直流换流站为什么使用无功补偿设备

Qdc.max Qac.C k1 2
式中：
QC:换流站所需容性无功补偿设备总容量，单位为Mvar。 Qac.C：交流系统容性无功提供能力，单位为Mvar Qdc.max：换流器最大无功消耗，单位为Mvar. K1：电压修正系数，一般为0.95-1.0，通常取1.0 容性无功补偿设备总容量除满足换流器最大无功消耗外，还应留有适当备用。
换流器功率因数
基于CSC的换流阀，考虑触发角a和换相角 后，整流器交流侧电流的相位比电压滞后 一个角度 如下图所示。这就是为什么要求交流系统供给滞后无功功率的原因，也就是换流
器在工作时吸收无功功率的原因。
正常运行时，整流器基波功率因数可以近似的认为
cosR

cos

R
2

1）电网换相或串联电容器强迫换相； 2）每周波只发一个脉冲 3）开关功耗较低
1）自关断 2）高频开关，即每周波内发出多个脉 冲；
3）开关功耗高
直流输电的换流技术
现代高压直流系统主要以采用电流源换流器为主，从上表可以看出，当采用电流源换流器 作为换流单元时，换流站需要大量的无功补偿容量。
换流站内换流器（换流阀 + 换流变）是无功消耗的主要设备。其中换流阀在整流及逆变过 程中，都需要消耗无功，以达到交、直流转换的目的；换流变无功损耗分空载损耗和负荷损耗 两部分，也都需要消耗一定的无功。
其中：
式中，Q dc 为12脉动换流器消耗的无功功率，Mvar；id 为直流电流，kA；U di0为6脉动换流器的理想空载直
流电，kV;
d
为相对电感压降；
x
为换相重叠角；
为触发角。对于12脉动逆变器，将
代替
，为关断角。
换流站无功补偿容量
换流站容性无功补偿设备总容量应满足：
QC
由上式可知，换流器的功率因数与触发角和换相角有关；当触发角和换相角越大 时，交流侧功率因数越低，在输送相同的直流功率下，换流器需要吸收更多的无功功 率。
换流器无功功率轨迹
常规高压直流输电的换流器（包含整流器和逆变器）由半控型的晶闹管器件组成， 故只能采取电网（源）换流方式。
工程计算中，12脉动整流器消耗的无功功率计算公式为
cos

R
2


1 2
cos

cos

R

基波功率因数角近似认为：
换流器功率因数
逆变器基波功率因数为
逆变器向逆变侧受端系统输送正的有功功率和越前的无功功率，越前的基波功率
因数角1 为电流相量越前于负的相电压相量的相位角。 则1近似为：
以上各式中， 为逆变器的关断角，R , l 分别为整流器和逆变器的换相角
比较内容
交流系统 侧的作用
电流源换流器
1）作为恒定电压源 2）需要电容器作为储能原件 3）需要大型滤波器以消除谐波 4）需要无功补偿与提高功率因数
电压源换流器
1）作为恒定电流源 2）需要电感元件作为储能原件 3）需要小型滤波器以消除较高频率的 谐波 4）不需要无功补偿，因为该换流器可 以四象限运行
开关方式
直流换流站为什么使用无功补 偿设备
目 录
CONTENTS
01 双桥12脉冲换流器结构图 02 直流输电的换流技术 03 换流器功率因数 04 换流器无功功率轨迹 05 换流站无功补偿容量
双桥12脉动换流器结构
Hale Waihona Puke Baidu
直流输电的换流技术
换流技术是指交直流相互转换的技术，它是实现直流输电的基本条件。换流技术的发展促进了 高压直流输电的发展，而直流输电的发展又促进了换流技术的发展。用来完成电力变换过程的三相 换流器有两种基本结构：电流源换流器(CSC)和电压源换流器（VSC)。两种换流器的特性比较下表所 示：
换流站无功补偿容量
换流站感性无功补偿设备总容量应满足：
QR

Qf
min

Qac.R
Qdc.min k2 2
式中： QR：换流站所需感性无功补偿设备总容量，单位为Mvar。 Qac.R：交流系统无功吸收能力，单位为Mvar Qdc.min：换流器最小无功消耗，单位为Mvar. 为满足最小滤波器组和绝对最小滤波器组要求，需要投入的交流滤波器的无功补偿容 量总和，单位为Mvar K2：电压修正系数，一般为1-1.05，通常取1.0
而采用晶闹管换流阀的电流源换流器，需要大量无功补偿与滤波。 根据目前工程实际，换流站额定运行时功率因数一般达到 0.85~0.9。由此，换流器运行时 消耗无功约占输送功率的 30% ～ 60%。所以，从无功角度看，换流器可等效为随直流输送功率 而变化的无功负荷，且其消耗无功随直流功率的上升显著增加。