高壓直流輸電總結(jié)-陳偉彪課件

1、高壓直流輸電總結(jié)前言這是我根據(jù)老師的PPT和上課的記憶寫(xiě)的，由于自己后來(lái)沒(méi)怎么聽(tīng)（哎），可能有些東西寫(xiě)的不對(duì)，希望大家諒解，也希望高手多多指教，畢竟，高手在民間嘛！在此，特別感謝網(wǎng)上的某位好人把直流輸電部分作業(yè)答案貼上去，讓我有機(jī)會(huì)能夠參考，灰常感謝?。ㄗ鳂I(yè)解析在最后面）在閱讀本材料時(shí)最好帶著以前的電力電子書(shū)，里面涉及到了AC-DC/DC-AC變換器的基本知識(shí)，限于時(shí)間不能詳盡列舉，請(qǐng)見(jiàn)諒。陳偉彪一、 高壓直流輸電概述：1. 高壓直流輸電概念：高壓直流輸電是交流-直流-交流形式的電力電子換流電路，由將交流電變換為直流電的整流器、高壓直流輸電線路及將直流電變換為交流電的逆變器三部分組成。注意：高

2、壓輸電好處是在輸送相同的視在功率S的前提下，高壓輸電能夠降低輸電線路流過(guò)的電流，減少線路損耗，提高輸送效率（,）。2. 高壓直流輸電的特點(diǎn)：（1） 換流器控制復(fù)雜，造價(jià)高；（2） 直流輸電線路造價(jià)低，輸電距離越遠(yuǎn)越經(jīng)濟(jì)；（3） 沒(méi)有交流輸電系統(tǒng)的功角穩(wěn)定問(wèn)題；（4） 適合海底電纜（海島供電、海上風(fēng)電）和城市地下電纜輸電；（5） 能夠非同步（同頻不同相位，或不同頻）連接兩個(gè)交流電網(wǎng)，且不增加短路容量；（6） 傳輸功率的可控性強(qiáng)，可有效支援交流系統(tǒng)；（7） 換流器大量消耗無(wú)功，且產(chǎn)生諧波；（8） 雙極不對(duì)稱(chēng)大地回線運(yùn)行時(shí)存在直流偏磁問(wèn)題和電化學(xué)腐蝕問(wèn)題；（9） 不能向無(wú)源系統(tǒng)供電，構(gòu)成多端直流系統(tǒng)

3、困難。3. 對(duì)直流輸電的基本要求：（1） 能夠靈活控制輸送的（直流）電功率（大小可調(diào)；一般情況下，應(yīng)能夠正反雙向傳送電功率（功率方向可變）；（2） 維持直流線路電壓在額定值附近；（3） 盡可能降低對(duì)交流系統(tǒng)的諧波污染；（4） 盡可能少地吸收交流系統(tǒng)中的無(wú)功功率；（5） 盡可能降低流入大地的電流。注意：大地電流的不利影響包括不同接地點(diǎn)之間存在電位差，形成電解池，造成電化學(xué)腐蝕；變壓器接地中性點(diǎn)流過(guò)直流電流，造成變壓器直流偏磁，使變壓器噪聲增加、損耗加大、振動(dòng)加劇。4. 高壓直流輸電的適用范圍：答：1.遠(yuǎn)距離大功率輸電;2.海底電纜送電;3.不同頻率或同頻率非周期運(yùn)行的交流系統(tǒng)之間的聯(lián)絡(luò);4.用地

4、下電纜向大城市供電;5.交流系統(tǒng)互聯(lián)或配電網(wǎng)增容時(shí),作為限制短路電流的措施之一;6.配合新能源供電。二、 高壓直流輸電系統(tǒng)的基本構(gòu)成：1. 雙端直流輸電的基本構(gòu)成：（1） 單極大地回線（相對(duì)于大地只有一個(gè)正極或者負(fù)極）：圖2- 1（2） 單極金屬回線：圖2- 2（3） 雙極大地回線（最常用）：圖2- 3（4） 雙極單端接地（很少用）：圖2- 4（5） 雙極金屬回線（較少用）：圖2- 5（6） 并聯(lián)式背靠背：圖2- 6（7） 串聯(lián)式背靠背：圖2- 72. 多端直流輸電的基本構(gòu)成：（1） 三端并聯(lián)型；圖2- 8（2） 三端串聯(lián)型；圖2- 9注意：這里的“雙端”、“多端”指的是所接換流站的個(gè)數(shù)（交流

5、電網(wǎng)接入點(diǎn)的個(gè)數(shù)），而不是換流器的個(gè)數(shù)。3. 多端直流輸電的特點(diǎn)：（1） 可以經(jīng)濟(jì)地連接多個(gè)交流系統(tǒng)；（2） 因缺少大容量直流斷路器，無(wú)法切除輸電線路的短路故障，因而限制了它的發(fā)展。三、 換流技術(shù)復(fù)習(xí)：1. 三相全控整流電路原理圖：圖3- 1（1） 大電感負(fù)載（符合直流輸電工程實(shí)際）；（2） 交流輸入電壓的相序與晶閘管觸發(fā)順序的關(guān)系（135462）；（3） 閥的組成、靜態(tài)均壓（電阻分壓）和動(dòng)態(tài)均壓（電容分壓）原理與電路；（4） 均壓系數(shù)（）、電壓裕度系數(shù)（）；（5） 閥串聯(lián)元件數(shù)的確定；（6） 電壓變化率限制和電流變化率限制。圖3- 22. 三相全控橋的波形圖：（詳見(jiàn)電力電子書(shū)P152、P15

6、3、P160）3. 三相全控橋計(jì)算公式:（1） 直流輸出電壓的理想計(jì)算公式: （為線電壓）（2） 考慮交流側(cè)電抗的直流輸出電壓的計(jì)算公式（缺口面積是始于 的面積與始于+ 的面積之差的一半，缺口面積=）: （3） 閥電流有效值： （4） 交流側(cè)線電流有效值的計(jì)算公式: 4. 三相全控橋的外特性（全控橋外特性：直流輸出電壓Ud與直流輸出 電流Id間的函數(shù)關(guān)系）：（1） 逆變器外特性：a) 方程： b) 曲線：端電壓Ud隨輸出負(fù)載電流Id的增加而下傾的直線；（以定表示）圖3- 3（2） 整流器外特性：a) 方程：i. 用控制角表示： ii. 用逆變角表示（=180 °-代入上式）： iii

7、. 用熄弧角表示（= -， 是換相角）： （） （）圖3- 4理想定的面積比理想定小2個(gè)缺口面積: b) 曲線：i. 用逆變角表示：上翹直線（負(fù)值面積隨電流增大），端口電壓的絕對(duì)值隨直流電流的增加而增加（正內(nèi)阻）；ii. 用熄弧角表示：下傾直線（負(fù)值面積隨電流減?。?，端口電壓的絕對(duì)值隨直流電流的增加而下降（負(fù)內(nèi)阻）；圖3- 5逆變器外特性曲線（以定和定表示）5. 三相全控橋的等值電路：（1） 整流器等值電路:圖3- 6整流器等值電路 a) 內(nèi)電勢(shì)，內(nèi)阻為正的可調(diào)電壓源；b) 端口電壓隨輸出電流增大而減小。（2） 逆變器等值電路：圖3- 7逆變器等值電路a) 用表示的等值電路，端口電壓隨電流增大

