传统直流输电控制原理
直流系统的工作原理
直流系统的工作原理
直流系统是一种电力传输和分配系统，其工作原理是将电能以直流电的形式从发电站传输到终端用户，通过电流的单一方向流动实现能量的交付和使用。
直流系统的工作原理主要包括以下几个步骤：
1. 发电：直流电源可以是直接的化学能转化为电能的电池，也可以是经过变流装置将交流电转换为直流电的逆变器。
2. 电能传输：直流电从发电站通过输电线路传输到终端用户。
直流输电线路较交流输电线路损耗更小，因为直流电不会产生电流功率损耗和电磁感应损耗。
3. 电能分配：在直流系统中，将电能分配到不同的用户或负载上，可以通过开关或控制装置来控制电能的分配和开闭。
4. 长距离传输：直流系统在长距离传输中具有优势。
因为直流电的输电损耗较小，不会产生输电损耗的无功功率，并且能够减少输电线路的电磁辐射和串扰，提高传输效率。
5. 调节和控制：直流系统可以通过调节直流电压的大小来控制电能的传输和分配。
具有较高的可调节性和灵活性，可以适应不同负载需求和系统运行状态。
总的来说，直流系统的工作原理是通过将电能以直流电的形式
传输和分配，实现能量的交付和使用。
它具有较低的输电损耗，较高的传输效率和调节灵活性，在特定应用中具有一定的优势。
特高压直流输电技术
换流站国产化水平 提高后直流架空线 路
换流站建设费用
变电站建设费用
14
0 线路等价距离 线路等价距离 输电距离
-800kV DC
8
（二）直流输电技术的分类 • 按工程结构分类
分类I（按换流站数量分类） • 两端直流输电(或“点对点直流输电”) • 多端直流输电 分类II（按线路长度分类） • 长距离直流输电 • 背靠背直流输电 分类III（按电压等级分类） • （超）高压直流输电 • 特高压直流输电
由地下电缆向大城市供电；
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。
13
交直流等价距离
直流输电的经济性及交直流经济比较：直流输电两侧换流站费用高， ￥1000元/kW；直流线路相对便宜： ￥250万—￥480万/km；与交流 输电的等价距离：600－800km。 换流站设备价格问题：整体成降价趋势： 输送距离超过一定值时， 交流需要增加中间站，加串补。线路的建设费用问题，整体趋势是 上涨，国外由于线路走廊需要征地，费用更高，等价距离更短。
特高压直流输电技术
1
直流输电技术基本原理
（一）直流输电技术的原理
（二）直流输电技术的分类
（三）直流输电技术的特点
2
（一）直流输电技术的原理
直流电概念（相对于交流大小和方向随时间周期变化） 直流输电工程是以直流电的方式实现电能传输的工程。直流电 必须经过换流（整流和逆变）实现直流电变交流电，然后与交流系 统连接。 直流输电工程构成（换流站、直流线路、接地极、通信与远动）
传统直流输电控制原理
1.整流器部分工作原理整流部分的结构是三相桥式电路，如图1所示。
图1 整流器电路图e a 、e b 、e c 为等值交流系统的工频基波正弦相电动势，图2 整流侧电压波形（a ）为m 、n 点对中性点的电位，（b ）为直流侧电压u d ，（c ）为触发脉冲。
图（a ）中C1为自然换向点，角度α为延迟触发角，即晶闸管开始导通的角度；μ为叠弧角（换向角），即电流从一相换到另一相的时间。
定义熄弧延迟角为δ， δ=α+μ。
理想直流侧空载电压为απcos 23V r 0E r d =（1）换向引起的压降可用等值换向电阻R cr 代替，可以计算出直流侧电压平均值为dcr r d d cr dr I I E R -cos V R -cos 23V 0r ααπ==（2）图3 整流侧外特性随α增大，直流侧电压减小。
2.逆变器部分工作原理图4 逆变器电路图逆变器和整流器的原理接线图相同，根据式（1）απcos 23V r 0E r d =，若延迟触发角α为90°时，cos α=0直流侧电压为0，当α>90°时，直流侧电压为负值，变流器做逆变运行，为方便起见，定义β=180°-α，为超前触发角。
设逆变侧直流空载电压为V d0i ,则ii 023V E d π=（3），考虑换向角μ的存在，用R ci 作为逆变侧等值换向电阻，作为逆变侧换向引起的压降，则直流侧电压为dci i d dci d ci d ci di I I E I E I E R -cos V R -cos 23-R -)180(cos 23-R -cos 23V 0i i i ββπαπαπ-==-︒==（4）定义超前熄弧角（也叫关断角）为γ，γ=π-δ=π-α-μ=β-μ。
