产生的等效干扰电流幅值 Ie(i) B 换流站B直流谐波电压源在i点产生的等效干扰电流幅值 3. 性能衡量标准 Ieq目前国际上尚无统一标准
直流电压
相电流
桥臂电压
逆变运行
逆变运行小结
超前角 ＝180°－a 迭弧角 关断角 (δ) 熄弧角，换相余裕角
直流电压 Vd＝Vdiocos ＋dId Vd＝Vdiocos －dId Vdio＝1.35E 理想空载直流电压 E 换流变阀侧线电压有效