8、而增大（正內(nèi)阻）；b) 用表示等值電路，端口電壓隨電流增大而減小（負(fù)內(nèi)阻）。（3） 雙端直流輸電系統(tǒng)的等值電路:圖3- 8直流系統(tǒng)等值電路圖6. 雙端直流輸電系統(tǒng)工作點(diǎn)：（1） 工作點(diǎn)的確定：通常將線路電阻RL納入逆變器側(cè)，則用表示的外特性曲線因正值內(nèi)阻增加而上翹更多，用表示的外特性曲線因負(fù)值內(nèi)阻減小而使下傾減緩或微上翹。由直流輸電系統(tǒng)等值電路可見(jiàn)，兩側(cè)電路工作時(shí)，應(yīng)該具有相同電流和端口電壓，表現(xiàn)在曲線上，就是兩側(cè)換流器的外特性曲線的交點(diǎn)，這就是工作點(diǎn)。圖3- 9雙端直流系統(tǒng)工作點(diǎn)的確定（兩條線交點(diǎn)）（2） 工作點(diǎn)穩(wěn)定性判據(jù)：采用小擾動(dòng)法在工作點(diǎn)加上一點(diǎn)小擾動(dòng)看看系統(tǒng)能不能回到原來(lái)的穩(wěn)定點(diǎn)。（

9、結(jié)論：整流側(cè)外特性曲線的斜率小于逆變側(cè)外特性曲線的斜率，系統(tǒng)可以穩(wěn)定運(yùn)行。）7. 雙橋換流器（電力電子那個(gè)十二脈波）（整流器和逆變器結(jié)構(gòu)相同）：（1） 電路圖：兩個(gè)三相全控橋串聯(lián)；圖3- 10（2） 交流輸入電壓：兩個(gè)三相交流輸入電壓的相位互差30°（頻率相同，幅值相同）；（3） 觸發(fā)順序：1-1-2-2-3-3-4-4-5-5-6-6；（4） 直流輸出電壓瞬時(shí)值波形和紋波頻率：每工頻基波含12個(gè)均勻波頭；（5） 直流輸出平均電壓：等于兩個(gè)全控橋直流輸出平均電壓之和；（6） 雙橋換流器的優(yōu)點(diǎn)：a) 在晶閘管元件耐壓能力和串聯(lián)數(shù)不變的條件下，雙橋輸出電壓是單橋的兩倍；采用橋串聯(lián)代替元件

10、串聯(lián)；b) 直流輸出電壓的諧波幅值比單橋更小，諧波頻率更高，因而更易于濾除；c) 交流公共母線的電流諧波比單橋更小，最低次諧波次數(shù)更高； d) 當(dāng)雙橋中發(fā)生任一橋故障時(shí)，可以將故障橋隔離（短接），另一正常單橋仍可繼續(xù)工作；（1） 逆變器實(shí)現(xiàn)逆變的條件：a) 外接直流電源，其極性必須與晶閘管的導(dǎo)通方向一致；b) 外接交流系統(tǒng)，其在直流側(cè)產(chǎn)生的整流電壓平均值應(yīng)小于直流電源電壓；c) 晶閘管的觸發(fā)角應(yīng)在的范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)。四、 換流器的諧波分析：1. 諧波的危害：（1） 對(duì)鐵磁設(shè)備的影響。諧波造成額外的鐵耗導(dǎo)致發(fā)熱、振動(dòng)和噪聲，降低了設(shè)備出力、效率及壽命；（2） 對(duì)旋轉(zhuǎn)電機(jī)的影響：諧波造成轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，轉(zhuǎn)

11、速不穩(wěn)；（3） 對(duì)電力電容器的影響：諧波可能引起諧振過(guò)電壓；（4） 對(duì)電力系統(tǒng)測(cè)控的影響：諧波使測(cè)量誤差增加，可能導(dǎo)致控制失靈，保護(hù)誤動(dòng)；（5） 3次諧波電流過(guò)大可能使中性線過(guò)流；（6） 諧波疊加在基波上，使電氣應(yīng)力增加，對(duì)各種電氣設(shè)備尤其是電容器的絕緣造成威脅；（7） 諧波對(duì)通信線路造成干擾。2. 諧波分析的數(shù)學(xué)工具：傅里葉級(jí)數(shù)。3. 諧波分析的基本假設(shè)：（1） 交流電源為三相對(duì)稱(chēng)標(biāo)準(zhǔn)正弦波電壓源；（2） 三相交流電路各相阻抗參數(shù)相等；（3） 換流器采用60°等間隔觸發(fā)；（4） 直流電流恒定（水平無(wú)紋波）；（5） 不考慮換相角的影響； 在上述基本假設(shè)條件下，分析得出的諧波，稱(chēng)之為“

12、特征諧波”。4. 諧波分析的基本步驟：（1） 寫(xiě)出盡可能簡(jiǎn)潔的周期函數(shù)表達(dá)式f（x）；（2） 計(jì)算傅立葉級(jí)數(shù)的系數(shù)an和bn；（3） 寫(xiě)出與周期函數(shù)f（x）等價(jià)的傅立葉級(jí)數(shù)表達(dá)式；（4） 分析f（x）的傅立葉級(jí)數(shù)構(gòu)成成分，得出有用結(jié)論。5. 諧波分析內(nèi)容：（1） 直流輸出電壓的特征諧波分析：a) 諧波頻率：等于 6n（n=1，2，3，）倍工頻基波頻率；b) 諧波幅值是控制角的函數(shù)： =0°和 =180°幅值最小， =90°幅值最大 ；HVDC運(yùn)行時(shí)，整流側(cè) =12°15°，逆變側(cè)定運(yùn)行；c) 諧波幅值隨諧波次數(shù)的增加而減?。籨) n=0時(shí)的直流

13、分量就等于直流電壓平均值。（2） 交流線電流的特征諧波分析：a) YY接線變壓器一次電流特征諧波分析：除基波外只剩有5、7、11、13、次等6k±1次諧波。b) YD接線變壓器一次電流特征諧波分析：（波形相同，幅值比YY接線大倍）除基波外只剩有5、7、11、13、次等6k±1次諧波。（3） 雙橋換流器直流側(cè)電壓特征諧波分析（根據(jù)假設(shè)直流電流無(wú)紋波，故只分析直流電壓）：12k±1次諧波。五、 換流器的功率因數(shù)計(jì)算：1. 功率因數(shù)的定義：功率因數(shù)等于有功功率P與視在功率S之比，即： 功率因數(shù)的大小反映的是有功功率P在視在功率S中所占的比重，是功率的利用系數(shù)，反映功率的

14、利用程度。三相全控橋交流側(cè)的電壓是正弦波形，電流是方波，故有功功率P等于基波電壓有效值U（即）與基波電流有效值、及基波電壓與基波電流相角差的余弦值的乘積。（不考慮換相角時(shí)，；考慮換相角時(shí)，）2. 只考慮基波時(shí)的功率因數(shù)： 3. 考慮諧波時(shí)的功率因數(shù)： 上式是不考慮換相角時(shí)的情況。 上式是考慮換相角時(shí)的情況。六、 高壓直流輸電系統(tǒng)主設(shè)備：1. 換流器：（1） 雙橋換流器與四重閥結(jié)構(gòu)：一個(gè)三相全控橋有6個(gè)橋臂（閥），一個(gè)橋臂（閥）由120個(gè)晶閘管串聯(lián)而成；每15個(gè)晶閘管構(gòu)成一個(gè)基本單元，每?jī)蓚€(gè)基本單元（30個(gè)晶閘管）組裝為一個(gè)半層閥；每4個(gè)半層閥構(gòu)成一個(gè)閥。四重閥：雙橋換流器同一相上的4個(gè)閥的組合

