直流输电技术6资料
换流站直流设备-高压直流输电技术第6章
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（c）交流滤波器分组接母线
� 投资较省，便于交流滤波器双极间的相互备用。
� 由于交流滤波器投切频繁，断路器故障率较高，会直接影响母线的故 障率；
交流滤波器 交流滤波器 交流滤波器
交流 主母线
交流滤波器 交流滤波器 交流滤波器
交流滤波器 交流滤波器 交流滤波器
2010-10-24
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（d）交流滤波器接换流变压器单独绕组
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站址的选择原则
� 1）站址附近具备水运、铁运及卸货的条件； � 2）靠近公路； � 3）避开大型的公路桥梁； � 4）避开空中障碍物，如立交桥、隧洞等。
� 由设计院来制定大件运输的方案，估算运输的费用。 � 肇庆换流站（山根站址）：2400万元（水运为主） � 其它站址：3600万元（要加固多座桥梁；经过乡镇及村庄道路——修路
交流滤波器
交流滤波器
交流滤波器
交流滤波器
交 流 滤 波交器 流 滤 波 器
2010-10-24
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交流滤波器 交流滤波器 交流滤波器
交流滤波器 交流滤波器 交流滤波器
交流滤波器 交流滤波器 交流滤波器
交流主母线
（a）
交流滤波器 交流滤波器 交流滤波器
交流滤波器 交流滤波器 交流滤波器
交流线路
交流 主母线
换流阀、换流变压器、平波电抗器、 交流开关设备、交流滤波器及交流无功补偿装置、
直流开关设备、直流滤波器、 控制与保护装置以及远程通信系统等。
4
1
2
3
4
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9
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高压直流换流站典型构成图
1—交流开关装置； 2—交流滤波器和无功补偿装置；3—换流变压器；
柔性直流输电技术
3)容量相对较小:由于目前可关断器件的电压、电流额定值都比晶闸管低，如不采用多个可关断器件并联，MMC 的电流额定值就比LCC低，因此相同直流电压下MMC基本单元的容量比LCC基本单元(单个6脉动换流器)低。但是， 如采用MMC基本单元的串、并联组合技术，柔性直流输电达到传统直流输电的容量水平是没有问题的，技术上 并不存在根本性的困难。本书后面有专门章节讨论将MMC基本单元进行串、并联组合构成大容量换流器的技术。 可以预期，在不远的将来，柔性直流输电也会采用特高压电压等级，其输送容量会与传统特高压直流输电相当。
柔性直流输电技术
4)不太适合长距离架空线路输电:目前柔性直流输电采用的两电平和三电平VSC或多电平MMC,在直流侧发生短路 时，即使ICBT全部闭锁，换流站通过与IGBT反并联的二极管，仍然会向故障点馈入电流，从而无法像传统直流输 电那样通过换流器自身的控制来清除直流侧的故障。所以，目前的柔性直流输电技术在直流侧发生故障时，清 除故障的手段是跳换流站交流侧开关。这样，故障清除和直流系统再恢复的时间就比较长。当直流线路采用电 缆时，由于电缆故障率低，且如果发生故障，通常是永久性故障，本来就应该停电检修，因此跳交流侧开关并 不影响整个系统的可用率。而当直流线路采用长距离架空线时，因架空线路发生暂时性短路故障的概率很高， 如果每次暂时性故障都跳交流侧开关，停电时间就会太长，影响了柔性直流输电的可用率。因此，目前的柔性 直流输电技术并不完全适合用于长距离架空线路输电。针对上述缺陷，目前柔性直流输电技术的一个重 要研究 方向就是开发具有直流侧故障自清除能力的电压源换流器,本书后面多章内容就是针对此问题而展开的。可以预 期，在很短的时间内，这个问题就能被克服。
