高压直流输电
高压直流输电
第1章导论1.1高压直流输电概况1.1.1 交流输电还是直流输电？关于电能的输送方式，是采用直流输电还是交流输电，在历史上曾引起过很大的争论。
美国发明家爱迪生、英国物理学家开尔文都极力主张采用直流输电，而美国发明家威斯汀豪斯和英国物理学家费朗蒂则主张采用交流输电。
在早期，工程师们主要致力于研究直流电，发电站的供电范围也很有限，而且主要用于照明，还未用作工业动力。
例如，1882年爱迪生电气照明公司（创建于1878年）在伦敦建立了第一座发电站，安装了三台110伏“巨汉”号直流发电机，这是爱迪生于1880年研制的，这种发电机可以为1500个16瓦的白炽灯供电。
这一阶段发电、输电和用电均为直流电。
如1882年在德国建成的57km向慕尼黑国际展览会送电的直流输电线路（2kV，1.5kW）；1889年在法国用直流发电机串联而得到高电压，从毛梯埃斯（Moutiers）到里昂（Lyon）的230km直流输电线路（125kV，20MW）等，均为此种类型。
但是随着科学技术和工业生产发展的需要，电力技术在通信、运输、动力等方面逐渐得到广泛应用，社会对电力的需求也急剧增大。
由于用户的电压不能太高，因此要输送一定的功率，就要加大电流（P＝IU）。
而电流愈大，输电线路发热就愈厉害，损失的功率就愈多；而且电流大，损失在输电导线上的电压也大，使用户得到的电压降低，离发电站愈远的用户，得到的电压也就愈低。
直流输电的弊端，限制了电力的应用，促使人们探讨用交流输电的问题。
爱迪生虽然是一个伟大的发明家，但是他没有受过正规教育，缺乏理论知识，难以解决交流电涉及到的数学运算，阻碍了他对交流电的理解，所以在交、直流输电的争论中，成了保守势力的代表。
爱迪生认为交流电危险，不如直流电安全。
他还打比方说，沿街道敷设交流电缆，简直等于埋下地雷。
并且邀请人们和新闻记者，观看用高压交流电击死野狗、野猫的实验。
那时纽约州法院通过了一项法令，用电刑来执行死刑。
《高压直流输电》课件
研究高压直流输电线路和换流站对周边电磁环境的影响，制定相应的防护措施和标准，降低对环境和人体的影响。
研究高压直流输电在电网中的稳定运行机制，通过优化无功补偿、有功滤波等技术手段，提高系统的稳定性和可靠性。
高压直流输电系统的核心，负责将交流电转换为直流电或反之。
换流站
直流输电线路
接地极
用于传输直流电，通常采用架空线或海底电缆。
为系统提供参考地电位，并泄放多余的电流。
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实现交流电与直流电相互转换的核心元件。
换流阀
用于调整电压等级，使换流站能与不同电压等级的电网连接。
变压器
用于滤除换流过程中产生的谐波，减少对周围环境的干扰。
《高压直流输电》PPT课件
目录
高压直流输电概述高压直流输电的基本原理高压直流输电系统的构成与设备高压直流输电的优缺点与关键技术问题高压直流输电的工程实例与展望
01
高压直流输电概述
Chapter
总结词
高压直流输电是一种利用高压直流电进行远距离传输的输电方式，具有输送容量大、损耗小、稳定性高等特点。
详细描述
总结词
换流技术是高压直流输电的核心技术之一，涉及到整流和逆变两个过程。
详细描述
在整流过程中，交流电源转换为直流电源，通过控制晶闸管或绝缘栅双极晶体管的开关状态实现。逆变过程则是将直流电源转换为交流电源，同样通过控制开关状态实现。换流技术的关键在于保证电流的稳定和减小谐波干扰。
VS
高压直流输电的损耗主要包括线路损耗和换流损耗，提高效率是重要目标。
高压直流输电术语
高压直流输电术语高压直流输电是一种将电能以直流形式从发电厂输送到用户的电力传输技术。
与传统的交流输电相比，高压直流输电具有更高的效率、更远的距离和更小的输电损耗。
下面将从输电方式、输电特点和应用领域三个方面详细介绍高压直流输电术语。
一、输电方式1. 单线架空输电：高压直流输电可以通过架设单根输电线路来实现。
这种方式适用于输电距离短、地形平坦的场景。
单线架空输电需要考虑线路的安全性和稳定性，以及对环境的影响。
2. 铜氧化镍导体：高压直流输电线路中常使用铜氧化镍导体。
铜氧化镍导体具有良好的导电性能和导热性能，能够承受高温和高压。
此外，铜氧化镍导体还具有较小的电阻损耗和较高的机械强度。
3. 架空输电塔：高压直流输电线路需要架设输电塔来支撑输电线路。
架空输电塔通常由钢材制成，具有高强度和稳定性。
根据地形和线路距离的不同，输电塔的类型和形状也会有所不同。
二、输电特点1. 高电压：高压直流输电中，电压通常达到数百千伏或更高。
高电压可以减小输电线路的电流，降低线路损耗，提高输电效率。
同时，高电压也对输电线路的绝缘和安全性提出了更高的要求。
2. 低损耗：高压直流输电由于直流特性，输电线路的电阻损耗相对较低。
与交流输电相比，高压直流输电的线路损耗更小，能够减少能源的浪费，提高能源利用效率。
3. 远距离输电：高压直流输电相对于交流输电来说，具有更远的输送距离。
这是因为在长距离输电中，交流输电会产生较大的电阻损耗和电感损耗，而高压直流输电可以减小这些损耗。