3.控制原理直流输电的接线原理简图：图5 直流输电原理简图直流输电等效电路图：图6 直流输电等效电路图其中α为整流器延迟触发角；β为逆变器的超前触发角；γ为逆变器熄弧角；V d0r 和V d0i 分别为整流侧和逆变侧的无相控理想空载直流电压；R cr 和R ci 分别为整流和逆变侧的等值换相电阻，等效了换向损失的电压，但不是真正意义的电阻，不消耗有功功率。
直流系统的工作原理
直流系统的工作原理
直流系统是一种电力输送和供电的系统，其工作原理基于直流电流的特性和传输。
直流系统的工作原理可分为三个基本过程：发电、输送和供电。
发电是直流系统的起始过程，通过使用发电机将机械能转化为电能。
发电机内部通过磁场和电场的相互作用来产生电流。
直流发电机中会产生恒定的电压和电流。
输送是指将发电机产生的直流电能通过输电线路输送到需要供电的地方。
在直流系统中，输电线路会对电流进行控制和调节，以确保电流稳定和安全传输。
直流系统的输电线路通常采用高压和大容量的电缆。
供电是指将输送来的直流电能提供给用户，供应用电设备工作。
在直流系统中，供电过程主要涉及将输送来的直流电能转化成各种不同电压和电流等级的电力输出。
供电过程通常通过使用适当的变压器、整流器和调整器来实现。
直流系统相比交流系统具有一些优点，如更高的输电效率、较小的能量损耗和更好的负载调节能力。
因此，直流系统在需要长距离输送、大容量需求和高可靠性的应用中得到广泛应用，如高压直流输电、电动汽车充电和太阳能发电系统等。
直流输电课件
随着技术的不断进步，人们开始研究超高压直流输电技术，以进一步提高电力 传输的效率和安全性。
超高压直流输电技术的应用
超高压直流输电技术在跨洲、跨国电力传输以及海上风电并网等领域具有广阔 的应用前景。通过采用先进的绝缘材料、控制技术和设备，超高压直流输电技 术的传输容量、稳定性和经济效益将得到进一步提升。
换流器类型
包括整流器和逆变器，分 别用于将交流电转换为直 流电和将直流电转换为交 流电。
换流器控制
对换流器进行控制，确保 其输出稳定的直流电能。
输电线路
线路类型
线路保护
包括架空线路和地下电缆，根据输电 距离和地形选择合适的线路类型。
对输电线路进行保护，防止其受到自 然灾害和人为破坏的影响。
线路设计
互联。
直流输电的应用场景
大规模风电和太阳能发电基地的并网输送
01
直流输电可以用于大规模可再生能源基地的并网输送，实现清
洁能源的优化配置和利用。
城市和工业园区的供电
02
直流输电可以用于城市和工业园区的供电，提高供电可靠性和
稳定性。
跨区域大电网互联
03
直流输电可以用于实现跨区域大电网互联，提高电网的稳定性
和可靠性。
02
直流输电系统的组成
电源010203电源类型包括化石燃料发电、核能 发电、可再生能源发电等。
电源接入
电源通过换流站接入直流 输电系统，实现电能转换 和传输。
电源控制
对电源进行控制，确保其 输出稳定的直流电能。
换流器
工作原理
换流器通过控制半导体开 关的通断，实现交流电与 直流电之间的转换。
政策和市场环境
政府政策和市场环境对直流输电技术的发展和应用具有重要影响， 需要加强政策支持和市场推广。
HVDC控制原理与特性
2.将整流站电流定值从Idr改为Idr-ΔIm、逆变站电流定值则从Idr-ΔIm改 为Idr；
2.3 直流系统微机控制基本原理和控制算法
A.换流器定值控制模型
DDC模块：根据采样得到的被控量与整定值之间的 偏差进行直接数字控制 算法处理，获得控制信 号Vcn 。
DPC调还模节包块触 含：发 一由脉 个V冲 产cn经相生过位、数的分字相配相位等位控间控制隔制信触算号发法脉得n冲。出的该用脉模于冲块 相位比较与分配环节。
必须指出，对于需要双向输电的直流系统，其两端换流站 的控制系统均应配置整流和逆变两种运行方式所需的控 制功能模块。换句话说，除了“主控模块”外，两站的 控制系统配置应完全一样。
2.11 直流输电系统的功率反送控制(续)
双向输电直流系统的快速功率反转控制可通过改变两站直流电流定值来 实现，其过程如下：
2. 附加功率控制模块(APC)，根据交流系统频差确定功率 控制修正量(ΔP0)；
3. 控制电流形成模块，根据修正后的功率控制定值Pdr(= Pdr1+ΔP0) 和实测电压Ud，获得电流控制定值Idr0；
4. 过载限流模块， Idr0必须≤过载计算单元(OLC)根据当 前阀冷却介质温度和实测Id计算出的最大允许过载电流 (I’max);
