直流换流站

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柔性化电力技术与电能质量研究所
0 0 直流电流波形
p5 p6 p1 p2 p3 p4 p5 p6
Chap.2 换流器理论及特性方程
2
1.5
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1
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柔性化电力技术与电能质量研究所
Chap.2 换流器理论及特性方程
逆变运行的必要条件
①与交流系统相连---有源逆变； ②与足够大的直流电源相连； Id ③同步控制脉冲 ④Ud为负，900＜α ＜1800 + ⑤ γ ＞ γ 0
直流平波电感
直流侧电流
换相电感 直流侧电压（滤波前） 直流侧电压（滤波后）
2005年7月30日 5
柔性化电力技术与电能质量研究所
Chap.2 换流器理论及特性方程
计及触发延时、计及换相角时单桥
的工作原理
换流器如何进行换相？
o
M
Ld Id
ea eb ec
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Lc ib Lc
1 3
5
+
ik
8. 直流开关：
灭弧问题。目前只用于回路方式转换。
9. 控制保护设备：
• 功能：起动、停运、自动调节、运行性
能 改进等。 • 类型：微机控制。各公司所用硬件、软 件不同。发展很快。
10. 远动通信：
• 功能：传送两换流站之间的信息、换流
站与调度以及其他所需信息。 • 类型：电力线载波、微波、光纤通信。
C4
6 1 2 1 2 1 2 3 2 3 2 3 4 3 4
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N
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单桥整流器的运行方式
工况2-3 工况3 工况3-4
---正常运行方式 ---非正常运行方式 ---故障运行方式
工况2-3： 在600的重复周期中，2个
阀和3个阀轮流导通的运行方式。
0 90
0

2
0 60
0
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二 换流站的主要设备 换流变压器 换流器 平波电抗器 交流滤波器 直流滤波器 无功补偿设备