三、应用领域1. 远距离输电：高压直流输电被广泛应用于远距离输电领域。
例如，海底电缆输电和跨国输电项目都采用高压直流输电技术。
通过高压直流输电，可以实现超长距离的电力传输，满足不同地区的用电需求。
2. 可再生能源输电：高压直流输电也逐渐应用于可再生能源输电领域。
由于可再生能源发电厂往往位于偏远地区，而用户集中在城市地区，高压直流输电可以有效地将可再生能源输送到用户，促进可再生能源的开发和利用。
高压直流输电
一、高压直流输电概述1．已投运的直流输电工程中，输送容量最大的是巴西的伊泰普直流输电工程，容量为6300MW，输电电压±600KV，线路长度806KM；输送电压等级最高的是前苏联的叶基巴斯利兹—欧洲中心的直流输电工程，容量为6000MW，电压±750KV，线路长达2414KM；2．直流输电的优点（1）线路造价低、年运行费用省；（2）没有运行稳定问题；（3）能限制短路电流；（4）调节速度快，运行可靠。
3．直流输电的缺点（1）环流装置价格昂贵；（2）消耗大量的无功功率；（3）产生谐波影响；（4）缺乏直流断路器；二、基本原理直流和交流线路不同，它只输送有功功率，而不输送无功功率。
一个换流站既可以作整流站，也可以做逆变站运行。
高压直流输电系统，就是将送端系统的高压交流电，经换流变压器变压，由换流器将高压交流转换成高压直流，通过直流输电线路输送到另一端换流站，再由换流器将将高压直流转换成高压交流，然后经过环流变压器与受端交流电网相连，将电能送至受端系统。
三、换流站电气主接线及电气设备1．换流站电气主接线两种方式：一种是换流单元串联而成；另一种是由换流单元并联而成。
绝大多数采用串联方式。
两端单极直流输电系统、两端双极直流输电系统；2．电气设备主接线中除了换流变压器、换流桥、平波电抗器、交流滤波器组、直流滤波器组、接地电极外，还包括交流断路器、同步调相机、避雷器、高频阻塞器、直流冲击波吸收电容器、直流电流互感器和直流电压互感器以及旁路隔离开关等。
换流器、换流变压器、平波电抗器和滤波器等看做是换流站特有的主要一次电气设备。
换流器，用于将交流电力变换成直流电力，或将直流电力逆变为交流电力。
现在的换流器都是由晶闸管组成的，每个晶闸管的额定电压可达1.5KV，额定电流1200A。
换流变压器，用于电压的变换和功率的传送。
交流断路器，用于将直流侧空载的换流站或者换流装置投入到交流电力系统或从其中切出。
高压直流输电
高压直流输电一、高压直流输电系统（HVDC）概述众所周知，电的发展首先是从直流开始的，但很快就被交流电所取代，并且在相当长的一段时间内，在发电、输电和用电各个领域，都是交流电一统天下的格局。
HVDC技术是从20世纪50年代开始得到应用的。
经过半个世纪的发展，HVDC技术的应用取得了长足的进步。
据不完全统计，目前包括在建工程在内，世界上己有近百个HVDC 工程，遍布5大洲20多个国家。
其中，瑞典在1954年建成投运的哥特兰（Gotland）岛HVDC 工程（20MW，100kV，90km海底电缆）是世界上第一个商业化的HVDC工程，由阿西亚公司(ASEA，今ABB集团)完成；拥有最高电压（±600kV）和最大输送容量（2 x 3150MW）的HVDC工程为巴西伊泰普（Itaipu）工程；输送距离最长（1700km）的HVDC 工程为南非英加——沙巴（1nga2Shaba）工程；电流最大的HVDC工程在我国：如三常、三广和贵广HVDC工程，额定直流电流均为3000A。
HVDC的发达地区在欧洲和北美，ABB和西门子等公司拥有最先进的HVDC技术，美国是HVDC工程最多的国家。
HVDC在我国是从20世纪80年代末开始应用的，起步虽然较晚，但发展很快。
目前包括在建工程在内，总输送容量已达18000MW以上，总输送距离超过7000km，该两项指标均已成为世界第一。
我国第一个HVDC工程是浙江舟山HVDC工程（为工业试验性工程），葛沪HVDC工程是我国第一个远距离大容量HVDC工程，三常HVDC工程是我国第一个输送容量最大（3000MW）的HVDC工程，灵宝（河南省灵宝县）背靠背HVDC工程是我国第一个背靠背HVDC工程。
我国已投运的HVDC工程见表1。
表1我国已投运的HVDC工程另外，2010年前后建成投运的HVDC工程有四川德阳——陕西宝鸡（1800 MW、±500 kV，550km）、宁夏银南——天津东（3000MW、±500kV，1200km）等；至2020年前后，还计划建设云南昆明——广东增城、金沙江水电基地一华中和华东HVDC工程以及东北——华北、华北——华中、华中——南方背靠背HVDC工程等十几个HVDC工程。
高压直流输电技术简析
高压直流输电技术简析高压直流输电技术是一种将电能以直流形式进行长距离传输的技术。
相比传统的交流输电技术，高压直流输电技术具有许多优势，如输电损耗小、输电距离远、电网稳定性高等。
本文将对高压直流输电技术进行简析，介绍其原理、应用和发展前景。
一、高压直流输电技术的原理高压直流输电技术是利用变流器将交流电转换为直流电，然后通过高压直流输电线路将直流电进行传输，最后再通过变流器将直流电转换为交流电。