闭环控制是当检测到δ与δ0的偏差后才进行控制， 因此对于δ＜δ0情况下的控制是不利的。例如 当逆变侧交流系统发生故障，换相电压大幅度跃 降、直流电流迅速上升，δ突然大幅度减小的情 况下，在检测到δ＜δ0时，逆变器可能就已发 生换相失败。
2.5 逆变器定关断角控制(续)
第三部分(直流输电的控制原理)
V d 0 z cos α − V d 0 n cos γ Id = R cz + R l − R cn
由上述两式可以看出，要改变直流电流 Id（或功率），可以从如下两 个方面进行调节： ① 控制极调节： 调节整流器的触发延迟角α或逆变器的触发超前角 β【也叫逆变角】（或关断角【也就是熄弧超前角γ】），即调节 加到换流阀控制极的触发脉冲相位； ② 调节换流器的交流电势 Emz或Emn（因为Vdoz和Vdon和二者有关）， 一般靠调节发电机励磁或改变换流变分接头来实现。
�由于上述原因，一般在整流器上都装有定电流调节装置，
自动地保持电流为定值。定电流调节可以改善直流输电的 运行性能，同时也可以限制过电流和防止换流器过载，是 直流输电系统的基本调节方式。
�定电流调节的基本原理是：把系统实际电流 Id 和电流整定
值Id0进行比较，当出现差别时，便改变整流器的触发角， 从而改变其输出电压，使差值消失或减小，以保持 Id 等于 或接近于Id0。
当β为恒定时
R cn
Vd 0 z cos α − Vd 0 n cos β Id = Rcz + Rl + Rcn
当γ为恒定时
R cz
Rl Id
− Rcn
V d 0 z cos α − V d 0 n cos γ Id = R cz + R l − R cn
Vd 0 z cos α − Vd 0 n cos β Id = Rcz + Rl + Rcn
Vd
定α0特性 （最小的α） 逆变器 定γ0特性直线
一定值时，即使电流调节器将α调节到 上限值α0，电流也不能恢复正常。 （如在“C”点，需要减小α才行，而α 已经最小，再不能减小了）
直流系统工作原理
直流系统工作原理直流系统是一种电力传输和分配系统，其工作原理是基于直流电的特性和原理。
直流系统主要由直流发电机、直流输电线路、直流变电站和直流负载组成。
下面将详细介绍直流系统的工作原理。
一、直流发电机直流发电机是直流系统的核心设备，它将机械能转化为直流电能。
直流发电机的工作原理是利用电磁感应现象，通过转子和定子之间的磁场相互作用，产生电动势。
当转子被外部能源驱动旋转时，磁场的变化会在定子上产生感应电动势，从而输出直流电能。
直流发电机的转子通常由永磁体或电枢组成，定子则由线圈和磁铁组成。
二、直流输电线路直流输电线路用于将直流电能从发电站传输到变电站或直流负载。
直流输电线路采用的是高电压、大电流的传输方式，以减少线路损耗。
直流输电线路的特点是电阻损耗小、传输距离远、输电能力强。
直流输电线路中的主要元件包括导线、绝缘子、电缆、接地线等。
三、直流变电站直流变电站是直流系统的重要组成部分，用于将输电线路上的直流电能进行变换和分配。
直流变电站主要包括换流器、变压器、断路器、隔离开关等设备。
其中最关键的是换流器，它将输电线路上的直流电能转换成可调的直流电压和电流，以满足不同负载的要求。
直流变电站的工作原理是通过控制换流器的开关状态，实现直流电能的正向或反向传输。
当直流电能需要从发电站传输到负载时，换流器将直流电能转换成与负载要求相匹配的直流电压和电流，并通过输电线路传输到负载。
当需要将直流电能从负载送回发电站时，换流器则反向工作，将直流电能转换成可逆输送的交流电能，再由交流输电线路传输回发电站。
四、直流负载直流负载是直流系统中的终端设备，用于消耗或利用直流电能。
直流负载可以是工业生产设备、电动机、充电桩、电解槽等。
直流负载的工作原理根据具体设备的特点而不同，但都需要接收并利用直流电能。
总结直流系统的工作原理是通过直流发电机将机械能转化为直流电能，再通过直流输电线路将直流电能传输到直流变电站，最后通过直流变电站将直流电能分配给直流负载。
直流输电原理
17
6 脉动桥触发脉冲序列示意
18
稳态直流电流
19
整流换流器直流电压
20
整流侧直流电压波形 （不考虑换相阻抗）
21
换相过程电流、电压
UM=(UA+UB)/2
UA UB UC
M+
N-
22
阀1向阀3换相过程中， 直流M端电压变化情况
23
换相过程的直流电压
24
C
A
B
C
A
B
相
电
压Байду номын сангаас
整
（UA+UB ）/2 直
