直流輸電基本原理.ppt

中國電力科學(xué)研究院 曾南超,直流輸電基本原理,內(nèi)容提要,直流輸電原理 換流器的結(jié)線方式 6脈動(dòng)可控橋 換相過程 整流器運(yùn)行 逆變器運(yùn)行 等值電路圖 穩(wěn)態(tài)特性 兩站控制特性的配合 交流量和直流量的近似關(guān)系 交直流諧波及無功補(bǔ)償,直流輸電原理(正送),整流,逆變,注意:只需很小的壓差,Id,直流輸電原理(反送),整流,逆變,Id,注意: 只需很小的壓差,電流方向不變,僅電壓極性反轉(zhuǎn)！,換流器的結(jié)線方式,采用6脈動(dòng)換流橋?yàn)榛締卧?與其他結(jié)線方式相比， 6脈動(dòng)換流橋的優(yōu)點(diǎn)： 直流電壓相同條件下，閥在斷態(tài)下所承受的電壓峰值較低； 直流輸出功率相同條件下，換流變壓器閥側(cè)繞組容量較?。?換流變結(jié)線簡單，無需兩個(gè)副繞組或有中心抽頭的副繞組； 采用晶閘管元件（半控器件） 晶閘管導(dǎo)通條件 正向電壓 觸發(fā)脈沖 晶閘管關(guān)斷條件 電流過零,晶閘管,陰極,陽極,門極,六脈動(dòng)換流橋,橋臂,共陰極組,共陽極組,晶閘管閥塔,6脈動(dòng)二極管整流橋(未計(jì)入換相電感),ea,eb,ec,共陽極組,共陰極組,Id,Id,6脈動(dòng)二極管整流,直流電壓（平均值）,紋波,整流器的閥電流和交流側(cè)電流（不計(jì)換相）,換相過程,ea,eb,ec,疊?。〒Q相電感）引起的電壓降,整流電壓(平均值),電壓降,峰值整流,6脈動(dòng)可控橋,a 0 時(shí)，考慮疊弧后整流電壓平均值,-,ea,eb,ec,i a,i c,i b,Id,Id,A,B,C,U+,U-,可控整流電壓,C,電壓矢量關(guān)系,ea,eb,ec,(ea+ec)/2,電壓矢量關(guān)系,可控整流器的外特性,換流器的等值電路,可控整流器的閥兩端電壓波形,單橋整流器相電流波形,U+,U-,單橋整流器電壓波形,U+,U-,整流橋波形,整流運(yùn)行,直流電壓,相電流,橋臂電壓,整流運(yùn)行小結(jié),直流電壓 VdVdiocos dId Vdio1.35E 理想空載直流電壓 E 換流變閥側(cè)線電壓有效值 d 3L/ 等值換相電阻 L 從電源到閥橋之間的每相 等值電抗 Id 直流電流,單橋逆變器,逆變器,逆變器的直流電壓（ 0 ）,逆變電壓,A,C,c4,V5,P1,V5V1,V1,逆變器的閥電壓與閥電流,單橋逆變器閥電流波形,單橋逆變器換流變閥側(cè)電流波形,逆變橋波形,逆變運(yùn)行,直流電壓,相電流,橋臂電壓,逆變運(yùn)行小結(jié),超前角 180 迭弧角 關(guān)斷角 () 熄弧角，換相余裕角 直流電壓 VdVdiocos dId VdVdiocos dId Vdio1.35E 理想空載直流電壓 E 換流變閥側(cè)線電壓有效值 d 3L / 等值換相電阻 Id 直流電流,逆變器定等值電路,逆變器定等值電路,穩(wěn)態(tài)特性,單橋換流器穩(wěn)態(tài)特性,=,直流電壓與角的關(guān)系,換流器的功率因數(shù),相關(guān)公式總結(jié),整流,逆變,疊弧角,等值電路圖,穩(wěn)態(tài)特性,S點(diǎn)左側(cè) Vd = Vdzocos- Id dz S點(diǎn)右側(cè) 定 運(yùn)行 Vd = Vdoncos +Id (dn + R) 定 運(yùn)行 Vd = Vdoncos - Id (dn - R) Id = (Vdzocos - Vdoncos) /(dz+R + dn) = (Vdzocos - Vdoncos )/(dz+R - dn),控制特性配合1,定、定 定、定,控制特性配合2,定Id、定 定、定Id,控制特性配合3,定Ud、定Id,控制特性配合4,電流裕度控制,I,電流調(diào)節(jié)器示意,Id調(diào)節(jié)例,小結(jié),控制直流功率的手段 改變角(Vd1.35Ecos dId) 調(diào)節(jié)范圍大；連續(xù)調(diào)節(jié)；調(diào)節(jié)速度快。 主要控制手段 改變換流變抽頭位置(Vd1.35Ecos dId) 調(diào)節(jié)范圍??；分級(jí)調(diào)節(jié)；調(diào)節(jié)速度慢。 