这种技术的核心是变流器，它能够实现电能的双向转换，即将交流电转换为直流电，也可以将直流电转换为交流电。
二、高压直流输电技术的应用1. 长距离输电：高压直流输电技术适用于长距离输电，特别是在海底或山区等地形复杂的地方。
由于直流电的输电损耗较小，可以有效减少能源的浪费，提高输电效率。
2. 交流与直流互联：高压直流输电技术可以实现交流电与直流电的互联，使得不同电网之间可以进行互相补充，提高电网的稳定性和可靠性。
3. 可再生能源输电：随着可再生能源的快速发展，如风能、太阳能等，高压直流输电技术可以有效解决可再生能源的输电问题，将分散的可再生能源集中输送到用电地区，提高能源利用率。
三、高压直流输电技术的发展前景高压直流输电技术在能源领域具有广阔的应用前景。
随着能源需求的增加和能源结构的调整，高压直流输电技术将成为未来能源输送的重要手段。
目前，我国已经建成了多条高压直流输电线路，如长江三峡-上海、青海-河南等，这些线路的建设和运行经验为我国高压直流输电技术的发展提供了宝贵的经验。
未来，高压直流输电技术还将面临一些挑战和机遇。
一方面，随着技术的不断进步，高压直流输电技术的输电效率将进一步提高，输电损耗将进一步降低。
另一方面，随着可再生能源的快速发展，高压直流输电技术将成为可再生能源大规模开发和利用的重要手段。
总之，高压直流输电技术是一种具有广泛应用前景的技术。
它不仅可以实现长距离输电，提高能源利用效率，还可以实现交流与直流的互联，提高电网的稳定性和可靠性。
高压直流输电HVDC
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直流输电工程的缺点
与高压交流输电相比较，直流输电具有以下
缺点： 1、换流站的设备较昂贵； 2、换流装置要消耗大量的无功功率； 3、产生谐波影响； 4、换流装置几乎没有过载能力，对直流系统 的运行不利； 5、缺乏高压直流开关；
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6、直流输电利用大地或海水为回路带来了一
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高压直流输电系统的经济优势：线损
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高压直流输电系统的经济优势：环境
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三、HVDC系统的组成
三相电源 换流站 输电电缆或者架空线 换流站 交流电网
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HVDC系统的组成
高压直流输电的主要设备是两个换流站和直流输电 线。 两个换流站分别与两端的交流系统相连接。
HVDC的核心有两个：整流与逆变
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HVDC系统的组成
换流站的主要设备包括换流器、换流变压器、平波 电抗器、交流滤波器、直流避雷器及控制保护设备 等。 换流器又称换流阀是换流站的关键设备，其功能是 实现整流和逆变。目前换流器多数采用晶闸管可控 硅整流管)组成三相桥式整流作为基本单元，称为换 流桥。一般由两个或多个换流桥组成换流系统，实 现交流变直流直流变交流的功能。
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四、柔性直流输电
柔性直流输电的技术特点
柔性直流输电是以全控型电力电子器件、电压源换流器和新型调制
技术为突出标志的新一代直流输电技术，具有无需无功补偿和电网 支撑换相、占地面积和环境影响小等特点；
±800千伏特高压直流输电原理
近年来，随着能源互联网的不断发展，±800千伏特高压直流输电技术备受关注。
本文将从深度和广度两个方面，全面评估这一技术，并撰写一篇有价值的文章，以便读者更加深入地理解这一主题。
一、技术原理1.1 ±800千伏特高压直流输电的基本概念在电力输电领域，直流输电和交流输电各有优势和劣势。
直流输电具有输电损耗小、输电距离远等优点，因此被广泛应用于大距离、大功率的电力输送。
而±800千伏特高压直流输电技术，作为直流输电的一种重要形式，其基本原理在于通过将正负极之间的电压差维持在±800千伏，实现远距离、大容量的电力输送。
1.2 输电线路的构成和特点在±800千伏特高压直流输电技术中，输电线路是其核心组成部分。
该技术的输电线路通常由直流电源、换流站、传输线路、换流站和接收端设备组成。
其中，直流电源部分包括换流变压器、滤波器等设备，而传输线路则采用高压直流输电线路，这些设备共同构成了±800千伏特高压直流输电系统。
二、技术应用2.1 ±800千伏特高压直流输电在国内外的应用目前，±800千伏特高压直流输电技术已经在国内外得到了广泛应用。