R R为直流回路电阻，主要包括：直流线路电阻、平波
电抗器电阻、接地极引线电阻及接地极电阻。
42
整流侧 逆变侧
直流输电基本原理
直流功率 Pd
双极 单极 双极 单极
P d ? 2U d 1Id P d ? U d1Id
P d ? 2U d 2 Id P d ? U d 2Id
43
换流带来的问题
（1）换流器需要消耗大量无功； （2）换流在交流侧产生谐波电流、在直流侧
? 阀电压、换相电压、直流电压
? 整流、逆变
? 触发角、换相角、熄弧角
5
换流设备的基本构成 （1）换流基本元件（可控硅） （2）换流基本单元（ 6脉动换流阀）
6
换流基本元件（可控硅）
正面为阴极
背面为阳极
阳极(A)
控制极
门极(控制 极G)
阴极(K)
7
反向闭 锁状态
可控硅基本特性
导通状态 闭锁状态
33
直流系统主回路
双端直流系统运行时，整流器作为电源侧 , 逆变器作为负荷侧。
直流控制系统功能介绍
41
7.2.2 过电压限制器
如果出于某种原因，整流站在开路状态下启 动，那么根据先前提到的零电流下的 alpha 与 UD 之间的关系，将会产生过电压。开线末端 的反射也会引起过电压。 在阀解锁时，为了建立最小电流（10％）， 控制放大器会降低 alpha 角。通常在 alpha 到达 UMIN 标准（ 5 el.deg. ）时停止继续降低。从 OLT的等式可以看出，当alpha角小于60度时， 直流电压达到最大值。这意味着，为防止开线 启动产生过电压，正常启动时的触发角应增至 80～90。
直流控制系统功能介绍
1
1 基本接线方式
三常直流工程在正向和反向功率传 输方向上有以下接线方式： 双极大地回线； 单极大地回线； 单极金属回线。
2
2 基本控制模式
• 双极功率控制
将双极功率控制为给定值。如果一极选择双极功率控制，另一极 选择其它控制方式，则选择双极功率控制的极负责将双极输送功 率控制在给定值。如果两个极均处于双极功率控制，则功率定值 将在两个极中根据电压均分。
20
短时过负荷
短时过负荷能力是指在一定时间内，直流 电流高于额定电流的能力。 在大多数情况下，大部分设备故障和系统 要求，只需要直流输电系统在一定的时间内提 高输送能力，而不是连续过负荷运行。在此期 间，故障的设备可以修复或系统调度可以采取 处理措施。 短时过负荷限制允许在3秒～2小时内有不 同的过负荷水平。
0.345 pu 0.2 pu 0.75 pu
30
VDCOL对Ud/Id特性的影响
31
7.1.2 电流控制放大器（CCA）
电流控制放大器是一个比例积分环 节，它检测实际直流电流值，与经 VDCOL限幅后的直流电流指令相比较后， 对得到的电流差值进行比例积分，其输 出为α指令值。
直流系统原理
直流系统原理
直流系统是一种用于输电、电力配电和电能转换的电力系统。
它由直流发电机、直流输电线路、直流变压器和直流负载组成，具有一些特殊的工作原理和特点。
首先，直流系统的工作原理是基于直流电的特性。
直流电是指电流方向保持不变的电流，它的电压和电流都是恒定不变的。
在直流系统中，电能是以恒定的电压和电流传输的，这样可以减少电能损耗，提高能源利用效率。
其次，直流系统具有良好的稳定性和可靠性。
由于直流电的特性，直流系统在传输和配电过程中不会出现频率和相位的变化，因此可以更好地控制电能的传输和分配。
同时，直流系统可以更好地应对电网故障，减少电力系统的停电时间。
另外，直流系统还具有较高的调节性能。
在直流系统中，可以通过控制电压和电流来实现对电能的调节和控制，这样可以更好地满足不同负载的需求，提高电力系统的灵活性和适应性。
此外，直流系统还具有较低的电磁干扰和损耗。
由于直流电的
特性，直流系统在传输和配电过程中产生的电磁干扰较小，可以减少对周围设备和系统的影响。
同时，直流系统的电能损耗也较小，可以提高电力系统的能源利用效率。
总的来说，直流系统是一种具有独特工作原理和特点的电力系统，它在电能传输、配电和转换方面具有一些独特的优势。
随着电力系统的发展和技术的进步，直流系统在电力领域的应用前景将会更加广阔。
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。
直流输电基本原理
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值 d ＝3L / 等值换相电阻 Id 直流电流
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）