(完整版)柔性直流输电技术
柔性直流输电与常规直流比较
高压直流输电（LCC-HVDC）
柔性直流输电（VSC-HVDC）
晶闸管
相位角控制
晶闸管通过脉冲信号控 制开通，但不能控制关断 ，电网换相。当承受电压 反向时，自动关断。
开关频率50/60 Hz
IGBT或其他可关断功 率器件
脉宽调节控制
可关断器件，可以通 过控制信号关断，完全 可控，自换相。
DC
技术内容
关注点
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功率器件的开通和关断过程
门极控制电压 导通电流
• 导通和关断由门极信号控制 • 导通和关断过程快速，但非
理想 • 导通和关断存在尖峰电流和
电压
集电极和发射 极电压
实际关断和导通波形
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功率器件的发展
半控器件
• 开通可控 • 关断不可控
全控器件
• 开通可控 • 关断可控
IGBT/IEGT
GTO和IGCT
GTO
IGCT
集成门极
缓冲层 透明阳极 逆导技术
• 最早的全控器件 • 开关频率低，已很少使用
• 上海50MVAr STATCOM
采用IGCT
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• 目前只有ABB公司供应
IGBT IGBT和PP IGBT(IEGTP)P IGBT(IEGT)
电子注入增强 低导通电压降 宽安全工作区
• 模块塑封 • 应用最广的全控器件 • 三菱、英飞凌、日立、
ABB等多个供应商
• 压接式封装，双面散热
• 失效后处于短路状态
• 主要供应商有东芝、ABB和
Westcode
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模块式封装(PMI) 功率器件封装模式
技术成熟 安装工艺简单 器件制造商多 损坏时可能发生爆炸 串联不易实现 器件容量相对较小
高压直流输电技术
徐亚涛 陈威 江克东
22:07
1
目
录
一、发展特高压电网的必要性 二、直流输电技术的发展 三、直流输电与交流输电的性
能比较 四、高压直流输电系统的结构 和元件
22:07 2
一、发展特高压电网的必要性
1、发展特高压电网是满足电力持续快速增长的
客观需要。
随着国民经济的持续快速发展，我国电力工 业呈现加速发展态势，近几年发展更加迅猛。按照在 建规模和合理开工计划，全国装机容量2010年达到9.5 亿千瓦，2020年达到14.7亿千瓦；用电量2010年达到 4.5万亿千瓦时，2020年达到7.4万亿千瓦时。电力需 求和电源建设空间巨大，电网面临持续增加输送能力 的艰巨任务。
交流系统 金属回路 可选择的）
交流系统
五、SPWM控制技术
一.SPWM逆变器的工作原理
SPWM逆变器:其期望输出电压波形
为正弦波的逆变器.
就目前的技术而言,还不能制造出功
率大、体积小、输出波形如同正弦 波发生器那样标准的可变频变压的 逆变器.
谢谢大家！
22:07
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名 称 交 单回 线路（次/百 公里/年） 两端换流站 （次/年） 0.299 流 双回 0.054 单极 0.126 直 流 双极 0.055 交 单回 0.29 流 双回 0.054 直 单极 0.14 流 双极 0.01
0.560
0.120
4.80
0.20
0.6
0.06
1Hale Waihona Puke 40.25三、直流输电与交流输电的性能比较
8） 可隔离故障，有利于避免大面积停电。
三、直流输电与交流输电的性能比较
高压直流输电技术解析（一）
⾼压直流输电技术解析（⼀）⼀、⾼压直流输电简述⾼压直流输电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。
世界上第⼀条商业化的⾼压直流输电线路1954年诞⽣于瑞典，⽤于连接瑞典本⼟和哥特兰岛，由阿西亚公司(ASEA, 今ABB集团)完成。