在我国，±800千伏特高压直流输电已经在西北等地区实现了大规模的应用，为区域间的大容量输电提供了有效的技术支持；在国际上，类似的技术也被广泛应用于远距离、大容量的国际输电项目中，为全球能源互联网建设提供了有力的技术支撑。
2.2 技术的优势和挑战在实际应用中，±800千伏特高压直流输电技术具有诸多优势，如输电损耗小、占地面积少、造价低等，但同时也面临着技术难度大、设备成本高等挑战。
在实际应用中需要充分权衡其优势和挑战，以实现最佳的技术应用效果。
三、个人观点±800千伏特高压直流输电技术作为直流输电的一种重要形式，其在能源互联网建设中具有重要意义。
我认为，随着我国能源互联网的不断发展，±800千伏特高压直流输电技术将在未来得到更加广泛的应用，并为我国电力系统的高效、安全运行做出更大的贡献。
高压直流输电技术
高压直流输电技术在电力系统中的实际应用案例
案例一：国家电网的特高压直流 输电工程
案例三：高压直流输电在海上风 电并网中的应用
添加标题
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案例二：南方电网的背靠背直流 输电工程
案例四：高压直流输电在跨国电 力联网中的应用
高压直流输电技术在电力系统中的未来发展方向
更高电压等级：随着技术的进步，高压直流输电系统的电压等级将进一步 提高，以实现更远距离、更大容量的电力传输。
智能控制：利用先进的控制算法和人工智能技术，实现对高压直流输电系 统的智能控制，提高电力系统的稳定性和可靠性。
添加标题
应用场景：广泛应用于电力系统、城市供电、铁路供电等领域。
添加标题
未来发展：随着新能源、智能电网等技术的不断发展，高压直流输电技 术的应用前景更加广阔。
高压直流输电技术的应用场景
跨大区电网互联 远距离大容量输电 分布式能源并网 城市供电和配电网
02
高压直流输电技术的发展历程
高压直流输电技术的起源和发展
起源：20世纪初，高压直流输电技术开始发展，主要用于城市供电和跨大 区输电。
发展历程：20世纪50年代，随着电力电子技术和控制技术的进步，高压直 流输电技术逐渐成熟并得到广泛应用。
技术特点：高压直流输电具有输送功率大、线路损耗小、输送距离远等优 点，尤其适用于大容量、远距离输电。
应用场景：高压直流输电技术广泛应用于电力系统互联、海上风电并网、 城市供电等领域。
04
高压直流输电技术的关键技术问题
高压直流输电系统的设计和优化
高压直流输电
2E sin t
6
2E cos
6
6
同理，将A 除以 ／3，即得到这种情况下直流电压的平均值
Vd
A
3
32
E cos
Vd0 cos
1.35E cos
从上式可以看出，在考虑到 0 的情况下，与 0 时比较，直流输出电压改
1.3直流输电系统的分类
一、单极线路方式
单极线路方式是用一根架空导线或电缆线，以大地或海水作为 直流输电系统。
二、双极线路方式
双极线路方式有两根不同极性（即正、负）的导线，可具有大 地回路或中性线回路。它有双极两线中性点两端接地方式、双极中 性点单端接地方式、双极中性线方式、“背靠背”换流方式四种方式。
半桥各有一个阀导通，不考虑变压器
图2.1 单桥整流器原理接线图
漏抗造成的选弧 （即重叠角 ＝0)，
也不考虑阀导通时的延迟（即延迟
角
）。
图2.2 交流相电压的波形图
2.1 整流器的工作原理
所以理想情况下的整流器的工作 原理是：联系最高交流电压的晶闸管 将导通，电流由此流出；而联系最低 交流电压的晶闸管也导通，电流由此 返回。通过按照一定次序的晶闸管阀 的“通”与“断”，将交流电压变换 成脉 动的直流电压。
1.1954年以前——试验性 阶段
2.1954年至1972年——发 展阶段
3.1972年到现在——大力 发展阶段
图1.1 直流输电的发展概况
1.1 高压直流输电的发展历史
二、我国高压直流输电的发展情况
50年代，我国关于直流输电技术的研究工作就开始起步，但发 展曲折而缓慢，而且从设计、运行、制造等方面来看，与世界先进 水平还有相当大的差距。浙江舟山直流输电工程是我国第一个直流 输电试点工程，为发展我国的直流输电技术进行探索、积累经验。
高压直流输电(HVDC)
HVDC的发展
HVDC技术的 发展历史
悬挂式可控硅阀，150kV/914A 采用微型机的控制系统
第一个可控硅阀，50kV/200A
用作监控的显示器
汞弧整流器，50kV/200A 真空管控制装置
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二、直流输电工程的特点
与高压交流输电相比较，直流输电具有以下
优点： 1、输送相同功率时，线路造价低； 2、线路损耗小； 3、适宜于海底输电； 4、没有系统稳定问题； 5、能限制系统的短路电流；
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6、调节速度快，运行可靠；
7、实现交流系统的异步连接；
8、直流输电可方便的进行分期建设和增容扩
建，有利于发挥投资效益。