15、體。圖6- 1 四重閥示意圖（2） 等間隔（60°）觸發(fā)與等控制角（）觸發(fā)：a) 等間隔（60°）觸發(fā)方式：1=移相控制；相對(duì)于1號(hào)自然換相點(diǎn)滯后角度1；從脈沖2開(kāi)始，均滯后前一個(gè)脈沖60°，即：k+1=k+60°（k=2，3，4，5，6）。b) 等控制角觸發(fā)方式：1=2=3=4=5=6；即6個(gè)觸發(fā)脈沖都是相對(duì)于各自的自然換相點(diǎn)滯后一個(gè)相同角度。c) 兩種觸發(fā)方式比較：在三相電壓對(duì)稱(chēng)的條件下，兩種觸發(fā)方式等效，但是在三相電壓不對(duì)稱(chēng)的條件下，后者的觸發(fā)脈沖不等間隔，導(dǎo)致交流電流波形正負(fù)半波寬度不等，平均電流不為零，造成變壓器偏磁。（3） 晶閘管換流器對(duì)晶閘

16、管元件的基本要求：a) 耐壓強(qiáng)度高；b) 載流能力強(qiáng)；c) 開(kāi)通時(shí)間和電流上升率的限制，即約為100A/s；d) 關(guān)斷時(shí)間與電壓上升率的限制，即約為200V/s。（4） 觸發(fā)脈沖的傳送方式：a) 光纖方式；b) 電磁方式。圖6- 2 （a）為光纖方式，（b）（c）為電磁方式（5） 高壓（就地）取電技術(shù)：圖6- 3光電變換電路的高壓（就地）取電方法2. 換流變壓器：（1） 工作電流波形是方波；（2） 耐壓要求高；（3） 可能存在一定偏磁（直流分量）；（4） 有載調(diào)壓、調(diào)壓范圍大、調(diào)節(jié)頻繁。3. 平波電抗器：（1） 作用：a) 直流電流濾波（平波）；b) 限制線路短路電流的上升率；c) 防止小電流

17、運(yùn)行時(shí)的電流斷續(xù)；d) 阻斷雷電波的侵入；e) 減小對(duì)沿線通訊設(shè)施的干擾；（2） 如何選取直流電抗器的電感值：答：直流電抗器的作用是減少直流側(cè)的交流脈動(dòng)量，小電流時(shí)保持電流的連續(xù)性以及當(dāng)直流送電回路發(fā)生故障時(shí)，能抑制電流的上升速度。從作用來(lái)看，它的電感量越大越好。但是過(guò)大，當(dāng)電流迅速變化時(shí)在直流電抗器上產(chǎn)生的過(guò)電壓就越大；另外作為一個(gè)延時(shí)環(huán)節(jié)，過(guò)大對(duì)直流電流的自動(dòng)調(diào)節(jié)不利。所以滿(mǎn)足上述三項(xiàng)要求的前提下，直流電抗器的電感Ld應(yīng)盡量小。 故選取直流電抗器電感值的具體方法是： 按減少直流側(cè)的交流脈動(dòng)分量的情況確定電感值； 以小電流時(shí)保持電流的連續(xù)性和直流送電回路發(fā)生故障時(shí)能抑制電流上 升速度的情況進(jìn)

18、行驗(yàn)算。4. 濾波器：（1） 濾波原理：高阻抗串聯(lián)分壓隔離（如平波電抗器，濾除諧波電壓），低阻抗并聯(lián)支路分流（如LC濾波器，濾除諧波電流）；工作頻率低于諧振頻率時(shí)，濾波器呈容性，工作頻率高于諧振頻率時(shí)呈感性。（2） 交流濾波器的種類(lèi)及其阻抗特性：a) 單調(diào)諧濾波器（只有一個(gè)諧振頻率）： 圖6- 4 單調(diào)諧濾波器 圖6- 5單調(diào)諧濾波器阻抗特性b) 雙調(diào)諧濾波器（有兩個(gè)諧振頻率）： 圖6- 6雙調(diào)諧濾波器 圖6- 7雙調(diào)諧濾波器阻抗特性c) 高通濾波器： 圖6- 8 高通濾波器 圖6- 9高通濾波器阻抗特性（3） 交流側(cè)濾波器設(shè)計(jì)原則：濾除諧波的同時(shí)考慮無(wú)功補(bǔ)償，兼顧經(jīng)濟(jì)性。（4） 交流側(cè)濾波器

19、設(shè)計(jì)步驟：首先根據(jù)無(wú)功需求確定C，再根據(jù)諧振要求確定L，最后根據(jù)品質(zhì)因數(shù)確定R。（5） 電容器的經(jīng)濟(jì)容量和安裝容量：電容器的工作電流包括諧波電流和基波電流，其容量是諧波容量和基波容量?jī)烧咧?，稱(chēng)之為安裝容量。只考慮濾波而不考慮無(wú)功補(bǔ)償，求得的最小安裝容量即經(jīng)濟(jì)容量；令“基波容量/安裝容量”比值最大，即安裝容量的最大利用。（6） 濾波器的特征電抗、品質(zhì)因數(shù)：諧振頻率下的感抗值或容抗值即特征電抗；，即品質(zhì)因數(shù)。品質(zhì)因數(shù)Q越大，諧振時(shí)的支路阻抗越小，濾波效果也越好，但考慮到與交流電網(wǎng)發(fā)生諧振時(shí)為防止通過(guò)濾波器（電容器和電抗器）的電流過(guò)大，人為增加串聯(lián)電阻阻值以降低Q，起限制電流過(guò)大的作用。一般Q取值

20、范圍為50100，為了節(jié)能目的，有時(shí)會(huì)取更高值（電阻值更小）。（7） 并聯(lián)濾波器與串聯(lián)濾波器相比有什么優(yōu)點(diǎn):a) 濾波效果好；b) 串聯(lián)濾波器必須通過(guò)主電路的全部電流，并對(duì)地采用全絕緣，而并聯(lián)濾波器的一端接地，通過(guò)的電流只是由它所濾除的諧波電流和一個(gè)比主電路小得多的基波電流，絕緣要求也低。5. 直流斷路器:（1） 直流沒(méi)有過(guò)零點(diǎn)，難以熄弧；（2） 熄弧技術(shù)：a) 并聯(lián)LC支路，利用LC振蕩產(chǎn)生反向電流以抵消線路電流，使之實(shí)現(xiàn)過(guò)零滅弧；開(kāi)關(guān)閉合工作時(shí)，電容器通過(guò)充電回路預(yù)充電，開(kāi)關(guān)打開(kāi)前，并聯(lián)到開(kāi)關(guān)兩端構(gòu)成LC振蕩回路；b) 直接并聯(lián)帶間隙的電容器，利用電容器吸收能量熄?。籧) 利用逐漸加大串聯(lián)

21、電阻使回路電流下降，最后用電容器吸收能量熄弧；d) 拉長(zhǎng)電弧，增加弧電阻，降低回路電流，熄弧。七、 HVDC對(duì)交流系統(tǒng)的影響：1. 概述：（1） 交流系統(tǒng)強(qiáng)弱程度:a) 系統(tǒng)強(qiáng)弱程度反映了系統(tǒng)內(nèi)各環(huán)節(jié)對(duì)擾動(dòng)的敏感度;b) 互聯(lián)等效阻抗: 阻抗高，系統(tǒng)弱；阻抗低，系統(tǒng)強(qiáng)；c) 交流系統(tǒng)慣性（發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量）：慣量小，系統(tǒng)弱；慣量大，系統(tǒng)強(qiáng)；注意：系統(tǒng)越弱，交、直流交互影響越強(qiáng)。d) 短路比（short circuit ratio，SCR）：換流站交流母線的短路容量與額定直流功率的比值，即： e) 有效短路比（ESCR）：考慮無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備后的短路比，即： 注意：一般而言，短路比小于2的系統(tǒng)稱(chēng)為弱系