⼆、电压等级的划分交流：330kV、500kV 和 750kV – 超⾼压；1000kV- 特⾼压。
直流：±500kV、±600kV-超⾼压;±660kV±800kV和±1000kV- 特⾼压。
三、⾼压直流输电技术性能分析（1）功率传输特性交流为了满⾜稳定问题，常需采⽤串补、静补、调相机、开关站等措施，有时甚⾄不得不提⾼输电电压。
但是，这将增加很多电⽓设备，代价昂贵。
直流输电没有相位和功⾓，不存在稳定问题，只要电压降，⽹损等技术指标符合要求，就可达到传输的⽬的，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。
（2）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。
（3）过负荷能⼒交流输电线路具有较⾼的持续运⾏能⼒，受发热条件限制的允许最⼤连续电流⽐正常输电功率⼤的多，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。
总的来说，就过负荷能⼒⽽⾔，交流有更⼤的灵活性，直流如果需要更⼤的过负荷能⼒，则在设备选型时要预先考虑，此时需要增加投资。
（4）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。
±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。
柔性直流输电
柔性直流输电技术目录简介 (1)原理 (2)战略意义 (3)应用前景展望 (4)常规直流输电与柔性直流输电的对比 (5)一、常规直流输电技术 (5)二、柔性直流输电技术 (6)三、常规直流输电技术和柔性直流输电技术的对比 (7)四.运行方式 (8)简介柔性直流输电作为新一代直流输电技术，其在结构上与高压直流输电类似，仍是由换流站和直流输电线路(通常为直流电缆)构成。
基于电压源换流器的高压直流输电（VSC-HVDC）技术由加拿大McGill大学的Boon-Teck Ooi 等人于1990年提出，是一种以电压源换流器、自关断器件和脉宽调制（PWM）技术为基础的新型输电技术，该输电技术具有可向无源网络供电、不会出现换相失败、换流站间无需通信以及易于构成多端直流系统等优点。
李岩，罗雨，许树楷，周月宾等.柔性直流输电技术：应用、进步与期望．《南方电网技术》，2015讲述了柔性直流输电技术是构建灵活、坚强、高效电网和充分利用可再生能源的有效途径,代表着直流输电的未来发展方向,已成为新一代智能电网的关键技术之一。
概述了国内外柔性直流输电工程的现状以及柔性直流输电技术在交流电网的异步互联、风电场并网、海上平台供电和城市负荷中心供电等领域的应用情况;重点介绍了世界第一个多端柔性直流输电工程——南澳多端柔性直流输电示范工程的研发情况,尤其是其技术难点;指出了直流输电混合化,高电压大容量化,直流输电网络化和直流配电网等未来柔性直流输电技术发展的主要方向;提出了柔性直流输电系统亟待解决的关键问题,诸如具有直流短路故障电流清除能力的电压源换流器拓扑结构,高压直流断路器技术和直流电网运行的基础理论及控制保护技术。
柔性直流输电系统中两端的换流站都是利用柔性直流输电，由换流器和换流变压设备，换流电抗设备等进行组成。
其中最为关键的核心部位是 VSC ，而它则是由流桥和直流电容器共同组成的。
系统中，综合考虑它的主电路的拓扑结构及开关器件的类型，能够采用正弦脉宽调制技术，将此类技术在调制参考波与三角载波进行数据的对比，在后者数据相对较小的情况下，就会发生触发下桥臂开关导通并关断下桥臂。
±800kV 特高压直流输电工程技术
±800kV 特高压直流输电工程技术摘要：特高压直流输电技术是目前世界上最先进的输电技术，具有远距离、大容量、低损耗、少占地的综合优势，可以更安全、更高效、更环保地配置能源，是实现能源资源集约开发、促进清洁能源发展、有效解决雾霾问题的重要载体，更是转变能源发展方式、保障能源安全、服务经济社会发展的必由之路，也是中国抢占世界能源发展制高点、带动电工装备业“走出去”的重要举措。