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2、晶闸管换流时期
20世纪70年代以后，电力电子技术与微电子
技术的发展，高压大功率晶闸管的问世，晶 闸管换流阀和微机控制技术在直流输电工程 中的应用，这些进步有效地促进了直流输电 技术的发展。晶闸管换流阀比汞弧阀有明显 的优势，以后所建的直流工程均采用晶闸管 换流阀。
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四、柔性直流输电
柔性直流输电的技术特点
柔性直流输电是以全控型电力电子器件、电压源换流器和新型调制
技术为突出标志的新一代直流输电技术，具有无需无功补偿和电网 支撑换相、占地面积和环境影响小等特点；
柔性直流输电系统适用于可再生能源发电并网、孤岛和城市供电等
方面，特别是在风力发电并网方面，柔性直流输电系统的综合优势 最为明显；
高压直流输电（HVDC）
刘战 硕研11-03班
高压直流输电
解析高压直流输电技术
高压直流输电（HVDC），是利用稳定的直流电具有无感抗、容抗也不起作用、无同步问题等优点而采用的大功率远距离直流输电。
输电过程为直流。
该技术被用于通过架空线和海底电缆远距离输送电能；同时在一些不适于用传统交流联接的场合，它也被用于独立电力系统间的联接。
今天小编就来为大家详细分析下高压直流输电技术，以供大家参考！高压直流输电概述1、高压直流输电：定义：将三相交流电通过换流站整流变成直流电，然后通过直流输电线路送往另一个换流站逆变成三相交流电的输电方式。
•高压直流输电原理图如下：•换流器（整流或逆变）：将交流电转换成直流电或将直流电转换成交流电的设备。
•换流变压器：向换流器提供适当等级的不接地三相电压源设备。
•平波电抗器：减小注入直流系统的谐波，减小换相失败的几率，防止轻载时直流电流间断，限制直流短路电流峰值。
•滤波器：减小注入交、直流系统谐波的设备。
•无功补偿设备：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。
2、高压直流输电对比交流输电：1）技术性•功率传输特性：交流为了满足稳定问题，常需采用串补、静补等措施，有时甚至不得不提高输电电压。
将增加很多电气设备，代价昂贵。
直流输电没有相位和功角，无需考虑稳定问题，这是直流输电的重要特点，也是它的一大优势。
•线路故障时的自防护能力：交流线路单相接地后，其消除过程一般约0.4~0.8秒，加上重合闸时间，约0.6~1秒恢复。
直流线路单极接地，整流、逆变两侧晶闸管阀立即闭锁，电压降为零，迫使直流电流降到零，故障电弧熄灭不存在电流无法过零的困难，直流线路单极故障的恢复时间一般在0.2~0.35秒内。
•过负荷能力：交流输电线路具有较高的持续运行能力，其最大输送容量往往受稳定极限控制。
直流线路也有一定的过负荷能力，受制约的往往是换流站。
通常分2小时过负荷能力、10秒钟过负荷能力和固有过负荷能力等。
前两者葛上直流工程分别为10%和25%，后者视环境温度而异。
高压直流输电原理与运行-第一章
高压直流输电原理与运行第一章绪论1.1 高压直流输电的构成1.高压直流输电由整流站，直流输电线路和逆变站三部分构成。
常规高压直流输电，由半控型晶闸管器件构成，采用电网换相；轻型高压直流输电，由全控型电力电子构成，采用器件换相。
2.针对电网换相方式有：（1）长距离直流输电（单方向、双方向直流送电）；（2）BTB直流输电；（3）交、直流并列输电；（4）交、直流叠加输电；（5）三极直流输电。
3.直流系统的构成针对电网换相方式有：（1）直流单极输电1）大地或海水回流方式：可降低输电线路造价；但材料要求较高，对地下铺设设备、通信等有影响；2）导体回流方式：可分段投资和建设；（2）直流双极输电1）中性点两端接地方式：优点，当一极故障退出，另一极仍可以大地或海水为回流方式，输送50%的电力；缺点，正常运行时，变压器参数、触发控制的角度等不完全对称，会在中性线有一定的电流流通，对中性点接地变压器，地下铺设设备和通信等有影响。
2）中性点单端接地方式：优点，大大减小单极故障时的接地电流的电磁干扰；缺点，单极故障时直流系统必须停运，降低了可靠性和可利用率。
3）中性线方式：中性线设计容量小，正常运行时，流过中性线的不平衡电流小，降低电磁干扰。
3.直流多回线输电1）线路并联多回输电方式：可提高输电容量、输电的可靠性和了可利用率。
2）换流器并联方式的多回线输电：实现相互备用，提高直流输电的可靠性和可利用率。
4．多段直流输电1）并联直流输电方式：要实现功率反转必须通过断路器的投切来改变换流站与直流线路的连接方式。
2）串联多端直流输电方式：各换流器与交流系统的功率通过对电压的调整进行。
1.2 高压直流输电的特点及应用场合1.直流输电的特点1）经济性：流输电架空线路只需正负两极导线、杆塔结构简单、线路造价低、损耗小；直流电缆线路输送容量大、造价低、损耗小、不易老化、寿命长，且输送距离不受限制；➢通常规定，当直流输电线路和换流站的造价与交流输电线路和交流变电所的造价相等时的输电距离为等价距离。