22、統(tǒng)。注意：系統(tǒng)在不同運(yùn)行方式下，SCR可能不同。注意：惡劣情況下，原來(lái)很強(qiáng)的系統(tǒng)也可能會(huì)變成弱系統(tǒng)。2. 換相失敗：（1） 概念：當(dāng)逆變器兩個(gè)閥進(jìn)行換相時(shí)，因換相過(guò)程未能進(jìn)行完畢，或者預(yù)計(jì)關(guān)斷的閥關(guān)斷后，在反向電壓期間未能恢復(fù)阻斷能力，當(dāng)加在該閥上的電壓為正時(shí)，立即重新導(dǎo)通，則發(fā)生了倒換相，使預(yù)計(jì)開(kāi)通的閥重新關(guān)斷，這種現(xiàn)象稱(chēng)之為換相失敗。（2） 機(jī)理：實(shí)際HVDC采用晶閘管在電流過(guò)零后恢復(fù)正向阻斷能力所需時(shí)間約為400s（對(duì)應(yīng)50Hz下7.2°），故當(dāng)關(guān)斷角小于7.2°時(shí)，HVDC會(huì)發(fā)生換相失??；另外，當(dāng)交流系統(tǒng)較弱時(shí)，也容易發(fā)生換相失敗。（3） 主要因素：交流側(cè)母線電壓；

23、直流電流；換相電抗；越前觸發(fā)角等。 （這里有些參數(shù)PPT沒(méi)細(xì)講，我也沒(méi)搞懂，求指教）（4） 換相失敗的危害：a) 換相失敗引起輸送功率中斷威脅系統(tǒng)安全穩(wěn)定；b) 交流系統(tǒng)短路時(shí)，電壓跌落可能引起多個(gè)換流站同時(shí)發(fā)生換相失敗，導(dǎo)致多回直流線路功率中斷，引起系統(tǒng)潮流大范圍轉(zhuǎn)移和重新分布；c) 影響故障切除后受端系統(tǒng)電壓恢復(fù)，進(jìn)而影響故障切除后直流功率快速恢復(fù)，可能會(huì)威脅交流系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性。（5） 措施：a) 利用無(wú)功補(bǔ)償維持交流電壓穩(wěn)定；b) 采用較大平波電抗限制直流電流暫態(tài)上升；c) 規(guī)劃階段降低變壓器短路電抗（換流電抗）；d) 增大觸發(fā)角或關(guān)斷角整定值；e) 人工換相等。3. HVDC引起的電壓

24、穩(wěn)定：（1） 機(jī)理：逆變器采用定熄弧角控制時(shí)，交流電壓下降，觸發(fā)角減小，無(wú)功功率增加，導(dǎo)致交流電壓進(jìn)一步下降。（2） 措施：a) 使用無(wú)功補(bǔ)償裝置增強(qiáng)交流電壓支撐能力；b) 換流器控制模式轉(zhuǎn)換（改為定電壓控制）；c) 采用VSC換流器等。4. 直流功率調(diào)制的影響低頻振蕩抑制：（1） 基本概念：由系統(tǒng)缺乏阻尼或系統(tǒng)負(fù)阻尼引起的輸電線路上的功率波動(dòng)頻率一般在0.12.0Hz，通常稱(chēng)為低頻振蕩。自由振蕩頻率為： 式中，由上式可知，機(jī)組慣量越大，振蕩頻率越低；輸送功率越大，振蕩頻率越低。（2） 直流小信號(hào)調(diào)制:a) 利用與交流聯(lián)絡(luò)線并聯(lián)運(yùn)行的HVDC的小信號(hào)調(diào)制可以有效地抑制互聯(lián)系統(tǒng)間的低頻振蕩；b)

25、 原理：在已有HVDC控制系統(tǒng)中加入附加的直流小信號(hào)調(diào)制器，從交流聯(lián)絡(luò)線或兩端交流系統(tǒng)中提取異常信號(hào)，來(lái)調(diào)節(jié)直流線路傳輸?shù)墓β剩怪焖傥栈蜓a(bǔ)償交流線路功率過(guò)?；蛉鳖~，起到阻尼振蕩作用。c) 常用直流小信號(hào)調(diào)制器類(lèi)型：?jiǎn)稳雴纬龀?滯后補(bǔ)償（原理類(lèi)似于PSS）。圖7- 1 直流小信號(hào)調(diào)制器模型5. 諧波不穩(wěn)定性：（1） 諧波概念：諧波是一個(gè)周期電氣量的正弦分量，其頻率為基波頻率的整數(shù)倍；不是基波整數(shù)倍頻率的分量稱(chēng)為間諧波或分?jǐn)?shù)諧波；頻率低于基頻的間諧波稱(chēng)為次諧波。注意：HVDC換流器交流側(cè)為諧波電流源，直流側(cè)為諧波電壓源。（2） 諧波穩(wěn)定性：a) HVDC引起的諧波不穩(wěn)定是指在換流站附近有擾

26、動(dòng)時(shí)，諧波振蕩不易衰減甚至放大的現(xiàn)象，表現(xiàn)為交流母線電壓嚴(yán)重畸變。b) 后果：電流諧波放大幾倍甚至幾十倍；電壓嚴(yán)重畸變會(huì)導(dǎo)致?lián)Q相失敗并使系統(tǒng)運(yùn)行困難；c) 不穩(wěn)定機(jī)理：i. 特征諧波大部分被交流濾波器吸收，但非特征諧波卻很難被濾波器吸收；ii. 系統(tǒng)阻抗、電源阻抗、濾波器阻抗等并聯(lián)，容易導(dǎo)致較低次諧振頻率（5次及以下）；iii. 諧振頻率如果與非特征諧波匹配可能導(dǎo)致諧波被放大，放大的諧波進(jìn)一步造成交流電壓波形畸變及脈沖不均衡，如果形成正反饋，最終導(dǎo)致交流母線電壓嚴(yán)重畸變，直流系統(tǒng)運(yùn)行困難或不能穩(wěn)定運(yùn)行；iv. 鐵芯飽和型諧波不穩(wěn)定是由于交直流系統(tǒng)中過(guò)多的低次諧波交互影響導(dǎo)致，諧波通過(guò)換流變壓器

27、的磁通偏移被放大，諧波和換流器交互影響又激勵(lì)了這種放大，最終導(dǎo)致出現(xiàn)環(huán)流變壓器鐵芯飽和引起諧波不穩(wěn)定現(xiàn)象；v. 當(dāng)交流側(cè)并聯(lián)諧振頻率與直流側(cè)串聯(lián)諧振頻率剛好滿(mǎn)足交直流兩側(cè)諧波交互關(guān)系時(shí)，就發(fā)生互補(bǔ)諧振；d) 抑制諧波不穩(wěn)定措施：i. 規(guī)劃階段避免互補(bǔ)諧振發(fā)生；ii. 利用磁通補(bǔ)償或諧波注入消除非特征諧波；iii. 附加控制電流調(diào)節(jié)觸發(fā)脈沖，保證非特征諧波最小；iv. 有源濾波等。6. 不對(duì)稱(chēng)運(yùn)行的影響：在單極大地回線運(yùn)行方式或者雙極兩端接地不對(duì)稱(chēng)運(yùn)行方式下，會(huì)有較大電（甚至為額定運(yùn)行電流）經(jīng)接地極流經(jīng)大地。持續(xù)、長(zhǎng)時(shí)間的大電流流過(guò)接地極會(huì)表現(xiàn)出三類(lèi)效應(yīng)：電磁效應(yīng)、熱力效應(yīng)、電化效應(yīng)。（1） 電