关键词：特高压;?直流输电;?换流站;1特高压直流输电工程技术1.1特高压换流技术特高压换流是特高压直流输电工程的关键技术，其核心设备为换流阀。
目前中国投运及在建的±800kV特高压直流输电工程所使用的换流阀主要有5000A/±800kV和6250A/±800kV两种类型，其中后者的输送性能相对于前者有大幅度的提升。
文章将对这两种类型的特高压换流阀基本参数和性能进行对比分析。
（1）运行条件5000A/±800kV和6250A/±800kV换流阀均为全封闭户内设备，其长期运行温度为10～50℃，长期运行湿度为50%RH，并要求阀厅内长期保持微正压条件。
（2）基本参数与±800kV/5000A换流阀相比，±800kV/6250A换流阀的输送容量提升了25%，其晶闸管导通电压由原来的8.5kV降为7.2kV，晶闸管关断时间由原来的500μs降为450μs，增强抵御换相失败的能力。
（3）阀塔结构设计目前±800kVUHVDC换流阀典型阀塔结构均为悬吊式二重阀结构，整个阀塔通过悬式绝缘子悬吊于阀厅顶部。
每个二重阀为一个6脉波整流/逆变桥的1相，由2个单阀串联构成，而双12脉动阀组的1相则由4个二重阀串联构。
其中，高端阀厅12脉动阀组的悬吊部分的绝缘按直流600kV设计，低端阀厅12脉动阀组的悬吊部分的绝缘按直流200kV设计。
在每个单阀两端采用并联氧化锌避雷器来实现过电压保护，并在阀塔的顶部和底部安装屏蔽罩，以改善换流阀周围电场分布特性，避免换流阀对地产生电晕发电。
直流输电和FACTS
触发延迟角α=0时（阀阳极电压一旦高于阴极电压，便立 即在阀控制极上加触发脉冲，使阀立即导通。 α ＝ω τ ）：
• 六组轮流导通过程演示
eeaaa eebbb
LLLSSS iii111 LLLSSS iiiaaa
KKK111 iii333
KKK333ii5i55
KKK555 LLLddd
IIIddd
为R，可知线路电流为：
Id
Vd1 Vd2 R
输送和接收的功率为：
Pd 1 Pd 2
Vd1I d Vd 2 I d
直流线路电阻所消耗功率为：Pd1－Pd2 多桥换流器基本方程（输出的直流电压与交流电压及触
发角的关系）Vd32ntkTVtcods3ntLcId
n t 为 桥 数 ； kT 为 换 流 变 压 器 变 比 ； L c 为 换 流 变 压 器 等 值 电 感
尽管直流系统只输送有功功率，但同时整流器（其
α∈[00,900]）和逆变器（其α∈[900,1800]）都要从交流系 统功吸率收，无Pts功＋功jQ率ts为。交Pt流dc＋系jQ统td注c为入直功流率系。统从交流系统抽出
换流器只能单相导通，交流系统1向交流系统2输送电能
时，C1相当于电源，C2相对于负载，设直流线路电阻
流电路，有6个桥臂，桥臂由阀元件组成。
可控硅导通条件
1. 阀承受正向电压 2.控制极得到触发脉冲信号
可控硅导通后关断条件
1.阀承受反向电压 2.电流过零
假设
1）三相电源对称 2）平波电抗很大 ,负载电流Id无纹波 3）可控硅阀K1~K6为理想状态
导通时压降为零，关断后阻抗为无穷大
4）换流变压器的等值电感 Lc= 0，则换相可以 瞬时完成
直流输电线路
根据特高压直流输电线路的特点，导线选择时， 在电气特性、机械性能、经济性等方面需综合考虑 以下因素： (1)导线最高允许温度。 (2)地面标称电场强度。 (3)地面合成电场强度。 (4)地面离子流密度。 (5)无线电干扰水平(RI)。 (6)电晕可听噪声(AN)。 (7)导线电流密度。 (8)机械强度。 (9)年费用。 (10)其它方面(如导线的传输效率、电晕损失、对杆 塔重量及绝缘子金具的影响及制造、施工条件等)。
5导线选型及分裂形式 5．1概述 特高压直流线路架线工程投资对整个工程的造价 影响极其巨大，所以在整个输电线路的技术经济比 较中，应该对导线的截面和分裂型式进行充分的技 术经济比较，推荐出满足技术要求而且经济合理的 导线截面和分裂型式。 原则上，在导线选型时，应综合考虑以下因素： (1)导线的允许温升。 (2)电场效应。 (3)对环境的影响：包括无线电干扰、电晕噪声等。 (4)必要的机械强度。 (5)合理的经济性。