高压直流输电
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一、HVDC概述
❖ 换流器在整流和逆变过程中将要产生5、7、11、 13、17、19等多次谐波。为了减少各次谐波进入 交流系统在换流站交流母线上要装设滤波器。它 由电抗线圈、电容器和小电阻3种设备串联组成 通过调谐的参数配合可滤掉多次谐波。 一般在换 流站的交流侧母线装有5、7、11、13次谐波滤波 器组。
❖ 随着高电压大容量可控硅及控制保护技术的 发展，换流设备造价逐渐降低，等价距离缩 短，使直流输电近年来发展较快。
❖ 我国葛洲坝一上海1100km。
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三、采用 HVDC技术的理由
高压直流输电系统的经济优势：线损
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三、采用 HVDC技术的理由
高压直流输电系统的经济优势：环境
❖ 应用高压直流输电系统，电能等级和方向均能得到 快速精确的控制，这种性能可提高它所连接的交流 电网性能和效率，直流输电系统已经被普遍应用。
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一、HVDC概述
❖ 高压直流输电是将三相交流电通过换流站整流变成 直流电，然后通过直流输电线路送往另一个换流站 逆变成三相交流电的输电方式。
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二、HVDC的特点
• 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
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三、采用 HVDC技术的理由
直流输电系统的技术优势
P
U
2 d1
U
2 d2
2R
• 无稳定性问题 • 可快速控制潮流
U d kU v (cos U k 2 )
高压直流输电原理及运行
高压直流输电原理及运行高压直流输电：将三相交流电通过换流站整流变成直流电，然后通过直流输电线路送往另一个换流站逆变成三相交流电的输电方式。
高压直流输电原理图如下：换流器（整流或逆变）：将交流电转换成直流电或将直流电转换成交流电的设备。
换流变压器：向换流器提供适当等级的不接地三相电压源设备。
平波电抗器：减小注入直流系统的谐波，减小换相失败的几率，防止轻载时直流电流间断，限制直流短路电流峰值。
滤波器：减小注入交、直流系统谐波的设备。
无功补偿设备：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。
高压直流输电对比交流输电：1）技术性功率传输特性。
交流为了满足稳定问题，常需采用串补、静补等措施，有时甚至不得不提高输电电压。
将增加很多电气设备，代价昂贵。
直流输电没有相位和功角，无需考虑稳定问题，这是直流输电的重要特点，也是它的一大优势。
线路故障时的自防护能力。
交流线路单相接地后，其消除过程一般约0.4~0.8秒，加上重合闸时间，约0.6~1秒恢复。
直流线路单极接地，整流、逆变两侧晶闸管阀立即闭锁，电压降为零，迫使直流电流降到零，故障电弧熄灭不存在电流无法过零的困难，直流线路单极故障的恢复时间一般在0.2~0.35秒内。
过负荷能力。
交流输电线路具有较高的持续运行能力，其最大输送容量往往受稳定极限控制。
直流线路也有一定的过负荷能力，受制约的往往是换流站。
通常分2小时过负荷能力、10秒钟过负荷能力和固有过负荷能力等。
前两者葛上直流工程分别为10%和25%，后者视环境温度而异。
就过负荷而言，交流有更大灵活性，直流如果需要更大过负荷能力，则在设备选型时要预先考虑，此时需增加投资。
潮流和功率控制。
交流输电取决于网络参数、发电机与负荷的运行方式，值班人员需要进行调度，但又难于控制，直流输电则可全自动控制。
直流输电控制系统响应快速、调节精确、操作方便、能实现多目标控制。
短路容量。
两个系统以交流互联时，将增加两侧系统的短路容量，有时会造成部分原有断路器不能满足遮断容量要求而需要更换设备。
高压直流输电系统课件pptx
自20世纪初开始研究，随着电力 电子技术的发展，高压直流输电 技术逐渐成熟并广泛应用。
工作原理及结构组成
工作原理
通过换流站将交流电转换为直流电进 行传输，接收端再通过换流站将直流 电转换回交流电。
结构组成
主要包括换流站、直流输电线路、控 制系统等部分。
优缺点分析
优点 线路造价低，适合长距离输电；
没有交流输电的稳定问题，传输容量大；
优缺点分析
• 可实现异步联网，提高电网稳定性。
优缺点分析
01
缺点
02
03
04
换流站设备复杂，造价高；
直流输电对通信有干扰；
不能直接给交流负载供电。
02
换流站设备与技术
换流站功能及类型
功能
将交流电转换为直流电进行传输，同时实现电压等级的变换 。
类型