輔助控制手段,小結(jié) 基本控制配合1,整流站控制Id 由電流調(diào)節(jié)器控制Id Id Ido 由換流變抽頭調(diào)節(jié)控制換流器 =152.5 逆變站控制Ud 由關(guān)斷角調(diào)節(jié)器控制 17 由換流變抽頭調(diào)節(jié)控制Ud Ud Udo1% 例：三常、三廣,小結(jié) 基本控制配合2,整流站控制Id 由電流調(diào)節(jié)器控制Id Id Ido 由換流變抽頭調(diào)節(jié)控制換流器 =152.5 逆變站控制Ud 由電壓調(diào)節(jié)器控制Ud Ud Udo 由換流變抽頭調(diào)節(jié)控制 17 2.5 例：天廣、貴廣,小結(jié) 基本控制配合3,整流站控制Id 由電流調(diào)節(jié)器控制Id Id Ido 由換流變抽頭調(diào)節(jié)控制換流變閥側(cè)空載電壓Udi0不變。 逆變站控制Ud 由關(guān)斷角調(diào)節(jié)器控制 17 由換流變抽頭調(diào)節(jié)控制換流變閥側(cè)空載電壓Udi0不變。 例：葛南,交流量和直流量的近似關(guān)系,交流電流和直流電流 換流橋交流側(cè)電流有效值 I=( 6/)*Id = 0.78Id 換流橋交流側(cè)基波電流有效值 I1=( 6/)*Id*k1 k1 = f(,) 交流電壓和直流電壓 Vd = 3*2/(2)*E*cos+cos( +) 換流器視在功率 W = 3*E*I 換流器總功率因數(shù) cos = cos + cos (+)/2 交流功率和直流功率 P = Pd 忽略換流器損耗（ 1Pdn）,12脈動(dòng)閥組,12脈動(dòng)橋電源側(cè)電流波形,直流諧波,1. 直流側(cè)諧波 特征諧波 n=kp 6脈動(dòng)換流器 6、12、18、 12脈動(dòng)換流器 12、24、36、 非特征諧波 產(chǎn)生的原因： 交流電壓中含有諧波電壓 兩個(gè)6脈動(dòng)組的換流變漏抗變比誤差 兩極換流器運(yùn)行參數(shù)不相等 換流變?nèi)嗦┛拐`差 觸發(fā)脈沖不等距,直流諧波,直流諧波的危害 1）對(duì)直流系統(tǒng)本身 直流側(cè)設(shè)備附加發(fā)熱 設(shè)備額定值 運(yùn)行費(fèi)用 2）對(duì)直流線路和接地極線路鄰近通信系統(tǒng)的干擾 主要是明線電話線路 3）通過換流器使交流諧波 換流器是頻率轉(zhuǎn)換器,直流諧波,2. 對(duì)鄰近通信線路產(chǎn)生噪聲干擾 干擾電壓 沿線分布 計(jì)算：Vi = Kz* = Kz*Ie(i) Vi 直流線路上 i點(diǎn)諧波電壓對(duì)電話線路產(chǎn)生的干擾電壓 Kz 1kHz頻率下直流線與電話線間的耦合阻抗 n 直流諧波次數(shù) Pn , Hf n次諧波的等效加權(quán)系數(shù)及耦合系數(shù) In n次諧波電流(極線和地線中諧波電流代數(shù)和) Ie(i) i點(diǎn) 等效諧波干擾電流 實(shí)測： 與直流線路相距1km 平行架設(shè)一條實(shí)驗(yàn)線路，測量干擾電壓。,直流濾波器,等效干擾電流 表示所有諧波的綜合干擾效應(yīng)，沿線 分布 Ieq(i) = Ie(i) A2+ Ie(i) B 21/2 Ie(i) A 換流站A直流諧波電壓源在i點(diǎn)產(chǎn)生的等效干擾電流幅值 Ie(i) B 換流站B直流諧波電壓源在i點(diǎn)產(chǎn)生的等效干擾電流幅值 3. 性能衡量標(biāo)準(zhǔn) Ieq目前國際上尚無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn) 單極運(yùn)行 雙極平衡運(yùn)行 葛洲壩工程 (mA) 450 150 天廣工程(mA) 1000 500 印度Rihand-Delhi 810 270,直流諧波,4. 減小直流諧波的途徑 增加脈動(dòng)數(shù) 超過12脈動(dòng)不合算 減小閥的觸發(fā)角 受運(yùn)行方式限制 改變直流線路參數(shù) 增大衰減常數(shù)(理論) 裝設(shè)直流濾波器 工程應(yīng)用 5. 