定Ud、定Id
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
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
直流输电简答题整理
根据老师给出的重点，结合2009、2011两年的考试试卷，我整理出了可能出现的简答题答案，供大家参考，如有错误，请及时指正！（一）直流输电与交流输电运行特点比较1.优点：（1）线路走廊输电效率高，线路造价低，结构简单，损耗小；（2）直流输电不存在交流交流输电的稳定问题，适合远距离大容量输电；（3）直流输电可实现电力系统之间的非同步联网；（4）直流输电采用全自动方式快速控制潮流和功率，有利于电网的经济运行和现代化管理；（5）直流输电对故障的响应快，恢复时间短、不受稳定制约、可多次再启动和降压运行来消除故障，恢复正常运行条件；（6）直流输电能限制交流系统的短路容量；（7）直流电缆线路输送容量大、造价低、损耗小，不易老化，且输送距离不受限制；（8）直流输电可方便地进行分期建设和增容扩建，有利于发挥投资效益。
2.缺点：（1）直流输电换流站比交流变电所的设备多、结构复杂、造价高、损耗大、运行费用高、可靠性也较差；（2）换流器对交流侧来说是一个谐波电流源，对直流侧来说，是一个谐波电压源；（3）晶闸管换流器在换流时需消耗大量的无功功率，每个换流站均需装设无功补偿设备；（4）直流输电利用大地（或海水）为回路而带来一些技术问题；（5）直流断路器由于没有电流过零点可以利用，灭弧问题难以解决；（二）直流输电控制原理1.基本控制功能：（1）启停控制：正常启动、正常停运、故障紧急停运（故障后的）自动再启动等；（2）功率控制：输送功率的大小和方向的控制；（3）潮流反转控制：直流双向潮流全控；（4）无功功率控制：调节换流器的无功功率消耗（课本160页）；（5）换流站保护控制：发生故障时，保护换流站设备。
2.基本控制方法：（1）换流器触发相位控制：整流器的定触发角α控制，逆变器定逆变角β控制、定熄弧角γ控制；（2）调调节换流变压器分接头改变交流电压从而调节直流端空载电压。
3.基本控制特性：整流器：定电流控制，定电压控制，定触发角控制（最小触发角控制）逆变器：定熄弧角γ控制，定逆变角β控制，定电流控制，定电压控制换流器定功率控制：逆变器通常为定电压，而整流器则依据设定的功率整定值算出电流定值，使整流器进行定电流控制；电流裕度法：整流站定电流控制的电流整定值在任何时候都应该足够地大于逆变站定电流控制的电流整定值，即，且要保证一定的电流裕度。
电力电子技术在电力系统中的应用
电力电子技术在电力系统中的应用一、引言电力电子技术是指利用电子器件和电子控制技术来实现电力转换、控制和调节的一门学科。
它在电力系统中的应用广泛而重要。
本文将结合实际案例，探讨电力电子技术在电力系统中的应用。
二、直流输电技术1. 直流输电系统原理直流输电技术是电力电子技术在电力系统中的重要应用之一。
通过将交流电转换为直流电进行输送，可以有效解决长距离传输中所遇到的电压和电流损耗问题，提高输电效率。
例如，高压直流输电（HVDC）系统可以将电能从远距离的火电厂输送到需求地，降低了能源损耗，提高了输电容量。
2. 直流输电技术的优势直流输电技术相对于传统的交流输电技术具有以下优势：低损耗、大容量、节约输电线路、节约投资等。
而且，直流输电技术还具有可靠性高、对负荷变化响应快等特点。
三、电力调速技术1. 电力调速系统原理电力调速技术是指利用电力电子技术对发电机的输出功率进行调整，以满足电力系统的需求。
通过控制并联在发电机轴上的电动机的转速，可以调整发电机的输出功率，使其与负荷需求相匹配。
2. 电力调速系统的应用电力调速技术在调频调速水轮机、风力发电和光电发电等领域得到广泛应用。
例如，调频调速水轮机在水电站中的应用通过控制水轮机的转速，实现对水轮机的输出功率的调整，以满足电力系统负荷需求。
四、电力滤波技术1. 电力滤波技术原理电力滤波技术是指通过引入滤波器将电力系统中的电源谐波进行滤除，改善电力质量的一项技术。
电力谐波是指电力系统中包含在交流电中的频率为基波频率整数倍的电压或电流成分。
电力谐波会导致电力系统的电压失真，影响电力设备的正常工作。
2. 电力滤波技术的应用电力滤波技术在电力系统的主变电所、电动机驱动系统等领域得到广泛应用。
例如，电力滤波器可以通过滤除电力系统中的谐波，避免了负载对电力系统的干扰，保证了电力系统的正常运行。