5．4导线截面和分裂方式的选取 基于各种要求和系统确定的条件，按照我国现在导线生产 的情况，，在进行导线型号的选取时，首先应立足于国内已 有成功制造、施工和运行经验的导线型式，根据我国的导线 制造标准，参考国际上常用的导线标准(主要是美国标准)。 在特高压线路中为解决电晕问题，一般都需要增加导线分 裂根数和导线截面，本课题研究报告初选了4～8分裂共1 6种 分裂方式。 导线分裂间距的选取要考虑分裂导线的次档距振荡和电气 两个方面的特性。输送功率为6400MW时，极导线推荐采用 6×ACSR-720／50钢芯铝绞线，分裂间距 450 mm ；输送 功率为7200MW时，极导线推荐采用6 × LGJ-900钢芯铝绞 线，分裂间距450 mm ；也可考虑采用8×LGJ-630／45钢芯 铝绞线，分裂间距400 mm。
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
特高压直流输电
将电能从大型火力、水力等发电厂输送到远方负荷中心地区时会遇到远距离输电问题。
要实现远距离的大功率传输，需采用超高压或特高压输电技术。
在特高压输电技术中有交流和直流两种方案，可根据技术经济条件和自身特点加以选择。
特高压交流输电是目前国内外最基本的远距离输电方式，而特高压直流输电不存在同步稳定性问题，是大区域电网互联的理想方式。
下面我将结合自己所学知识与查阅的资料对特高压直流输电进行概括的阐述。
直流输电是指将送端系统的正弦交流电在送端换流站升压整流后通过直流线路传输到受端换流站，受端换流站将直流逆变成正弦的工频交流电后降压和受端系统相连。
而对于换流站，它的核心元件是换流器，，由1 个或数个换流单元串联而成，电路均采用三相换流桥，材料多采用可控硅阀。
它的基本工作原理是，控制调节装置通过控制桥阀的触发时刻，可改变触发相位，进而调节直流电压瞬时值、电阻上的直流电流、直流输送功率。
同时，相同的触发脉冲控制每个桥阀的所有可控硅元件。
当三相电源为对称正弦波的情况下，线电压由负到正的过零点时，脉冲触发桥阀，同时阀两端电压变正，阀立即开通。
6 个脉冲发生器分别完成对单桥换流器的6 个桥阀的触发，恰好交流正弦波电源经过1 个周期，线电压又达到下一个过零点进行第二个触发周期。
一般，工程上为了获得脉波更小的直流输电电压，通常采用12脉的双桥换流器。
与交流输电相比，直流输电技术具有以下特点：输电功率大小、方向可以快速控制调节；直流输电系统的接入不会增加原有系统的短路容量；利用直流调制可以提高系统的稳定水平；直流的一个极发生故障，另一个极可以继续运行，且可以利用其过负荷能力减少单极故障下的树洞功率损失；另外直流架空线路走廊宽度约为相同电压等级交流输线路走廊宽度的一半。
而对于特高压直流输电，它不但具有常规直流输电的特点，而且还能够很好的解决我国一些现存的问题：1、我国一次能源分布很不均衡, 水利资源2/ 3分布在西南地区, 煤矿资源2/ 3 分布在陕西、山西及内蒙古西部。
特高压直流输电技术
交流系统互联或者配电网增容时，作为 限制短路容量的措施之一；
配合新能源输电。
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三、特高压直流输电技术应用与实践
（一）直流工程建设选择 （二）我国特高压直流技术实践成就
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（一）直流工程建设选择
直流工程要因地制宜：
不同电压等级、不同频率的两个交流系统联网，或者两个弱交 流系统联网，推荐直流工程（背靠背）。
1888年三相交流电的出现是电工技术发展的一个重要里程碑，交流电 网建设得到迅速发展，并很快占据了主导地位。
能方便而又经济地升高或降低电压，使远距离输电成为可能。 三相交流发电机和电动机结构简单，价格低，容量又可设计得很大。 三相交流电气设备效率高，运行维护简单。
