直流输电原理(课堂PPT)
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直流输电原理
1
直流输电系统 (direct current transmission system)
直流输电是在送端将交流电经整流器变换 成直流电输送至受端，再在受端用逆变器将直 流电变换成交流电送到受端交流电网的一种输 电方式。以直流方式实现电能传输的系统称为 直流输电系统。
2
双极大地回线方式
3
直流系统主设备
—— 换流阀 —— 换流变压器 —— 平波电抗器 —— 交流滤波器 —— 直流滤波器
—— 直流场设备 —— 直流控制保护系统 —— 接地极
4
直流输电基本原理——换流原理
要解决以下几个问题： • 换流是什么意思？ • 换相是什么意思？ • 直流系统如何将电能从一端送到另一端？
要掌握以下几个概念：
6脉换流阀触发、换相顺序
11
交流侧 相电压
交流侧 线电压
换相电压-----整流侧
12
整流侧阀电压、触发角α
13
交流侧 线电压
交流侧 相电压
换相电压-----逆变侧
14
逆变侧阀电压、触 发角α、熄弧角γ
15
阀电压----换流阀两端电压
16
各成
阀6 轮脉
流动
导桥
通的
时端
，电
阀压
电
压
形
17
6 脉动桥触发脉冲序列示意
直流输电基本原理
直流功率Pd
双极 单极 双极 单极
Pd2Ud1Id
PdUd1Id
Pd2Ud2Id Pd Ud2Id
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
产生谐波电压； （3）换流设备应力与常规交流设备有区别； （4）大地回线，接地极的要求； （5）直流系统逆变侧易发生换相失败。
• 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。
34
百度文库 整流器点火角的影响
35
直流电压与角的关系
36
12脉动换流桥接线
Y/D接线方式 Y/Y接线方式
相角差为30 °
37
12脉动桥触发脉冲及电压情况
触发脉冲顺序： Y/D 6脉动阀1 - 2 - 3 - 4 - 5 - 6 – 1； Y/Y 6脉动阀1 - 2 - 3 - 4 - 5 - 6 – 1。 Y/Y阀比Y/D阀触发滞后30 °。 12脉动阀直流电压波形比6脉动阀直流电压波形更加平整。
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
整
（UA+UB）/2 直
流
CB AB AC BC BA CA CB AB AC BC 流 电
侧
压
直
流
线 电
电
压
压
波
形
25
阀电流
26
整流侧阀直流电流波形
27
整流侧阀1阳极/阴极间的电压
28
逆变换流器直流电压
29
逆变器直流电压波形示意
30
逆
变
侧
直
流
电
压
波
形
31
逆变侧阀电压
32
双端直流系统换流阀接线情况
双端直流系统运行时，双端换流阀连接不是同 极性相连。根据可控硅单向导通的特性，同极性相 连将无法形成通路。
U1、U2表示整流侧和逆变侧换流变压器阀侧空载线电压有效值。 Xr1、Xr2表示整流侧和逆变侧每相的换相电抗(换流变的漏抗+阀
的电抗) 。
41
直流输电基本原理 直流电流Id Id Ud1Ud2
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
可控硅正常导通的条件： 1.阳极电压必需高于阴
极电压，即阀电压为 正； 2.在控制极上加上所需 的触发脉冲。 可控硅正常关断的条件： 1.电流减小过零； 2.阀电压持续一段时间为零 或为负。
8
可控硅级结构
均压 回路
阻尼回路
可控硅 可控硅 控制单元 9
换流基本单元（6脉动换流桥）
共阴极
共阳极
桥臂
10
38
换流器交流测电流
Y/Y桥阀侧电流
Y/D桥阀侧电流
12脉动换流桥电流
39
换流器交流测电压
40
直流电压Ud公式
整流侧 U d 1N 1 (1 .3• 5 U 1 • co s3X rI 1 d )
逆变侧 U d 2 N 2 (1 .3• 5 U 2• co s 3X rI 2 d )
N1、N2表示整流侧和逆变侧每极中的6脉动换流器数,如: 6脉动 换流器N1、N2取1，12脉动换流器N1、N2取2。
44
换相基本概念小结