五、智能电网技术1. 智能电网系统原理智能电网技术是指将信息通信技术与电力系统相结合，实现对电力系统的智能化、自动化管理的技术。
直流电法的原理与应用
直流电法的原理与应用1. 原理直流电法是一种利用直流电进行电化学反应和电子传输的方法。
它基于直流电的特性，通过在电解质溶液中施加外加电场，推动离子的运动和电子的传输，实现各种电化学反应和能量转化。
直流电法的原理包括以下几个方面：1.1 离子运动在电解质溶液中，正负电荷的离子会受到外加电场的作用而运动。
正离子会向电场方向移动，而负离子则会朝着相反的方向运动。
通过控制外加电场的方向和强度，可以调控离子的运动速度和方向。
1.2 电子传输直流电法利用直流电的电导性，实现了电子在电解质溶液中的传输。
电子在电解液中以电流的形式传导，从负极流向正极。
这种电子传输是直流电反应进行的基础，也是能量转化的重要过程。
1.3 电化学反应直流电法充分利用了电化学反应的原理，通过电解质溶液中的离子运动和电子传输，促进各种电化学反应的发生。
例如，电解水可以产生氢气和氧气的反应，电镀可以将金属沉积在电极上的反应等等。
2. 应用直流电法在许多领域都有着广泛的应用。
以下是一些常见的应用场景：2.1 电解制氢直流电法可以利用电解水的原理，将水分解成氢气和氧气。
这种方法可以用于氢燃料的生产、氢能源的储存等领域。
通过控制电流的大小和电解时间，可以实现高效的电解制氢过程。
2.2 电池充电直流电法在电池的充电过程中起着重要作用。
通过将直流电源连接到电池的正负极，可以推动电池内的电子流动，实现电池的充电。
这种方法常用于手机、电动车等电池供电设备的充电过程。
2.3 电化学分析直流电法在电化学分析中有着广泛的应用。
例如，通过利用电解质溶液中离子的运动和电子的传输，可以实现对溶液中某种物质浓度的测量。
这种方法常用于环境监测、水质分析等领域。
2.4 电镀工艺直流电法在电镀工艺中也有着重要的应用。
通过在电解质溶液中施加直流电场，可以将金属离子沉积在金属表面上，形成一层均匀的金属膜。
这种方法常用于制备金属材料、改善金属表面性能等领域。
2.5 高压直流输电直流电法在能源输送领域也有着广泛的应用。
直流输电系统控制原理与特性
二、直流系统控制原理与特性
2.1 直流输电系统基本结构及其控制模式
直流输电一次系统结构示意
2.1 直流输电系统基本结构及其控制模式(续) 直流输电系统基本结构及其控制模式(
直流输电一次系统等值电路
由图知，正常稳态情况下系统直流电流为： 由图知，正常稳态情况下系统直流电流为：
(1) 或
2.1 直流输电系统基本结构及其控制模式(续) 直流输电系统基本结构及其控制模式(
2.8 直流系统控制特性的改进
改进直流输电基本控制特性的目的，是为了进一 步提高其控制性能和运行指标。 常见的改进措施有： 1. 定关断角控制特性改进 定关断角控制特性改进：比如当检测到Id小于 运行设定值时，使逆变器从定δ控制改为定β 控制，从而可有效防止整流器进入定αmin控制 时Id大波动情况的发生。 2. 增加VDCL VDCL(直流电流控制定值增加低电压减电 流定值)功能：当控制系统检测到直流电压低于 某一设定值(如50%～70%)时，自动按某种规律 降低整流、逆变站的控制电流定值，以防逆变 器发生连续换相失败。
2.6 直流输电控制系统构成(续) 直流输电控制系统构成(
直流系统基本控制稳态特性
(a)整流器定Id，逆变器定δ (b)逆变器减额定Id控制 (c)正常综合控制特性 (d)非正常综合控制特性
电流定值同步传输过程示意
(a)Idr1下降时的同步传输过程 (b) Idr1上升时的同步传输过程 Idr1：控制设定值(人工或自动) Idr2/I’dr2：整流/逆变站初步定值
1.3 直流输电控制系统发展简介（续） 直流输电控制系统发展简介（
（2）数字型控制系统 ） 由中小规模数字集成电路构成，20世纪五、 六十年代开始发展，但未得到推广应用。 优点： 优点 ：集成度较高、控制方式较灵活、逻辑 处理能力较强。 缺点： 缺点 ：控制功能实现较复杂、某些控制性能 及可靠性还不如模拟型的，故未能得到推 广应用。 同时期还研发了一种数模混合型 数模混合型控制系统， 数模混合型 吸收了模拟型和数字型的优点，得到一定 的推广应用。
直流输电原理
直流输电原理
直流输电是一种将直流电能从发电站输送到远距离的方法。
其原理是通过将发电机产生的交流电转换成直流电后，通过输电线路传输到目的地。
在直流输电系统中，发电机首先将交流电转换成直流电，这主要是通过使用整流器实现的。
