直流输电换流站基本计算

直流输电换流站基本计算规范

1.1 直流输电工程额定值

1.1.1 额定直流功率

额定直流功率P dN是指在规定的系统条件和环境条件下，不投入备用设备时，直流输电工程连续输送的有功功率。直流输电工程是以一个“极”为一个独立的运行单位。每个极的额定直流功率为极的额定直流电压U dN和额定直流电流I dN的乘积。直流输电主回路系统通常包括整流站(Rectification Plant)、逆变站(Inverter Plant)和直流输电线路(Line)三部分，由于每一部分都有损耗，因此额定直流功率的测量点需作出规定。通常规定额定直流功率的测量点在整流站的直流母线处。

本文设计背景资料中确定，哈密南—郑州换流站额定直流功率P dN为双极8000MW。

1.1.2 额定直流电压

额定直流电压U dN是在额定直流电流下输送额定直流功率所要求的直流电压的平均值。它的定义是换流站处于额定交流电压U aN、换流变压器额定抽头以及换流器额定触发角αN的条件下，运行在额定直流电流I dN下的直流电压。对于远距离的直流输电工程，由于两端换流站的额定直流电压不同(逆变站的低于整流站)，通常规定送端整流站的额定直流

电压为工程的额定直流电压。

已运行工程的额定直流电压有:17、25、50、70、80、85、100、125、140、150、160、180、200、250、270、350、400、500、533、600、660kV 和800kV 等。未来随着直流输电技术的发展、成熟以及工程数量的增多，直流输电的额定直流电压也会像交流输电一样形成一定的电压等级系列，以便于设备制造和降低工程费用。

在哈郑直流输电工程中确定的额定直流电压U dN 为800kV

1.1.3 额定直流电流

当额定直流功率确定后，额定直流电流通常是由额定直流电压的选择来确定。额定直流电流I dN 是直流输电系统中直流电流的平均值，它应能在规定的所有系统条件和环境条件范围内长期连续运行，无时间的限制。额定直流电流对设备选型、参数及换流站冷却系统的设计具有重要意义。 本工程额定直流功率为双极8000MW ，额定直流电压为800kV 。由N N

N U P I 可得，额定直流电流为5kA 。

1.2 直流输电稳态工况计算

由直流输电稳态工况计算可知，工程中直流侧和交流侧电压、电流、有功和无功功率以及各种角度的关系，对后续设计中设备选型及参数计算有非常重要的意义。本节中列出

了在进行直流工程设计中进行稳态计算分析时，经常用到的计算公式。

(1)直流输电极对地电压U dN

整流站极对地额定直流电压U dNR

kV 800d =NR U 式(2-1) 逆变站极对地额定直流电压U dNI

在该工程双极额定工况下，由下文 1.2(2)、式(2-3)知R=21.1239Ω，N I d =5kA ，

747.1855kA d d =-=U U U NR NI Δ 式(2-2) 式中：d U Δ——d d 2I R U =Δ 整流站和逆变站之间直流回

路电压降，kV ；

(2)直流电流I d 及直流电阻R A R U U I I R k 5000-2d d d ==）（ 式(2-3) 两式中，R 为直流回路电阻，主要包括有直流线路电阻、平波电抗器电阻、接地极引线电阻和接地极电阻等。

本文主要讨论换流站双极额定状态下初步设计，故R 取线路电阻。

该特高压工程直流输电线路约为2210km ，查阅资料得此工程采用6*JL/G3A-1000/45和6*JL/G2A-1000/80型号的大截面导线。单位直流电阻分别为

/km .028620r 1Ω=和

km /02873.0r 2Ω=。 由()L R R R L L 62r r 221⨯+==，得双极直流线路电阻R d 为额

定值为21.1239Ω。

(3)直流功率P d

整流站双极直流功率

MW P R 8000dN = 式(2-4) 逆变站双极直流功率

MW I U P N NI NI 855.747151855.74722d d d =⨯⨯== 式(2-5)

(4)直流回路电压降ΔU d

V U U U NI NR k 8145.52747.1855-800-d d d ===Δ 式(2-6)

(5)直流线路损耗ΔP d

MW P P P I R 145.528855.7471-8000-dN dN d ===Δ 式(2-7)

(6)换流站消耗的无功Q c

tan φd c P Q = 式(2-7) ()()()

μαμμ

αμμπ++=2sin sin 2cos sin -180tan φ 式(2-8) 式中，P d 为直流功率，MW ；φ为整流站逆变站的功率因数角，°；

整流站消耗的无功Q cR ()()()()()()5653

.025.3680152sin sin25.368025.3680152cos sin25.3680-25.36801802sin sin 2cos sin -180tan φR =︒+︒⨯︒︒+︒⨯︒︒⨯=++=πμ

αμμ

αμμπ var 2213.45225653.08000tan φR d c M P Q R R =⨯== 式(2-9) 逆变站消耗的无功Q cI 为

()()()()()()5925

.021.42172sin sin24,2121.42172cos sin24.21-24.211802sin sin 2cos sin -180tan φI =︒+︒⨯︒︒+︒⨯︒︒⨯=++=πμ

γμμ

γγμπ var 7721.44265925.0855.7471tan φI d c M P Q I I =⨯== 式(2-10)

(7)换流站与交流系统交换无功功率

dc total sys -Q Q Q = 式(2-11)

式中：sy s Q 表示交流系统与换流站之间交换的无功。total Q 为

换流站无功补偿装置所提供的无功总量。dc Q 为换流站所消耗

的无功总量。

(8)换流器换向角μ 整流站的换向角μR

()R NR N NR R U U I I 0di 0di d d x d 2-cos cos αμα=+ 式(2-12)

逆变站的换向角μI

()I NI N NI I U U I I 0di 0di d d x d 2-cos cos γμγ=+ 式(2-13)

式中：d xNR 、d xNI 为两端换流站的相对感性压降； U di0R 和U di0I ，分别为整流器和逆变器的理想空载直流电压；I d 为直流电流。在双极平衡额定运行工况下，两式中的比列部分都为1，根据后文：

整流侧：

()7619.0102.02-15cos d 2-cos cos 0di 0di d d x =⨯︒==+R NR N NR R U U I I αμα

︒=︒=+=3680.2515-7619.0arccos -arccos ）（α）μ（αμR R