高压直流输电总结

高压直流输电总结

一、高压直流输电概述：

1.高压直流输电概念：

高压直流输电是交流-直流-交流形式的电力电子换流电路，由将交流电变换为直流电的整流器、高压直流输电线路及将直流电变换为交流电的逆变器三部分组成。

注意：高压输电好处是在输送相同的视在功率S的前提下，高压输电能够降低输电线路流过的电流，减少线路损耗，提高输送效率（,）。

2.高压直流输电的特点：

（1）换流器控制复杂，造价高；

（2）直流输电线路造价低，输电距离越远越经济；

（3）没有交流输电系统的功角稳定问题；

（4）适合海底电缆（海岛供电、海上风电）和城市地下电缆输电；

（5）能够非同步（同频不同相位，或不同频）连接两个交流电网，且不增加短路容量；

（6）传输功率的可控性强，可有效支援交流系统；

（7）换流器大量消耗无功，且产生谐波；

（8）双极不对称回线运行时存在直流偏磁问题和电化学腐蚀问题；

（9）不能向无源系统供电，构成多端直流系统困难。

3.对直流输电的基本要求：

（1）能够灵活控制输送的（直流）电功率（大小可调；一般情况下，应能够正反双向传送电功率（功率方向可变）；

（2）维持直流线路电压在额定值附近；

（3）尽可能降低对交流系统的谐波污染；

（4）尽可能少地吸收交流系统中的无功功率；

（5）尽可能降低流入的电流。

注意：电流的不利影响包括①不同接地点之间存在电位差，形成电解池，造成电化学腐蚀；②变压器接地中性点流过直流电流，造成变压器直流偏磁，使变压器噪声增加、损耗加大、振动加剧。

4.高压直流输电的适用围：

答：1.远距离大功率输电;2.海底电缆送电;3.不同频率或同频率非周期运行的交流系统之间的联络;4.用地下电缆向大城市供电;5.交流系统互联或配电网增容时,作为限制短路电流的措施之一;6.配合新能源供电。

二、高压直流输电系统的基本构成：

1.双端直流输电的基本构成：

（1）单极回线（相对于只有一个正极或者负极）：

图2- 1

（2）单极金属回线：

图2- 2

（3）双极回线（最常用）：

图2- 3

（4）双极单端接地（很少用）：

图2- 4

（5）双极金属回线（较少用）：

图2- 5

（6）并联式背靠背：

图2- 6

（7）串联式背靠背：

图2- 7

2.多端直流输电的基本构成：

（1）三端并联型；

图2- 8

（2）三端串联型；

图2- 9

注意：这里的“双端”、“多端”指的是所接换流站的个数（交流电网接入点的个数），而不是换流器的个数。

3.多端直流输电的特点：

（1）可以经济地连接多个交流系统；

（2）因缺少大容量直流断路器，无法切除输电线路的短路故障，因而限制了它的发展。

三、换流技术复习：

1.三相全控整流电路原理图：

图3- 1

（1）大电感负载（符合直流输电工程实际）；

（2）交流输入电压的相序与晶闸管触发顺序的关系（135462）；

（3）阀的组成、静态均压（电阻分压）和动态均压（电容分压）原理与电路；

（4）均压系数（）、电压裕度系数（）；

（5）阀串联元件数的确定；

（6）电压变化率限制和电流变化率限制。

图3- 2

2.三相全控桥的波形图：

（详见电力电子书P152、P153、P160）

3.三相全控桥计算公式:

（1）直流输出电压的理想计算公式:

(1.1)

（为线电压）

（2）考虑交流侧电抗的直流输出电压的计算公式（缺口面积是始于α的面积与始于α+γ的面积之差的一半，缺口面积=）:

(1.2)

（3）阀电流有效值：

(1.3)

（4）交流侧线电流有效值的计算公式:

(1.4)

4.三相全控桥的外特性（全控桥外特性：直流输出电压Ud与直流输出

电流Id间的函数关系）：

（1）逆变器外特性：

a)方程：

(1.5)

b)曲线：端电压Ud随输出负载电流Id的增加而下倾的直线；（以定α表

示）

图3- 3

（2）整流器外特性：

a)方程：

i.用控制角α表示：

(1.6)

ii.用逆变角β表示（α=180 °-β代入上式）：

(1.7)

iii.用熄弧角δ表示（δ= β-γ，γ是换相角）：

(1.8)

（）

(1.9)

（）

图3- 4理想定β的面积比理想定δ小2个缺口面积:

b)曲线：

i.用逆变角β表示：上翘直线（负值面积随电流增大），端口电压的绝对

值随直流电流的增加而增加（正阻）；

ii.用熄弧角δ表示：下倾直线（负值面积随电流减小），端口电压的绝对值随直流电流的增加而下降（负阻）；

图3- 5逆变器外特性曲线（以定β和定δ表示）

5.三相全控桥的等值电路：

（1）整流器等值电路:

图3- 6整流器等值电路

(1.10)

a)电势，阻为正的可调电压源；

b)端口电压随输出电流增大而减小。

（2）逆变器等值电路：

图3- 7逆变器等值电路

a)用β表示的等值电路，端口电压随电流增大而增大（正阻）；

b)用δ表示等值电路，端口电压随电流增大而减小（负阻）。

（3）双端直流输电系统的等值电路:

图3- 8直流系统等值电路图

6.双端直流输电系统工作点：

（1）工作点的确定：

通常将线路电阻RL纳入逆变器侧，则用β表示的外特性曲线因正值阻增加而上翘更多，用δ表示的外特性曲线因负值阻减小而使下倾减缓或微上翘。

由直流输电系统等值电路可见，两侧电路工作时，应该具有相同电流和端口电压，表现在曲线上，就是两侧换流器的外特性曲线的交点，这就是工作点。

图3- 9双端直流系统工作点的确定（两条线交点）

（2）工作点稳定性判据：采用小扰动法在工作点加上一点小扰动看看系统能不能回到原来的稳定点。（结论：整流侧外特性曲线的斜率小

于逆变侧外特性曲线的斜率，系统可以稳定运行。）

7.双桥换流器（电力电子那个十二脉波）（整流器和逆变器结构相同）：

（1）电路图：两个三相全控桥串联；