28、磁效應(yīng)：a) 內(nèi)容：直流電流注入大地，在極址土壤中形成恒定直流電流場(chǎng)，導(dǎo)致出現(xiàn)大地電位升高、跨步電壓、接觸電勢(shì)等。b) 影響：影響依靠大地磁場(chǎng)工作的設(shè)施；對(duì)金屬管道、鎧裝電纜、具有接地系統(tǒng)電氣設(shè)備產(chǎn)生負(fù)面影響；跨步電壓和接觸電勢(shì)影響人畜安全；電磁干擾。（2） 熱力效應(yīng)：a) 直流電流作用下電極溫度升高，可能蒸發(fā)土壤水分，導(dǎo)電性能變差，電極將出現(xiàn)熱不穩(wěn)定，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使土壤燒結(jié)成幾乎不導(dǎo)電的玻璃狀，電極將喪失運(yùn)行能力。b) 影響電極溫升土壤參數(shù)：電阻率、熱導(dǎo)率、熱容率、濕度。（3） 電化效應(yīng)：a) 大地中水與鹽類(lèi)物質(zhì)相當(dāng)于電解液，當(dāng)直流電流經(jīng)大地返回時(shí)，在陽(yáng)極上會(huì)產(chǎn)生氧化反應(yīng)，使得電極及附近金屬發(fā)生

29、電腐蝕；也會(huì)導(dǎo)致附近土壤中鹽類(lèi)物質(zhì)被電解。7. HVDC引起的變壓器直流偏磁：（1） 問(wèn)題：直流輸電系統(tǒng)接地極流過(guò)較大電流時(shí)（如單極大地運(yùn)行）會(huì)導(dǎo)致中性點(diǎn)接地變壓器產(chǎn)生直流偏磁現(xiàn)象。（2） 后果：導(dǎo)致鐵芯飽和，產(chǎn)生諧波，引起振動(dòng)和噪聲，引起發(fā)熱，嚴(yán)重時(shí)損壞變壓器，引起保護(hù)誤動(dòng)等。圖7- 2 直流偏磁對(duì)變壓器勵(lì)磁電流的影響（3） 產(chǎn)生的原因：a) 電流在大地中流通，會(huì)在不同的地點(diǎn)產(chǎn)生不同的電勢(shì)，如果兩個(gè)變電站的接地網(wǎng)存在直流電勢(shì)差，加上交流系統(tǒng)的直流電阻比較小，這樣就會(huì)在交流系統(tǒng)中形成直流電流；b) 入地電流找到了一個(gè)比大地更容易流通的通道，即接地變壓器繞組和交流線路組成。圖7- 3 大地電流回

30、路（4） 影響因素：兩臺(tái)接地變壓器所處位置的電位；兩個(gè)變電站接地電阻R1、R2；變壓器繞組直流電阻RT1、RT2；線路電阻RL。圖7- 4（5） 抑制措施（根本思路：避免（減?。┑仉娏髁鹘?jīng)變壓器中性點(diǎn)）：a) 中性點(diǎn)串電阻，限制流入的直流電流：圖7- 5 中性點(diǎn)串電阻i. 優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單、可靠、低成本；ii. 缺點(diǎn)：不能徹底消除直流電流流入；接地性質(zhì)改變，有負(fù)面影響；影響方向保護(hù)靈敏度；系統(tǒng)故障時(shí)中性點(diǎn)過(guò)電壓等。b) 改變中性點(diǎn)電位（如反向注入電流、電位補(bǔ)償?shù)龋簣D7- 6 改變中性點(diǎn)電位c) 中性點(diǎn)串隔直電容阻止直流電流流入：圖7- 7 中性點(diǎn)串隔直電容8. 短時(shí)過(guò)電壓：（1） 定義：超過(guò)正常電

31、壓范圍，持續(xù)相對(duì)較長(zhǎng)時(shí)間的不衰減或衰減慢的過(guò)電壓。（Temporary Overvoltage，TOV）（2） 原因：造成換流站短時(shí)過(guò)電壓的根本原因是換流站安裝的大量無(wú)功補(bǔ)償電容器和濾波器；額定工況下，無(wú)功容量為額定輸送功率的40%-60%，甩負(fù)荷時(shí)引起無(wú)功消耗大幅下降甚至為零，剩余的無(wú)功補(bǔ)償容量就會(huì)導(dǎo)致過(guò)電壓。（3） 影響短時(shí)過(guò)電壓大小的因素：a) 系統(tǒng)強(qiáng)弱程度與無(wú)功消耗情況；b) 由交流系統(tǒng)等效阻抗與直流輸電換流站無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備和濾波設(shè)備構(gòu)成的并聯(lián)諧振；c) 由換流變壓器飽和或偏磁引起的勵(lì)磁涌流。（4） 一般短時(shí)過(guò)電壓包含的分量: 工頻過(guò)電壓分量；變壓器勵(lì)磁涌流引起的過(guò)電壓分量；并聯(lián)諧振決定

32、的自由頻率分量。（5） 限制短時(shí)過(guò)電壓的措施：a) 加強(qiáng)交流系統(tǒng)；b) 采用適當(dāng)?shù)闹绷鬏旊娺\(yùn)行策略；c) 電容器組與濾波器組投切；d) ZnO避雷器限制過(guò)電壓。9. HVDC引起的次同步振蕩（Subsynchronous Oscillation (SSO)）：（1） 概念：汽輪發(fā)電機(jī)軸系會(huì)與電力系統(tǒng)功率控制設(shè)備，如高壓直流輸電系統(tǒng)，靜止無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)等，發(fā)生相互作用，產(chǎn)生的低于同步頻率的振蕩。（2） 問(wèn)題：在直流輸電整流站附近的汽輪發(fā)電機(jī)組，如果大部分功率通過(guò)直流輸電來(lái)輸送，且與交流大系統(tǒng)之間的聯(lián)系又比較薄弱，容易引起次同步振蕩（SSO）。（3） 后果：導(dǎo)致機(jī)組大軸疲勞甚至斷裂，導(dǎo)致系統(tǒng)振蕩失穩(wěn)

33、。（4） 作用機(jī)理：汽輪發(fā)電機(jī)的速度電動(dòng)勢(shì)分量與換流器觸發(fā)角控制之間的緊密耦合與內(nèi)在的反饋關(guān)系。圖7- 8（5） 影響因素：a) 發(fā)電機(jī)組與電整流站電氣距離：距離越近越不利；b) 發(fā)電機(jī)組與交流大電網(wǎng)聯(lián)系：聯(lián)系越薄弱越不利；c) 發(fā)電機(jī)組的額定功率與HVDC輸送的額定功率相對(duì)大?。喝粼谕粋€(gè)數(shù)量級(jí)上，不利；d) HVDC控制器：電流調(diào)節(jié)器、輔助控制器等引起負(fù)阻尼。（6） 抑制措施：a) 加入次同步阻尼控制器（SSDC）等附加控制解決（本質(zhì)是通過(guò)提供對(duì)扭振模式的阻尼來(lái)抑制SSO）；b) 附加一次設(shè)備防止（但價(jià)格昂貴）。注意：逆變站附近的汽輪發(fā)電機(jī)組不會(huì)受到由HVDC引起的SSO危害。因?yàn)樗鼈儾⒉?/p>