4
（一）直流输电的兴起
交流输电在发展过程中也遇到了问题，
5
（二）直流输电的发展
瑞典哥特兰岛直流工程是世 界上首个商用高压直流输电 工程，直流电压100kV、功率 20MW。
高压直流输 电技术 三相交流变 压器 特高压直流 输电技术
直流发电机
电磁感应 定律
汞弧阀
晶闸管阀
1831年
1870年
1891年
1954年
2010年
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（二）直流输电的发展
汞弧阀
制造技术复杂、价格昂 贵、逆弧故障率高、可 靠性较低、运行维护不 便
临沂 重庆
绍兴 泰州 武汉 新余 成都
±800 ±800
±800 ±800 ±800 ±800 ±1100
760 760
760 760 760 760 1050
1200 2300
2000 1600 1450 1400 2687
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二、直流输电技术基本原理
电气工程中的直流输电技术在电力系统中的应用分析
电气工程中的直流输电技术在电力系统中的应用分析直流输电技术近年来在电力系统中的应用越来越广泛，带来了诸多优势。
本文将对直流输电技术在电力系统中的应用进行分析，并探讨其对电气工程的影响。
一、直流输电技术的背景与发展随着经济的快速发展，电力需求不断增加，传统的交流输电系统出现了一些问题。
例如，线路电阻损耗大、无法有效传输长距离高功率电能、对系统稳定性要求高等。
直流输电技术由于其特殊的传输特性，逐渐成为解决这些问题的有效手段。
二、直流输电技术的优势1. 降低线路电阻损耗：直流输电系统中，线路电阻对输电能力的影响较小。
这是因为直流在传输过程中，电流不会因为线路电阻而引起损耗，从而降低了能量损失。
2. 高效传输长距离高功率电能：直流输电系统在长距离高功率电能传输方面具备明显优势。
与交流输电相比，直流输电无需考虑电流的频率和变压器的容量等因素，使得输电距离和功率限制大大提高。
3. 提高电网稳定性和可靠性：直流输电系统可以有效降低系统的电压损耗和电流波动，从而提高了电网的稳定性和可靠性。
这对电力系统的运行安全至关重要。
三、直流输电技术的应用案例1. 长距离跨海输电：直流输电技术被广泛应用于长距离跨海输电项目。
例如，中国的海上风电项目通过直流电缆将海上风电场发电的电能传输到陆地，解决了距离远、引入交流系统困难的问题。
2. 智能电网建设：直流输电技术在智能电网建设中也具有重要地位。
直流输电系统不受电网频率的限制，可以实现与直流电动车、光伏等分布式能源的有效集成，促进智能电网的可持续发展。
3. 铁路供电系统改造：直流输电技术还被应用于铁路供电系统的改造中。
直流输电系统能够提供稳定的供电，降低供电线损、提高供电质量，并且满足高速列车加速、减速过程中的能量回馈需求。
四、直流输电技术对电气工程的影响1. 拓宽了电气工程师的思维边界：传统的电气工程人员主要关注交流电系统的设计和运行，而直流输电技术的应用拓宽了他们的思维边界。
高压直流输电系统的电能转换技术
高压直流输电系统的电能转换技术近年来，高压直流输电系统已经成为电力传输领域的一项重要技术。
相比传统的交流输电系统，高压直流输电系统具有更高的传输效率、更远的传输距离以及更小的电力损耗。
在高压直流输电系统中，电能转换技术起着至关重要的作用，可以有效地将交流电转换为直流电，实现长距离电力传输。
一、电能转换的概述电能转换是高压直流输电系统中的核心技术之一。
它通过将交流电转换为直流电，从而实现电力在长距离传输中的高效率转换和传输。
电能转换主要包括两个过程：交流-直流（AC-DC）转换和直流-交流（DC-AC）转换。
1. 交流-直流（AC-DC）转换交流-直流转换是将输电线路上的交流电转换为直流电的过程。
这种转换通常通过使用整流器来完成，整流器将交流电转换为具有固定电压和电流方向的直流电。