根据换流站所处位置及作用，可分为整流站、逆变站和背靠 背换流站。
06
高压直流输电系统发展趋势与挑 战
国内外发展现状对比
国内外高压直流输电 系统规模和数量对比
国内外高压直流输电 系统应用领域差异
国内外高压直流输电 系统技术水平比较
未来发展趋势预测
高压直流输电系统技术创新方向 高压直流输电系统市场规模预测 高压直流输电系统应用领域拓展趋势
面临挑战和机遇
01
02
可靠的硬件设备
采用高质量的硬件设备，确保保护系统的稳定性和可靠性。
典型案例分析
案例一
某高压直流输电系统故障 分析
故障描述
某高压直流输电系统在运 行过程中发生故障，导致 系统停运。
故障原因分析
经过检查发现，故障原因 为控制策略失效，导致系 统无法稳定运行。
高压直流输电技术简析
高压直流输电技术简析1. 引言高压直流输电技术是一种将电能以直流形式进行长距离传输的技术。
相比于传统的交流输电技术，高压直流输电技术具有许多优势，如输电损耗小、线路占地面积小、环境影响小等。
本文将对高压直流输电技术进行简要分析和介绍。
2. 高压直流输电的原理高压直流输电是利用变流器将交流电转换为直流电，并通过高压直流线路进行传输。
在送端，变流器将交流电转换为直流电，并通过高压直流线路输送到接收端。
在接收端，变流器将直流电转换为交流电供给用户使用。
3. 高压直流输电的优势3.1 输电损耗小相比于交流输电，高压直流输电的输电损耗更小。
这是因为在高压直流线路上，由于没有交变磁场的存在，导线的电阻损耗和感应损耗都会减小，从而提高了输电效率。
3.2 线路占地面积小由于高压直流输电线路的输电损耗小，所以可以采用较小的导线截面积，从而减小了线路的占地面积。
这对于在城市中进行输电非常重要，可以减少对土地资源的占用。
3.3 环境影响小相比于交流输电，高压直流输电对环境的影响更小。
由于高压直流线路没有交变磁场的存在，所以对周围环境和生物没有产生明显的影响。
这对于保护生态环境具有重要意义。
4. 高压直流输电的应用4.1 远距离输电由于高压直流输电技术具有输电损耗小的优势，所以适用于远距离输电。
在远距离输电中，高压直流输电可以减少能量损耗，提高能源利用效率。
4.2 海底输电高压直流输电技术还适用于海底输电。
由于海底环境复杂，传统的交流输电技术很难实现海底输电。
而高压直流输电技术可以通过特殊设计的海底线缆实现海底输电，具有较高的可靠性和稳定性。
4.3 新能源接入随着新能源的快速发展，高压直流输电技术也被广泛应用于新能源接入。
由于新能源发电站通常位于偏远地区，而用户需求集中在城市中，传统的交流输电技术无法满足需求。
而高压直流输电技术可以将新能源从发电站输送到城市，实现新能源的大规模接入。
5. 高压直流输电技术的挑战虽然高压直流输电技术具有许多优势，但也面临一些挑战。
高压直流输电系统(HVDC)基本概念和应用
高压直流输电系统（HVDC）基本概念和应用1HVDC的基本概念高压直流输电（HVDC）的基本原理是通过整流器将交流电变换为直流电形式，再通过逆变器将直流电变换为交流电，从而实现电能传输和电网互联。
典型双极HVDC的主系统如图2-1所示。
图2-1 高压直流输电系统原理接线图根据直流导线的正负极性，直流输电系统分为单极系统、双极系统和同极系统。
为了提高直流现路的电压和减小换流器产生的谐波，常将多个换流桥串联而成为多个多桥换流器。
多桥换流器的接线方式有双极和同极。
图2-1即为双极接线方式。
换流站中的主要设备有：换流器、换流变压器、平波电抗器、交流滤波器、直流滤波器、无功补偿设备和断路器。
换流器的功能是实现交流电与直流电之间的变换。
把交流变为直流时称为整流器，反之称为逆变器。
组成换流器的最基本元件是阀元件。
现代高压阀元件的额定电压约为3～5kV，额定电流约为 2.5～3kA。
由于阀元件的耐压值和过流量有限，换流器可由一个或多个换流桥串并联组成。
用于直流输电的换流桥为三相桥式换流电路。
一个换流桥有6个桥臂，桥臂由阀元件组成。
换流桥的直流端与直流线路相连，交流端与换流变压器的二次绕组相连。
换流变压器的一次绕组与交流电力系统相连。
换流变压器与普通的电力变压器相同，但通常须带有有载调压分接头，从而可以通过调节换流变压器的变比方便地控制系统的运行状况。
换流变压器的直流侧通常为三角形或星形中性点不接地接线，这样直流线路可以有独立于交流系统的电压参考点。
换流器运行时，在其交流侧和直流侧都产生谐波电压和谐波电流。
这些谐波分量影响电能质量，干扰无线通讯，因而必须安装参数合适的滤波器抑制这些谐波。
平波电抗器的电感值很大，有时可达1H。
其主要作用是减小直流线路中的谐波电压和谐波电流；避免逆变器的换相失败；保证直流电流在轻负荷时的连续；当直流线路发生短路时限制整流器中的短路电流峰值。
另外，换流器在运行时需从交流系统吸收大量无功功率。
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R 主电路
Id计算公式：
Id U d U d Rd (1)
整流站输送功率：
Pd U d I d
逆变站接受的功率：