34、向HVDC提供任何功率，而只是與逆變站并列運(yùn)行，供電給常規(guī)的隨頻率而變化的負(fù)荷。注意：SSO基本只涉及大容量汽輪發(fā)電機(jī)組（30萬(wàn)kW以上），其軸系結(jié)構(gòu)特點(diǎn)引起。注意：水輪機(jī)不易發(fā)生次同步振蕩：轉(zhuǎn)子慣量大，功率擾動(dòng)不易引起軸系扭振；機(jī)組對(duì)扭振固有阻尼很高。10. 多直流饋入問(wèn)題：（1） 概念：多直流饋入就是在受端電網(wǎng)的一個(gè)區(qū)域中集中落點(diǎn)多回直流線路。（2） 只采用基本控制的HVDC通常會(huì)導(dǎo)致交流系統(tǒng)和直流系統(tǒng)間產(chǎn)生負(fù)面的相互作用；采用附加控制可以避免這種負(fù)面相互作用，甚至產(chǎn)生正面的影響。11. 單雙極閉鎖：（1） 整流站閉鎖相當(dāng)于突甩負(fù)荷，系統(tǒng)頻率上升；（2） 逆變站閉鎖相當(dāng)于突然切機(jī)，系統(tǒng)頻率

35、下降；（3） 極閉鎖會(huì)使雙側(cè)交流系統(tǒng)突甩無(wú)功負(fù)荷，使電壓升高。12. 直流制動(dòng)：（1） 交流系統(tǒng)不能過(guò)于薄弱，否則不能起到制動(dòng)作用；（2） 交流系統(tǒng)能快速提供無(wú)功，否則由于直流吸收無(wú)功的增加，會(huì)導(dǎo)致交流系統(tǒng)電壓大幅度下降，從而抵消吸收有功的作用或起反作用；（3） 發(fā)電機(jī)與HVDC之間電氣距離長(zhǎng)（機(jī)端升壓變和換流變），直流制動(dòng)效果不會(huì)有電氣制動(dòng)效果明顯；（4） 快速無(wú)功調(diào)節(jié)、快速勵(lì)磁、HVDC快投電容器和濾波器等，直流制動(dòng)可以替代（或減少）切機(jī)切負(fù)荷；13. VDC直流線路故障（短路）：由于HVDC故障電流能持續(xù)一定時(shí)間但換流閥可快速關(guān)斷10ms，所以HVDC故障電流在交流系統(tǒng)中影響不明顯。14

36、. 交流系統(tǒng)故障（短路）：引起的大幅電壓下降在逆變側(cè)可能會(huì)導(dǎo)致?lián)Q相失敗。15. 緊急功率支援：如交流電網(wǎng)出現(xiàn)大幅度功率缺額：聯(lián)絡(luò)線跳開(kāi)、某些大電廠跳開(kāi)等，HVDC可以快速增加輸送功率或者快速潮流反轉(zhuǎn)。八、 VSC-HVDC1. 基本概念：（1） 定義：以基于全控器件的電壓源變換器（VSC）為基礎(chǔ)的直流輸電技術(shù)。（電壓源換流器高壓直流輸電或柔性直流輸電）（2） 特征：全控型電力電子器件、電壓源換流器、大多數(shù)采用脈寬調(diào)制（PWM）技術(shù)。（3） 常規(guī)直流輸電面臨的挑戰(zhàn)：a) 兩側(cè)換流站無(wú)功消耗大（每側(cè)4060%）；b) 存在大量低次諧波，濾波器容量大；c) 不能向無(wú)源網(wǎng)絡(luò)供電；d) 存在換相失敗風(fēng)險(xiǎn)

37、，會(huì)威脅電網(wǎng)安全穩(wěn)定；e) 難以形成多端直流網(wǎng)絡(luò)。注意：根本問(wèn)題在于使用的開(kāi)關(guān)器件是半控型器件晶閘管，只能控制開(kāi)通而不能控制其關(guān)斷，換向必須靠交流側(cè)電源。2. VSC-HVDC的特點(diǎn)及應(yīng)用場(chǎng)合：（1） 優(yōu)點(diǎn)：a) 結(jié)構(gòu)緊湊占地??；b) 無(wú)源系統(tǒng)供電/黑啟動(dòng)；c) 可聯(lián)絡(luò)弱交流系統(tǒng)；d) 獨(dú)立的有功和無(wú)功控制；e) 站間不用通訊；f) 無(wú)換相失敗問(wèn)題；g) 諧波小；h) 易于實(shí)現(xiàn)多端直流。（2） 缺點(diǎn)：a) 系統(tǒng)損耗較大，每端1.6%（常規(guī)0.8%）；b) 無(wú)法控制直流側(cè)故障電流（直流側(cè)故障只能跳交流側(cè)斷路器）；c) 運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)尚不足，系統(tǒng)穩(wěn)定性、可靠性仍有待檢驗(yàn)。（3） 應(yīng)用場(chǎng)合：a) 可再生能

38、源并網(wǎng)：連接風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)和電力網(wǎng)；b) 孤島供電：海島或海上石油/天然氣的鉆井平臺(tái)；c) 城市中心供電；d) 地下電力輸送；e) 連接異步交流電網(wǎng)。3. VSC-HVDC主要設(shè)備：（1） 主要設(shè)備及其作用：a) 電壓源換流器：實(shí)現(xiàn)整流和逆變；b) 直流電容：電壓支撐、抑制直流電壓波動(dòng)降低直流諧波；c) 換流電感：Boost控制、影響輸送能力、功率調(diào)節(jié)；d) 交流濾波器：濾除交流側(cè)的諧波；e) 直流電纜：傳輸電能；f) 測(cè)控與保護(hù)系統(tǒng)：測(cè)量、控制、保護(hù)；g) 開(kāi)關(guān)設(shè)備：投切VSC-HVDC系統(tǒng)； 通過(guò)器件直接串 聯(lián)滿(mǎn)足耐壓要求h) 冷卻系統(tǒng)：冷卻半導(dǎo)體、變壓器、電抗器等。（2） 換流器：a) 兩電

39、平換流器（以PWM波形逼近正弦波）：圖8- 1兩電平換流器（采用IGBT直接串聯(lián)閥實(shí)現(xiàn)）i. 優(yōu)點(diǎn)：電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；所有閥容量相同；控制簡(jiǎn)單，易擴(kuò)展。ii. 缺點(diǎn)：器件直接串聯(lián)，對(duì)于參數(shù)一致性要求高，靜態(tài)均壓和動(dòng)態(tài)均壓?jiǎn)栴}嚴(yán)峻，高。b) NPC三電平換流器（以PWM波形逼近正弦波）：圖8- 2 NPC三電平換流器i. 優(yōu)點(diǎn)：電平數(shù)提高有利于提高波形質(zhì)量，降低損耗；ii. 缺點(diǎn)：額外的器件（鉗位二極管）增加了成本和設(shè)計(jì)復(fù)雜度，存在電容電壓不平衡問(wèn)題。c) 模塊化多電平（MMC）（以階梯波逼近正弦波）：圖8- 3模塊化多電平i. 優(yōu)點(diǎn)：進(jìn)一步改善波形質(zhì)量，降低對(duì)濾波系統(tǒng)要求，甚至可以不要濾波器。ii