• 可控硅的基本特性； • 换流阀电压； • 直流电压的建立； • 两端换流器形成的直流电流回路。
45
1
直流输电系统 (direct current transmission system)
直流输电是在送端将交流电经整流器变换 成直流电输送至受端，再在受端用逆变器将直 流电变换成交流电送到受端交流电网的一种输 电方式。以直流方式实现电能传输的系统称为 直流输电系统。
2
双极大地回线方式
3
直流系统主设备
—— 换流阀 —— 换流变压器 —— 平波电抗器 —— 交流滤波器 —— 直流滤波器
—— 直流场设备 —— 直流控制保护系统 —— 接地极
4
直流输电基本原理——换流原理
要解决以下几个问题： • 换流是什么意思？ • 换相是什么意思？ • 直流系统如何将电能从一端送到另一端？
要掌握以下几个概念：
6脉换流阀触发、换相顺序
11
交流侧 相电压
交流侧 线电压
换相电压-----整流侧
12
整流侧阀电压、触发角α
13
交流侧 线电压
交流侧 相电压
换相电压-----逆变侧
14
逆变侧阀电压、触 发角α、熄弧角γ
15
阀电压----换流阀两端电压
16
各成
阀6 轮脉
流动
导桥
通的
时端
，电
阀压
电
压
形
17
6 脉动桥触发脉冲序列示意
直流输电基本原理
直流功率Pd
双极 单极 双极 单极
Pd2Ud1Id
PdUd1Id
Pd2Ud2Id Pd Ud2Id
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
产生谐波电压； （3）换流设备应力与常规交流设备有区别； （4）大地回线，接地极的要求； （5）直流系统逆变侧易发生换相失败。
• 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。
34
百度文库 整流器点火角的影响
35
直流电压与角的关系
36
12脉动换流桥接线
Y/D接线方式 Y/Y接线方式
相角差为30 °
37
12脉动桥触发脉冲及电压情况
触发脉冲顺序： Y/D 6脉动阀1 - 2 - 3 - 4 - 5 - 6 – 1； Y/Y 6脉动阀1 - 2 - 3 - 4 - 5 - 6 – 1。 Y/Y阀比Y/D阀触发滞后30 °。 12脉动阀直流电压波形比6脉动阀直流电压波形更加平整。
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
整
（UA+UB）/2 直
流
CB AB AC BC BA CA CB AB AC BC 流 电
侧
压
直
流
线 电
电
压
压
波
形
25
阀电流
26
整流侧阀直流电流波形
27
整流侧阀1阳极/阴极间的电压
28
逆变换流器直流电压
29
逆变器直流电压波形示意
30
逆
变
侧
直
流
电
压
波
形
31
逆变侧阀电压
32
双端直流系统换流阀接线情况
双端直流系统运行时，双端换流阀连接不是同 极性相连。根据可控硅单向导通的特性，同极性相 连将无法形成通路。
U1、U2表示整流侧和逆变侧换流变压器阀侧空载线电压有效值。 Xr1、Xr2表示整流侧和逆变侧每相的换相电抗(换流变的漏抗+阀
的电抗) 。
41
直流输电基本原理 直流电流Id Id Ud1Ud2
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
可控硅正常导通的条件： 1.阳极电压必需高于阴
极电压，即阀电压为 正； 2.在控制极上加上所需 的触发脉冲。 可控硅正常关断的条件： 1.电流减小过零； 2.阀电压持续一段时间为零 或为负。
8
可控硅级结构
均压 回路
阻尼回路
可控硅 可控硅 控制单元 9
换流基本单元（6脉动换流桥）
共阴极
共阳极
桥臂
10
38
换流器交流测电流
Y/Y桥阀侧电流
Y/D桥阀侧电流
12脉动换流桥电流
39
换流器交流测电压
40
直流电压Ud公式
整流侧 U d 1N 1 (1 .3• 5 U 1 • co s3X rI 1 d )
逆变侧 U d 2 N 2 (1 .3• 5 U 2• co s 3X rI 2 d )
N1、N2表示整流侧和逆变侧每极中的6脉动换流器数,如: 6脉动 换流器N1、N2取1，12脉动换流器N1、N2取2。
44
换相基本概念小结
• 可控硅的基本特性； • 换流阀电压； • 直流电压的建立； • 两端换流器形成的直流电流回路。
45