避雷器 直流开关 控制保护装置 远动通信系统 直流测量设备 接地极及接地极线路
图1-1 两端直流输电系统构成原理图
1.换流变压器： 功能：电压配合、隔离、限流、抽头调节改善 运行性能。 特点：谐波、阀侧绕组绝缘（AC＋DC）、自动 调抽头、多绕组等。 类型：三相三线圈、三相双线圈、单相三线圈、 单相双线圈。
⑴ 双极对称方式 ⑵ 双极不对称方式 ① 双极电压不对称 ② 双极电流不对称 ③ 双极电压和电流均不对称
5. 运行控制方式
⑴ ⑵ ⑶ ⑷ 定功率控制方式 定电流控制方式 无功功率控制方式 交流电压控制方式
6. 直流输电系统的损耗
⑴ 换流站的损耗（小于额定容量的1%） ⑵ 直流线路损耗（主要是电阻损耗）
• • • • • •
⑷ 直流功率
Pd1＝Ud1 Id（整流侧） Pd2＝Ud2Id（逆变侧）
⑸ 换流器消耗的无功
Q1＝Pd1tgφ1（整流侧） Q2＝Pd2tgφ2（整流侧）
• ⑹ 换流器的功率因数 • cosφ1＝〔cosα＋cos（α＋μ1）〕／2 （整流器） • cosφ2＝〔cosγ＋cos（γ＋μ2）〕／2 （逆变器）
Ld
4
A
B
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• 4. 换流原理中的电角度
• • • • • •
⑴ ⑵ ⑶ ⑷ 触发角（α、β） 换相角（μ）（γ） 关断角（γ）（δ） 导通角（λ）
• 5. 12脉动换流器
⑴ 12脉动换流器的构成 ⑵ 12脉动换流器的特点
1. 舟山 2. 葛洲坝-上海 3. 天生桥-广东 4 嵊泗 5. 三峡-常州 6. 三峡-广东 7. 贵州-广东I 8 灵宝背靠背 9 .三峡-上海 10. 贵州-广东II 11. 高岭背靠背 总计
中国计划建设的直流输电工程
工程名称 功率 （MW） 750 3000 电压 （kV） 166.7 士500 士800 距离 （km） / 560 2000 投运时间 （年） 2009 2010 2010
2. 换流器（核心部分）（重点讲解学习）
功能：换流、开关、与控制系统配合实现运行 控制。 特点：结构（四重阀、双重阀；户外式、户内 式）、冷却方式、触发方式、试验等。 类型：汞孤阀、晶闸管阀、光直接触发晶闸管 阀、IGBT换流阀。
3. 平波电抗器：
功能：滤波、限流、防止电流断续、降 低过电压、防止换相失败等。 特点：电感值（0.3~1.0H）。 类型：油浸式、干式。
• 7. 换流器的外特性
• •
⑴ 无调节器的外特性 ⑵ 实际工程中有调节器的外特性
第三部分 直流输电运行方式
1. 运行接线方式
⑴ 单极直流输电工程 ⑵ 双极直流输电工程
2. 全压和降压方式
⑴ 全压运行方式 ⑵ 降压运行方式
3. 功率正送与反送方式
⑴ 功率正送方式 ⑵ 功率反送方式
4. 双极对称与不对称方式
1 2 3 4 5 6 远距离大容量输电 电力系统联网 直流电缆送电 交流线路的增容改造 轻型（柔性）直流输电 特高压直流输电
特高压直流输电
1. 特高压直流输电的现状
目前世界上已运行的直流输电工程最高 电压为士600kV，尚无特高压直流输电工程 运行。对于特高压直流工程，国外研究的 结论是：士800kV的工程在技术上是可行的， 士1000kV不经过很大努力进行研究是困难 的，士1200kV若技术上没有重大突破是不 可能的。
11. 直流测量设备：
• 直流CT、直流PT、微分CT等。
12. 接地极及接地极线路 • 功能：固定直流侧电位、长期通过运行
电流、改变直流侧运行方式、提高运行 可靠性等。 • 特点：地下埋设物电腐蚀、中性点接地 变压器的磁饱和等。
第二部分 直流输电换流技术
直流输电换流原理
双桥12脉动换流器结构
4 用直流输电实现电力系统非同步联网 具有一系列的优点。 5 利用直流输电的快速控制改善交流系 统的运行性能。 6 可方便地进行分期建设，有利于发挥 投资效益。
7 利用大地为回路提高输电系统运行 的灵活性和可靠性。 8 直流输电换流站设备多、结构复杂、 造价高、损耗大、运行费用高 。 9 换流器运行中产生谐波，在换流站 需装设交、直流滤波器。
Chap.2 换流器理论及特性方程
单桥整流器的工作原理
单桥等效电路原理图
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0） 相电流波形（ 0、
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Chap.2 换流器理论及特性方程
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高压直流输电技术
主讲人 刘春艳
• 直流输电系统的构成及换流站主要
设备 • 直流输电换流技术 • 直流输电运行方式 • 直流输电的特点及应用场合
第一部分 直流输电系统的构成 及换流站主要设备
一 直流输电系统的构成
1. 两端直流输电系统 ⑴ 单极系统 ⑵ 双极系统 2. 多端直流输电系统 3. 背靠背直流输电系统
4. 直流滤波器：
功能：滤波。 类型：无源和有源两种。
5. 交流滤波器：
功能：滤波、无功补偿。 类型：无源、连续可调。有源的正在研 究。
6. 无功补偿设备：
ACF、电容器、调相机、静补。
7. 避雷器：
换流站的避雷器种类多、运行条件复 杂。 • 特点：续流为直流、通流能力强、正常 运行时发热较严重、有时两端均不接地 类型：曾采用碳化硅避雷器，现均采用 氧化锌避雷器。
2. 6脉动整流器工作原理
⑴ 如何将交流电变为直流电 ⑵ 整流器的工况 ⑶ 整流器的电压、电流波形
3. 6脉动逆变器工作原理
⑴ 如何将直流电变为交流电 ⑵ 逆变器的工作条件 ⑶ 逆变器的电压、电流波形
请参讲义第二章 整流电路及有源逆变电路
直流输电换流原理
单桥整流器
交流侧电流 交流电源 阀电流
10 换流器运行中消耗大量的无功，在 换流站需装设无功补偿装置。 11 利用大地为回路而引起的一些技术 问题。如：接地极附近直流电流对 地下金属埋设物的电腐蚀；地下直 流电流通过中心点接地变压器使变 压器饱和等。 12 直流断路器由于没有电流过零点可 利用，制造困难，使多端直流输电 发展缓慢。
二 直流输电应用埸合
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直流输电换流原理
换流装置的功率因数（直观分析）
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第四部分 直流输电的特点 及应用场合
一 直流输电的特点
1 直流架空线路结构简单、造价低、损 耗小、输送能力强；线路电容不起作用， 沿线电压分布均匀，不需装设并联电抗 器。 2 直流电缆线路承受的电压高、输送容 量大、造价低、损耗小、寿命长、且输 送距离不受限制。 3 直流输电无交流输电的稳定问题，有 利于远距离大容量送电。
柔性化电力技术与电能质量研究所
Chap.2 换流器理论及特性方程
双桥换流器电压波形
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6
12脉动
ud ud 1 ud 2
ea1c1ea2c2
ud 2
ud 1
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6
2
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• 6. 直流输电稳态计算常用公式
• • • • • • •
⑴ 整流侧直流电压 Ud1＝N1（1.35U1cosα－3/πXγ1Id） ⑵ 逆变侧直流电压 Ud2＝N2（1.35U2cosβ＋3/πXγ2Id） Ud2＝N2（1.35U2cosγ－3/πXγ2Id） ⑶ 直流电流 Id＝（Ud1－Ud2）/R
2. 特高压直流输电接线方式
⑴ 每极一组12脉动换流器 ⑵ 每极两组12脉动换流器串联 ⑶ 每极两组12脉动换流器并联
中国直流输电的发展
1. 发展概况 2. 已运行的直流输电工程 3. 计划建设的直流输电工程
. 中国已运行的直流输电工程
工程名称 容量 （MW） 50 1200 1800 60 3000 3000 3000 360 3000 3000 2*750 19970 电压 距离 （KV） （Km） -100 54 士500 1045 士500 941 士50 66.2 士500 860 士500 960 士500 880 120 / 士500 1047 士500 1194 2*士125 / 7047 投运时间 （年） 1987 1989/1990 2000/2001 2002 2002/2003 2003/2004 2004 2005 2006 2007 2008 2009年6月止
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一. 换流技术与直流输电的关系
1. 直流输电必须进行换流 2. 直流输电换流技术的发展 ⑴ 汞弧阀换流 ⑵ 晶闸管阀换流 ⑶ 新型可关断器件的应用
二. 直流输电换流技术
1. 换流的基本概念 ⑴ 基本换流单元 ① 6脉动换流单元 ② 12脉动换流单元 ⑵换流阀（电力器件）与换流器（整流与逆变电路） ⑶ 换流阀的导通条件和关断条件 ⑷ 换流阀的单向导电性
•
⑺ 换流器的换相角
• μ1＝arccos〔cosα－（2Xγ1Id）／（√2 U1）〕－α（整流器） • μ2＝arccos〔cosγ－（2Xγ2Id）／（√2 U2）〕－γ（逆变器）
• • •
⑻ 换流变压器视在功率 S1＝（π/3）Ud01Id （整流侧） S2＝（π/3）Ud02Id （逆变侧 )