40、. 缺點(diǎn)：電容器電壓平衡有難度。d) 變壓器組合式（并聯(lián)型）：多個(gè)變換器并聯(lián)復(fù)合而成，采用曲折變壓器并聯(lián)接入交流系統(tǒng)，較低開(kāi)關(guān)頻率獲得較好波形質(zhì)量，可提升換流站容量。e) 變壓器組合式（串聯(lián)型）：多個(gè)變換器串聯(lián)復(fù)合而成，可提升電壓等級(jí)和換流站容量。f) 變壓器組合式（串并聯(lián)型）：多個(gè)變換器串并聯(lián)復(fù)合而成，可提升電壓等級(jí)和換流站容量，可以以“搭積木”形式實(shí)現(xiàn)所需的電壓、電流等級(jí)。4. VSC-HVDC構(gòu)成形式：（1） 換流站接線方式：圖8- 4（2） 兩端VSC-HVDC輸電系統(tǒng)：?jiǎn)螛O系統(tǒng)，雙級(jí)系統(tǒng)。注意：采用基本MCC換流器實(shí)現(xiàn)的VSC-HVDC直流側(cè)沒(méi)有集中布置的電容器，無(wú)法采用直流中點(diǎn)接地

41、方式實(shí)現(xiàn)正負(fù)極性對(duì)稱(chēng)的直流線路。故一般有以下解決方法：閥交流側(cè)經(jīng)電抗器構(gòu)造中性點(diǎn)接地或者閥側(cè)變壓器采用yn形式。注意：目前已投運(yùn)的柔直系統(tǒng)絕大多數(shù)由ABB公司設(shè)計(jì)制造，VSC-HVDC換流器采用基本VSC實(shí)現(xiàn)，本身不能單極運(yùn)行，僅直流線路可以單極運(yùn)行。（有文獻(xiàn)稱(chēng)為“偽雙極”）而由組合式VSC構(gòu)成VSC-HVDC換流器時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)真正的雙極系統(tǒng)。（3） 多端VSC-HVDC輸電系統(tǒng)：圖8- 5多端VSC-HVDC輸電系統(tǒng)5. VSC-HVDC系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)特性：（1） VSC變換器特性：圖8- 6 VSC交流側(cè)穩(wěn)態(tài)矢量關(guān)系1（假設(shè)不變）圖8- 7 VSC交流側(cè)穩(wěn)態(tài)矢量關(guān)系2（假設(shè)不變）圖8- 8 等值

42、電路圖由等值電路圖可得到交流側(cè)電源輸出的有功功率和無(wú)功功率分別為： 調(diào)整、k 可使得VSC運(yùn)行于圓內(nèi)任意一點(diǎn)，故其可獨(dú)立控制P、Q： > 0，電源相位超前，變換器工作于整流，交流系統(tǒng)向直流系統(tǒng)注入有功功率； < 0，電源相位滯后，變換器工作于逆變，直流系統(tǒng)向交流系統(tǒng)注入有功功率；，系統(tǒng)提供無(wú)功；，系統(tǒng)吸收無(wú)功。6. VSC-HVDC控制：（1） 控制主要功能：使VSC-HVDC系統(tǒng)正常工作，保護(hù)設(shè)備，使系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，具體包括：VSC-HVDC系統(tǒng)的啟動(dòng)和停止控制，VSC-HVDC系統(tǒng)輸送功率潮流大小和方向控制，協(xié)調(diào)交流系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)調(diào)度中心指令，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。（2） 分層控制：系統(tǒng)層控

43、制，裝置層控制，器件層控制。圖8- 9 VSC-HVDC分層控制a) 系統(tǒng)層控制：i. 系統(tǒng)層控制兩類(lèi)物理量：有功類(lèi)物理量（有功功率、直流電壓/電流、交流頻率）和無(wú)功類(lèi)物理量（無(wú)功功率、交流電壓幅值）。換流站必須在有功類(lèi)物理量和無(wú)功類(lèi)物理量中各挑選一個(gè)物理量進(jìn)行控制。ii. 系統(tǒng)層三種基本控制方式： 定功率（定直流電流）控制（控制功率或直流電流和與交流側(cè)交換的無(wú)功功率）：圖8- 10定功率控制 定直流電壓控制（控制直流母線電壓和與交流側(cè)交換的無(wú)功功率）：圖8- 11定直流電壓控制注意：VSC-HVDC必須有一個(gè)換流站采用定直流電壓控制！ 定交流電壓控制（控制交流母線電壓頻率和幅值）：圖8- 1

44、2定交流電壓控制b) 裝置層控制：根據(jù)系統(tǒng)層控制形成的參考值，形成換流器目標(biāo)輸出波形參考信號(hào)（M、）。圖8- 13i. 常用的一般包含兩個(gè)控制環(huán)：功率類(lèi)外環(huán)、電流內(nèi)環(huán)。電流內(nèi)環(huán)有利于換流器限流。ii. 換流器直接電流控制：圖8- 14換流器直接電流控制iii. 換流器間接電流控制：圖8- 15換流器間接電流控制c) 器件層控制：i. PWM控制原理：沖量相等而形狀（如大小波形）不同的窄脈沖作用于慣性系統(tǒng)，其效果基本相同。（沖量即指窄脈沖的面積（變量對(duì)時(shí)間積分）；效果基本相同，是指系統(tǒng)的輸出響應(yīng)波形基本相同）ii. PWM調(diào)制方法：把希望輸出的波形作為調(diào)制信號(hào)（參考波，Vcontrol），把接受

45、調(diào)制的信號(hào)作為載波（Vtri），通過(guò)信號(hào)波的調(diào)制得到所期望的PWM波形。通常采用等腰三角波或鋸齒波作為載波，其中等腰三角波應(yīng)用最多。圖8- 16 PWM調(diào)制波的形成PWM頻率與載波Vtri頻率相同，輸出電壓VA0幅值由調(diào)制波Vcontrol幅值決定，輸出電壓基頻由Vcontrol頻率決定。 iii. 脈沖的寬度按正弦規(guī)律變化而和正弦波等效的PWM波形也稱(chēng)SPWM波形。為了提高直流電壓利用率，可注入三次諧波。圖8- 17 單相兩電平VSC注意：?jiǎn)蜗郪SC可控運(yùn)行的前提是直流電壓不低于交流側(cè)電壓峰值。圖8- 18 三相兩電平VSC注意：三相VSC可控運(yùn)行的前提是直流電壓不低于交流線電壓倍。iv.

46、空間矢量PWM（SV-PWM）：圖8- 19圖8- 20 SV-PWM的八個(gè)開(kāi)關(guān)狀態(tài)圖8- 21 八個(gè)開(kāi)關(guān)狀態(tài)對(duì)應(yīng)空間矢量位置 步驟：確定Vd, Vq, Vref, ；確定時(shí)間區(qū)域T1, T2, T0；確定S1S6的開(kāi)關(guān)時(shí)間。 優(yōu)點(diǎn)：諧波?。恢绷麟妷豪寐矢撸ㄊ荢PWM的倍）。注意：SV-PWM只是利用矢量概念實(shí)現(xiàn)脈沖調(diào)制，并不是一般意義上的矢量控制，而仍然屬于標(biāo)量控制。v. 特定諧波消除調(diào)制方法（SHE-PWM）： 目標(biāo)：滿(mǎn)足調(diào)制比前提下，消去部分低次諧波。 原理：選擇合適觸發(fā)角，既滿(mǎn)足基波輸出要求，又滿(mǎn)足消除某些低次諧波要求。vi. 最優(yōu)PWM（OPWM）： 目標(biāo)函數(shù)：指定諧波消除、最小化