整流器的作用是将交流电转换成具有一个方向的直流电流。
这一过程是通过控制半导体器件的通断来实现的。
整流器通常由大型功率半导体器件如二极管或可控硅组成。
一旦交流电被转换成直流电，这些直流电就被输送到远距离的目的地。
由于直流电的特性，其在输电过程中的能量损耗较小。
这主要是因为在直流输电中，电流的传输是单向的，不会存在交流中的电流来回变换所产生的能量损耗。
在输电过程中，直流电会通过高压输电线路进行传输。
通过增加输电线路的电压，可以减少电流的大小，从而减少能量损耗。
这也是直流输电所具有的优点之一。
在直流输电的目的地，接收站会将直流电转换为交流电，使其适应当地的用电要求。
这一过程是通过变流器实现的。
变流器的作用是将直流电转换为交流电，并通过改变频率和电压来满足不同的负载需求。
综上所述，直流输电通过将交流电转换成直流电，并利用其单
向传输的特性来输送电能。
这种输电方法具有较小的能量损耗，适用于远距离输电，并可以根据需要进行转换和调整。
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1.整流器部分工作原理整流部分的结构是三相桥式电路，如图1所示。
图1 整流器电路图e a 、e b 、e c 为等值交流系统的工频基波正弦相电动势，图2 整流侧电压波形（a ）为m 、n 点对中性点的电位，（b ）为直流侧电压u d ，（c ）为触发脉冲。
图（a ）中C1为自然换向点，角度α为延迟触发角，即晶闸管开始导通的角度；μ为叠弧角（换向角），即电流从一相换到另一相的时间。
定义熄弧延迟角为δ， δ=α+μ。
理想直流侧空载电压为απcos 23V r 0E r d =（1）换向引起的压降可用等值换向电阻R cr 代替，可以计算出直流侧电压平均值为dcr r d d cr dr I I E R -cos V R -cos 23V 0r ααπ==（2）图3 整流侧外特性随α增大，直流侧电压减小。
2.逆变器部分工作原理图4 逆变器电路图逆变器和整流器的原理接线图相同，根据式（1）απcos 23V r 0E r d =，若延迟触发角α为90°时，cos α=0直流侧电压为0，当α>90°时，直流侧电压为负值，变流器做逆变运行，为方便起见，定义β=180°-α，为超前触发角。
设逆变侧直流空载电压为V d0i ,则ii 023V E d π=（3），考虑换向角μ的存在，用R ci 作为逆变侧等值换向电阻，作为逆变侧换向引起的压降，则直流侧电压为dciiddcidcidcidiII EIEIER-cosVR-cos23-R-)180(cos23-R-cos23Viiiββπαπαπ-==-︒==（4）定义超前熄弧角（也叫关断角）为γ，γ=π-δ=π-α-μ=β-μ。
3.控制原理直流输电的接线原理简图：图5 直流输电原理简图直流输电等效电路图：图6 直流输电等效电路图其中α为整流器延迟触发角；β为逆变器的超前触发角；γ为逆变器熄弧角；V d0r和V d0i分别为整流侧和逆变侧的无相控理想空载直流电压；R cr和R ci分别为整流和逆变侧的等值换相电阻，等效了换向损失的电压，但不是真正意义的电阻，不消耗有功功率。
R L为直流线路电阻。
换向压降是由于变压器漏感产生的。
根据式（2）和式（4）及图6中的电压方向可得：dcr r d dr I R -cos V V r 0α= （5）dci i d di I R cos V V i 0+=β（6）参考高压直流输电原理一书，可以得到dci i d di I R -cos V V i 0γ=（7）根据图6及整流逆变原理，从整流侧流向逆变侧的稳态直流电流为：ciL cr i d r d L di dr d R R R V V R V V ++-=-=i0r 0cos cos I βα（8）或ci L cr i d r d L di dr d R R R V V R V V -cos cos I i0r 0+-=-=γα（9）式中αr 和βi 分别是整流侧延迟触发角和逆变侧超前触发角，γi 为逆变侧超前熄弧角。
由（8）（9）式可知，改变αr 和βi 或γi 可调节直流电流。
4.控制方式正常运行条件下，整流侧采用定电流控制，主要是由于功率的变化取决于直流电流I d 的变化，且整流逆变两站均要装设定电流控制，逆变站装设的目的是当I d 下降过多时，协助其快速恢复正常。
使整流器运行于恒电流状态，控制传输功率的稳定；根据式（6）dcr r d dr I R -cos V V r 0α=可得控制特性曲线图7 整流侧控制特性随α增大，直线向下平移。