(2)
(3)
R 主电路
P d U d I d
直流线损：
P Pd Pd (Ud Ud ) Id I2d R d
谐波及滤波器
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pn±1(p为脉 波数，n为正整数)次特征谐波，而在直流侧产生 pn次特征谐波。
偿装置。
交直流系统的相互作用
短路比与有效短路比
交流系统短路容量（ MVA） SCR 直流换流器额定功率（ MW） 交流系统短路容量（ MVA） 容性无功补偿（ MVAr) ESCR 直流换流器额定功率（ MW）
无功问题
Id 3 cos cos Xc Vd 0
与低有效短路比系统有关的问题
作用:
减小注入直流系统的谐波
减小换相失败的几率
防止轻载时直流电流间断 限制直流短路电流峰值 0.27~1.5H (架空线) 12~200mH (电缆线)
参数:
T Xd
R 主电路
滤波器（Filter）
减小注入交、直流系统谐波的设备
种类:
交流滤波器， 直流滤波器
R 主电路
ห้องสมุดไป่ตู้
有源、无源滤波器
T valve 1~2
晶闸管（串）并联
T
均流
T
R 主电路
晶闸管（ Thyristor ）
特点： o 可控导通 o 单向导电 导通的充要条件： • 正向电压>0 • 控制电流脉冲
K
G
A
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
T thyristor 1~2
R 串联
T 基本原理
T T
T Xd
T F
T Qc
T L
T DL
HVDC的主要元件
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。 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。
正 极 M 共阴极 V3 V5 桥臂/ 阀臂/ 阀
上半桥/
共阴极半桥
V1 A
B C
下半桥/ 共阳极半桥 V4 V6 V2 桥交流端
N
负 极
共阳极
图1.2 三相全波桥式换流电路原理图
单桥
Graetz桥
M
M 晶闸管
T thyristor
电压：5.5~9kV 电流：1.2~3.5kA
A
A
• 桥臂组成方式： 晶闸管串联 • 桥臂特点： 均压
换流变压器(Converter Transformer)
向换流器提供适当等级的不接地三相电压源设备
作用:
使HVDC系统建立自己的对地参考点 减小注入系统的谐波 Y0/Y, Y0/△， Y0/Y/△
R 主电路
特点:
接线方式： 噪声大
短路电抗大： 15~20%
T T
平波电抗器（Smoothing Reactor）
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
故障
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
R 主电路
直流线路（DC Line）
种类:
架空线路 电缆线路
T Line
交流断路器（Breaker）
使HVDC完全退出运行
R 主电路
二、HVDC的基本原理
从交流系统Ⅰ向交流系统Ⅱ输电时，换流 站Ⅰ把交流系统Ⅰ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Ⅱ，再由换流站Ⅱ将直流功率转换成交流功 率，送入交流系统Ⅱ 。这个过程称作HVDC。 此时换流站Ⅰ为整流站，换流站Ⅱ为逆变站。
高压直流输电
HVDC
HVDC的主要元件和基本原理
一、主要元件
换流站I
平波电抗器
换流站II 换 流 变压器 Vd II
交流系 统II
交流母线 换 流 变压器 Vd I 交流 系统 I 断路器
直 流 滤波器
交流母线
直流线路 无功补 偿设备 交 流 滤波器 桥I
桥II
交 流 滤波器
无功补 偿设备
图1.1 HVDC原理图
3
X c Id
逆变侧
Vd 3 2
Vl cos( )
3
X c Id
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。 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α 限制控制 逆变器采用恒定熄弧角（CEA）控制和电流控制
(4)
二、HVDC的基本原理 描述整流器工作方式的几个角度：
=触发延迟角 =熄弧延迟角=
=叠弧角（换相角）
+
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
Vd 3 2
Vl cos( )
无源滤波器: 单调谐滤波器 双调谐滤波器 高通滤波器
无功补偿设备（Reactive Power Campensitor）
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： 30~50%Pd (整流器)
40~60%Pd (逆变器)
种类:
无源类： 电容器 有源类： （同步）调相机，SVC