整流器的设计和选型对于高压直流输电系统的性能和稳定性至关重要。
2. 直流-交流（DC-AC）转换直流-交流转换是将直流电转换为交流电的过程。
在高压直流输电系统中，直流-交流转换一般发生在终端站点，将直流电能转换为适用于本地电网的交流电能。
这种转换通过使用逆变器来实现，逆变器将直流电转换为具有可调频率和电压的交流电。
二、电能转换技术的发展与应用随着科技的不断进步和电力需求的增加，高压直流输电系统的电能转换技术也在不断发展和应用。
下面将介绍几种常见的电能转换技术及其应用。
1. 线路串联换流技术线路串联换流技术是一种常用的电能转换技术，它将输电线路串联连接，并通过换流器将电能从串联的线路中提取出来。
这种技术适用于长距离的高压直流输电，具有传输效率高、电力损耗小的特点。
2. VSC技术VSC（Voltage Source Converter）技术是一种新型的电能转换技术，它采用可控硅器件作为主要元件，能够根据电网需求实时调整输出电压和电流。
VSC技术适用于电力系统中的各种工况，能够有效地提高电能转换效率。
3. MMC技术MMC（Module Multilevel Converter）技术是一种多模块结构的电能转换技术，它可以实现高电压、高功率的电能转换。
直流输电讲义
直流输电直流输电(Direct current transmission)，以直流方式实现电能传输的技术。
直流输电与交流输电相互配合，发挥各自的特长，构成现代电力传输系统。
在以交流输电为主的电力系统中，直流输电具有特殊的作用。
除了在采用交流输电有困难的场合，必须采用直流输电外，在电力系统中，它还能提高系统的稳定性，改善系统运行性能并方便其运行和管理。
直流输电有两端(也称端对端)直流工程、多端直流工程、背靠背直流工程等类型。
直流输电技术的发展历史、现状和趋势可以从创始与发展、原理与构成、特点与应用、研究与前景几个方面阐述。
一、原理与构成直流输电系统的一次电路主要由整流站、直流线路和逆变站三部分组成。
送端与受端交流系统与直流输电系统也有密切的关系，它们给整流器和逆变器提供实现换流的条件，同时送端电力系统作为直流输电的电源提供所传输的功率，而受端则相当于负荷，接受由直流输电送来的功率。
两端的交流系统是实现直流输电必不可少的，通常在系统研究中用简化的等值系统来表示。
直流输电的控制保护系统与交流输电不同，它是实现直流输电正常起动和停运、正常运行、运行参数的改变和自动调节以及故障处理和保护等必不可少的组成部分。
此外，为了利用大地(或海水)为回路，大部分直流输电工程还有接地极和接地极引线。
因此，直流输电系统包括整流站，直流输电线路、逆变站、控制保护系统以及接地极及其引线等五部分组成。
（一）工作原理图1是直流输电基本原理简图。
它包括两个换流站，直流输电线路及两端交流系统Ⅰ和Ⅱ。
当系统Ⅰ向系统Ⅱ送电时，换流站1运行于整流状态，把系统Ⅰ送来的三相交流电变换成直流电，经直流线路送到换流站2。
此时，换流站2则运行于逆变状态，把直流电变换为三相交流电送入系统Ⅱ。
由换流的基本理论可知，双极直流输电系统的主要运行参数和变量之间的关系可用公式表示为：整流站极对地直流电压：U d1=N1 (1.35U1cosα-3/π×Xγ1I d) (1) 逆变站极对地直流电压：U d2=N2 (1.35U2cosβ+3/π×Xγ2I d) (2) 直流电流：I d=(U d1-U d2)/ R (3)整流站直流功率：P d1=2U d1I d (4)逆变站直流功率：P d2=2U d2I d (5)直流线路压降：ΔU d=U d1-U d2=I d R (6)直流线路损耗：ΔP d=P d1-P d2=I d2R (7)整流站消耗的无功功率：Q c1=P d1tgφ1 (8)逆变站消耗的无功功率：Q c2=P d2tgφ2 (9)式中N1、N2为整流站和逆变站每极六脉动换流桥串联数；Xγ1、Xγ2为整流站和逆变站的换相电抗；U1、U2为整流站和逆变站换流变压器阀侧空载线电压；α、β为整流站和逆变站换流器的触发角；R为直流线路电阻；φ1、φ2为整流站和逆变站换流器的功率因数角。