α一般为10°至20°，最小不小于5°。
逆变侧采用定熄弧角控制，使逆变器运行于恒熄弧角状态，保证足够的换向裕度。
根据式（7）dci i d di I R -cos V V i 0γ=可得控制特性曲线图8 逆变侧控制特性对于逆变器，为了避免换相失败，保证在换相电压易号之前有足够的裕度时间去游离的条件下完成换相，所以，γ必须大于一定的临界 值（即关断余裕角γmin ） ，一般为 15º。
4.1整流侧定电流控制：电流给定值I d_ref 与电流实测值I d_CMR 的偏差作为定电流控制器的输入，整流侧电流ＣＭＲ是整流直接输出测量值，未经过大电感平波，需要经过一阶线性滤波环节K r1/1+sT r1除去脉动，得到直流电流值。
驱动PI 控制器输出指令，PI 控制器的输出为整流器触发超前角βr ，它与触发角αr 之间的关系为βr =π-αr ，由此即得到整流器的触发角指令值。
图9 整流侧定电流控制PI 环节的传递函数为)sT 11(K s G r2r2r +=）（( 一阶惯性环节T r1=0.0012,K r1=0.5)(PI 环节T r2=0.0109,K r2=1.0989)4.2逆变侧定熄弧角控制：图10 逆变侧定熄弧角控制γ为逆变器熄弧角实测值，Δγ为电流偏差引起的熄弧角偏差值， βinv 为逆变器输出的超前触发角，控制β角的恒定就能保证逆变器运行在定熄弧角γ状态。
为了在逆变侧定关断角和 VDCOL 控制之间进行平滑过渡，引入电流偏差控制。
方法是通过电流额定值与实际值之前的差值，适当增大关断角，如果达到最大关断角，则交给定电流控制。
通常每安培电流偏差提高角 0.01°至 0.1°。
这里取 0.08°（参考直流电流为2kA ）图11 电流偏差控制PI 环节的传递函数为)sT 11(K s G 22γγγ+=）（（PI 环节Tγ2=0.0544，K γ2=0.7506）根据公式doi dci V I R 2cos cos +=βγ可以算出得到的熄弧角。
4.3逆变侧定电流控制：I d_inv 为逆变侧实测电流，为避免整流逆变两端调节器同时工作，逆变侧电流整定值要比整流侧整定值小一个电流裕度，通常为 0.1 p.u.i1i11K sT +PId_invI πd_refI +--+inv βinvα）（︒30min βmax 图12 逆变侧定电流控制PI 环节的传递函数为)sT11(KsGi2i2i+=）（( 一阶惯性环节T i1=0.0012,K i1=0.5)(PI环节T i2=0.0109,K i2=1.0989)4.4低压限流环节（VDCOL）：低压限流正常情况下不起作用，是当系统电压下降幅度过大变得较低时，减小直流电流指令，使直流电流降低，降低直流功率。
经低压限流后的最大允许电流值和给定的电流值中的较小值作为定电流控制的电流指令值。
sTG+1diVdiI+sTG+1*0.01+低压限流VDCOL后的最大允许电流MIN电流整定值IdesId_ref图13 低压限流环节（G=1，T=0.02）图14 整流逆变整体控制框图1.对于直流输电线路而言是不需要无功补偿的。
原因如下：以交流形式传输电附:能,在交流频率的作用下,会产生电抗,由于电抗的作用,在任何时刻,任意两点的电压相角均不相同,且相角的大小与传输的功率有关,功率越大,相角差越大。
以直流形式传输电能,由于直流供电的特殊性质,在电能传输的过程中没有频率,线路中不会感应到电抗的存在,所以不存在电压相角的问题。
由公式Q=UIsina，a角为电压U与电流I之间的相位角，若a角为0°，自然是不会产生无功的。
2.对于传统的换流站而言是需要无功补偿的。
原因如下（以整流站为例）：（1）其开关元件通常为多脉波整流变换器，它采取的触发方式是相控方式，若将触发角α增大，电流相对电压的相位就在向后移，就会使得无功功率增大，功率因数就会降低，必须补偿这一部分无功功率，所以加设无功补偿装置。
（2）因为是多脉波整流变换，虽然会消除大量谐波，但还是有存在一部分谐波产生，直流侧就需要用上滤波电容器，平波电抗器等装置。
（3）换流站所处电网薄弱环节，电压控制困难，为达到控制电压目的，增设机械投切无功补偿装置。
参考文献[1]赵蜿君.高压直流输电工程技术.北京:中国电力出版社.2004.[2]张勇军.高压直流输电技术原理.[3]王兆安.电力电子技术.[4]尉龙.基于ＰＳＣＡＤ的ＣＩＧＲＥＨＶＤＣ模型控制系统研究[5]邓广静.CIGRE 直流输电标准模型的建模及控制策略仿真研究。