直流濾波器類型 無源型 (葛南、三常、三廣等) 有源型 完全有源型 混合有源型 (天廣),直流諧波,直流濾波器類型選擇 目前世界上已投運(yùn)的高壓直流輸電工程中，兩種型式的直流濾波器都有采用。 無源直流濾波器已有多年的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，在大多數(shù)工程中采用。 有源直流濾波器首次于1991年在康梯斯堪I工程中投入試運(yùn)行，后來又在斯卡格拉克III和波羅的海電纜工程中被采用。我國天廣直流工程則是采用有源直流濾波器的遠(yuǎn)距離架空線路直流輸電工程。,直流諧波,直流濾波器的配置方案 目前世界上的HVDC工程，通常采用如下直流濾波器的配置方案： (1) 在12脈沖換流器低壓端的中性母線和地之間連接一臺(tái)中性點(diǎn)沖擊電容器以濾除流經(jīng)該處的各低次非特征諧波，一般不裝設(shè)低次諧波濾波器以避免增加投資。 (2) 在換流站每極直流母線和中性母線之間并聯(lián)兩組雙調(diào)諧或三調(diào)諧無源直流濾波器。 調(diào)諧到122436次。,三常直流濾波器,貴廣1回直流濾波器,交流諧波及無功補(bǔ)償,換流變網(wǎng)側(cè)電流波形,六脈動(dòng)閥組Y/Y,六脈動(dòng)閥組Y/D,十二脈動(dòng)閥組,交流諧波及無功補(bǔ)償,1. 換流器交流側(cè)諧波(特征諧波) nkp1 k=1,2,3,.,n 6脈動(dòng)換流器 5,7；11,13；17,19； 23,25； . 12脈動(dòng)換流器 11,13；23,25；35,37；. 諧波次數(shù)，幅值。 In I1/n 換流器產(chǎn)生的諧波隨運(yùn)行工況而變化（如 Id， ）。 2. 交流諧波的危害 損耗增加 電器發(fā)熱 機(jī)械振動(dòng),交流諧波隨直流電流變化,交流諧波及無功補(bǔ)償,3. 諧波治理 加裝相應(yīng)濾波器，不讓諧波流入系統(tǒng)。 背景諧波的影響 低次諧波 調(diào)諧濾波器 單調(diào)諧，雙調(diào)諧，三調(diào)諧 高次諧波 高通 普通交流濾波器 連續(xù)調(diào)諧,安順換流站交流場,交流諧波及無功補(bǔ)償,4. 換流器交流側(cè)諧波(非特征諧波) 非特征諧波產(chǎn)生原因： Id 中存在紋波 Uac 中存在諧波 交流基波電壓不對(duì)稱 換流變阻抗相間差異 Y/Y和Y/換流橋點(diǎn)火角差異、變比差異、阻抗差異 點(diǎn)火脈沖不完全等距 治理： 必要時(shí)加裝相應(yīng)濾波器，如3次諧波濾波器。,交流諧波及無功補(bǔ)償,5. 諧波指標(biāo)定義 單次諧波畸變率 Dn = Un*100%/U1 總的諧波畸變率 D = /U1* 100% 電話諧波波形系數(shù) THFF = /U1 Un n次諧波相壓（有效值） U1 額定基波相壓 （有效值） n 諧波次數(shù) Kn n*50/800 Pn n次諧波噪音評(píng)價(jià)系數(shù)/1000,交流諧波及無功補(bǔ)償,6. 諧波控制指標(biāo)（例） 單次諧波畸變率 Dn 1 總的諧波畸變率 D 2 電話諧波波形系數(shù) THFF 1,三常直流交流濾波指標(biāo),換流器無功需求,交流諧波及無功補(bǔ)償,7. 換流站需要無功 用晶閘管閥進(jìn)行換流，采用電網(wǎng)電源換相技術(shù)，換流器在運(yùn)行中要吸取無功功率，其值一般為所交換的有功功率的40%60%（額定功率下），通常在換流站需要裝設(shè)適當(dāng)?shù)臒o功補(bǔ)償裝置 ，以滿足系統(tǒng)無功平衡的要求。 無功功率補(bǔ)償裝置一般有以下幾種形式： (1) 交流濾波器及電容器組。 (2) 交流并聯(lián)電抗器。 (3) 靜止補(bǔ)償裝置。 (4) 同步調(diào)相機(jī)。,交流諧波及無功補(bǔ)償,8. 換流站無功補(bǔ)償設(shè)備 交流濾波器的基波無功 固有的 n次濾波器 每相基波無功 QC(n2/(n2 -1)U2 U 基波相電壓 并聯(lián)電容器 費(fèi)用低、容量與電壓平方成比例 同步補(bǔ)償機(jī) 費(fèi)用高、維護(hù)量大、可提高穩(wěn)定性 靜止補(bǔ)償器 費(fèi)用高、調(diào)節(jié)性能好 當(dāng)短路比（SPd）3時(shí)，通常采用交流濾波器及電容器組和電抗器組。 當(dāng)短