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6.6 机组作用系数法
UIFi作用系数 SHVDC——直流输电系统额定容量 Si——i台发电机的额定容量 SCi——整流站交流母线三相短路容量，不包括Si SCTOT——整流站交流母线三相短路容量，包括Si UIFi<0.1，直流与i机没有显著作用，不考虑次同步振荡
为零时，UIFi=0，无作用，此时SCi =SCTOT
或者系统容量很大 或者发电机离整流站距离很远
6.7 SSO分析方法评述
特征值分析法，复转矩系数法，时域仿真法
适合串联补偿等分析， 特征值法不适合包含FACTS，HVDC的分析，数学模型建
立难， 换流器不是稳态模型，暂态过程无法线性化，特征值法无
第6章 交直流电力系统的低频振荡和次同步振荡
6.1 低频振荡的主要分析方法 1）特征值分析方法 工作点附近线性化，求特征值，分析振荡的模式、振型、 参与因子和灵敏度
2）测试信号法 采用电力系统机电暂态仿真程序进行计算，小扰动稳定分 析法
3）Prony分析法 用指数函数的线性组合来拟合等间隔采样数据，分析出信 号包含模式的幅值、相位、阻尼和频率——时域中的模态 参数辨识法
逆变侧交流母线1.0s发生三相短路，0.1s故障切除
惠水500kV交流母线1.0s发生三相短路，0.1s故障切除
6.4 prony 分析法
6.5 直流输电引起次同步振荡的机理 —原因是汽轮发电机的速度电动势分量与触发角的控制之间紧密
耦合与内在的反馈关系
1）引起次同步振荡的因素 汽轮发电机组与直流输电站距离很近 汽轮发电机组与交流大电网联系薄弱 汽轮发电机组的额定功率与直流输送额定功率在同一数量级
设计步骤： 用测试信号法对系统进行小信号稳定性分析，求出系统区域间振荡模式的 频率和阻尼比 选择期望的主导极点 用测试法辨识开环传递函数G(s) 求出直流小信号调整期的补偿相位和幅值 重新计算区域间振荡模式的频率和阻尼比
➢ G4为激励点，在发电机的转子上施加小扰动振荡转矩 与G4相关的振荡频率为：frd41=0.577， frd42=1.11 ξ41=0.0082， ξ42=0.085， G1为激励点，在发电机的转子上施加小扰动振荡转矩 与G1相关的振荡频率为：frd11=0.581， frd12=1.07 ξ11=0.0081， ξ12=0.082， G2为激励点，在发电机的转子上施加小扰动振荡转矩 与G2相关的振荡频率为：frd21=0.580， frd22=1.073 ξ21=0.0078， ξ22=0.085， G3为激励点，在发电机的转子上施加小扰动振荡转矩 与G3相关的振荡频率为：frd31=0.575， frd32=1.11 ξ31=0.0082， ξ32=0.085，
极点-29.65，-2.246，-0.030+j3.630， -0.030-j3.630 对应f=0.577 校正后的模式选为sd=-0.64+j3.1， sd=-0.64+j3.1 f=0.5Hz， ξ=0.2 调整器的参数为T1=0.55s，T2=0.15s，Tw=10.0s，
Khvdc=0.095 测试得到：frd1=0.509， ξ=0.192 加入直流小信号调制后，对局部振荡的影响不大，
3）触发角对阻尼的影响
4）控制器参数对阻尼的影响
6.8.2 与1）无pss和直流调制(机组详细模型，直流无附加控制）
2）有pss
6.3 测试信号法
1）直流小信号调制器参数的整定 利用与交流联络线并联的直流输电线的小信号调制可以有效地抑制低
频振荡——在已有的直流输电控制中加入附加直流小信号调制
设计的关键是求出开环传递函数进行极点配置
法使用 时域仿真实现的复转矩系数法——测试信号法，可以考虑
电力电子元件的开关过程，适合包含FACTS，HVDC的 SSO分析
6.8 HVDC对发电机次同步振荡的阻尼
Sd=1000MW，SG=892MW，500kV 6.8.1 与整流站相连的发电机组 1）UIF对SSO的影响
2）直流输送功率大小对阻尼的影响