47、總諧波畸變率、最小化畸變系數(shù)、最大轉(zhuǎn)矩。 數(shù)值計(jì)算方法：牛頓法、人工智能優(yōu)化算法（GA、SA、CSA、PSO等）。vii. 換流閥觸發(fā)技術(shù)：圖8- 22 采用光電轉(zhuǎn)換觸發(fā)換流閥7. VSC-HVDC保護(hù)配置：（1） 區(qū)域劃分：外部交流系統(tǒng)，換流站內(nèi)部，直流側(cè)線路。圖8- 23 VSC-HVDC保護(hù)區(qū)域劃分圖（2） 故障形式：a) 外部交流系統(tǒng)故障：電壓不平衡（不對(duì)稱(chēng)故障或不對(duì)稱(chēng)負(fù)荷引起）；過(guò)壓/欠壓；雷電過(guò)電壓（近端架空線路遭受雷擊引起）；操作過(guò)電壓投切線路設(shè)備引起等。b) 換流站內(nèi)部故障：內(nèi)部交流母線故障；站內(nèi)直流母線故障；閥體故障；元件失效等。c) 直流線路故障：斷線；單極接地；雙極短路；

48、架空直流線路雷擊過(guò)電壓。（3） 保護(hù)配置原則與特點(diǎn)：a) 可靠性，靈敏性，選擇性，快速性，可控性（通過(guò)控制換流器等減輕故障的危害），安全性（保障人身安全和設(shè)備安全），可維護(hù)性（保護(hù)功能及參數(shù)便于調(diào)整）。b) 特點(diǎn)：采取分區(qū)重疊配置（交流側(cè)保護(hù)區(qū)，換流器保護(hù)區(qū)，直流線路保護(hù)區(qū)）；分層配置（系統(tǒng)級(jí)保護(hù)，裝置級(jí)保護(hù)，器件級(jí)（閥級(jí)）保護(hù)）。（4） 交流側(cè)保護(hù)：a) 交流線路保護(hù)；b) 換流變壓器保護(hù)：差動(dòng)保護(hù)、過(guò)流保護(hù)、中性點(diǎn)偏移保護(hù)、變壓器本體保護(hù)（油、氣、）；c) 換流電抗器保護(hù)；d) 交流開(kāi)關(guān)場(chǎng)和交流濾波器保護(hù)。（5） 換流器保護(hù)：a) 換流器過(guò)電流保護(hù)；b) 換流器直流過(guò)電壓保護(hù)；c) 交流側(cè)

49、過(guò)電壓保護(hù)；d) 觸發(fā)脈沖監(jiān)控；e) 閥自身保護(hù)；f) 輔助設(shè)備保護(hù)。（6） 直流線路保護(hù)：a) 直流欠壓保護(hù)；b) 直流過(guò)壓保護(hù)；c) 直流電壓不平衡保護(hù)；d) 直流故障再啟動(dòng)邏輯等。8. VSC-HVDC與LCC-HVDC比較：（1） 結(jié)構(gòu)：圖8- 24 VSC-HVDC與LCC-HVDC結(jié)構(gòu)比較（2） 對(duì)連接的交流電網(wǎng)的要求：a) LCC-HVDC：要求保持連接交流電網(wǎng)的電壓和頻率穩(wěn)定，且具有足夠大短路容量；交流電網(wǎng)需要提供無(wú)功功率，否則有換相失敗風(fēng)險(xiǎn)。b) VSC-HVDC：對(duì)連接系統(tǒng)短路容量沒(méi)有要求，且可以直接連接無(wú)源網(wǎng)絡(luò)。（3） 諧波：a) LCC-HVDC：交流側(cè)12k±

50、;1，直流側(cè)12k次；b) VSC-HVDC：與開(kāi)關(guān)頻率相關(guān)的高次諧波。（4） 經(jīng)濟(jì)傳輸范圍：a) LCC-HVDC：大功率范圍內(nèi)（250MW及以上），顯得經(jīng)濟(jì)有效；b) VSC-HVDC：將經(jīng)濟(jì)功率傳輸范圍擴(kuò)展到幾個(gè)MW到幾百個(gè)MW之間。（5） 無(wú)功：a) LCC-HVDC：整流側(cè)和逆變側(cè)均吸收無(wú)功；b) VSC-HVDC：整流側(cè)和逆變側(cè)均可獨(dú)立靈活控制無(wú)功：吸收、發(fā)出和零無(wú)功。（6） 應(yīng)用場(chǎng)合：a) LCC HVDC：用于大容量電能傳輸；b) VSC-HVDC：無(wú)源孤島供電、分布式發(fā)電接入、城市供電、（7） 控制手段及性能：a) LCC-HVDC：i. 觸發(fā)角控制、投切電容器、變壓器分接頭

51、；ii. 潮流反轉(zhuǎn)依靠電壓極性反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)；iii. 直流側(cè)故障通過(guò)晶閘管可以清除；iv. 過(guò)載能力強(qiáng)；v. 不具有黑啟動(dòng)功能；vi. 損耗低，滿(mǎn)載時(shí)，每端0.8%。b) VSC-HVDC：i. PWM控制方式，有功無(wú)功的獨(dú)立控制；ii. 潮流反轉(zhuǎn)依靠電流方向反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)方便快捷；iii. 直流側(cè)故障需要交流側(cè)跳閘清除；iv. 過(guò)載能力弱；v. 具有黑啟動(dòng)功能；vi. 損耗高，滿(mǎn)載時(shí)，每端1.6%。（8） 工程施工和占地：VSC-HVDC整個(gè)電站按照模塊化設(shè)計(jì)，占地面積與同等容量常規(guī)直流輸電電站相比大大縮??；所有裝置可以在生產(chǎn)工廠經(jīng)過(guò)試驗(yàn)檢驗(yàn)后運(yùn)送到電站當(dāng)?shù)兀┕し奖?。九?直流輸電控制1. 直

52、流輸電控制方式：直流輸電系統(tǒng)的整流側(cè)維持直流電流，逆變側(cè)維持直流電壓，從而決定了直流傳輸功率。（1） 整流側(cè)：a) 直流電流控制：調(diào)節(jié) 維持恒定；b) 直流功率控制：根據(jù)運(yùn)行電壓 計(jì)算給定值 維持恒定；c) 直流電壓控制：只有當(dāng)直流系統(tǒng)電壓過(guò)電壓才起作用；d) 角最小控制：整流側(cè)交流電壓或逆變側(cè)交流電壓，整流側(cè)不能繼續(xù)維持恒定，轉(zhuǎn)入角最小控制，同時(shí)退出直流電流控制。一般min =5°；e) 無(wú)功功率控制或慢速交流電壓控制：只選一種，調(diào)節(jié)濾波器組數(shù) 改變無(wú)功，強(qiáng)交流系統(tǒng)選無(wú)功功率控制；f) 換流變壓器分接頭控制：調(diào)節(jié)交流電壓 維持在給定范圍變化，或保持閥側(cè)空載電壓恒定；g) 地電流平衡

53、控制：雙極運(yùn)行時(shí)，調(diào)整兩極，保持地電流<1%。（2） 逆變側(cè)：a) 角控制：一般維持=18°；b) 直流電壓控制：調(diào)整 維持恒定；c) 直流電流控制：只有當(dāng)整流側(cè)轉(zhuǎn)入min控制才自動(dòng)轉(zhuǎn)為該方式；d) 快速交流電壓控制：當(dāng)限制交流系統(tǒng)過(guò)電壓，當(dāng) ，換流變分接頭來(lái)不及調(diào)節(jié)，調(diào) 吸收無(wú)功 。同樣對(duì)出現(xiàn) 。e) 無(wú)功功率控制或慢速交流電壓控制：只選一種，調(diào)節(jié)濾波器組數(shù) 改變無(wú)功，強(qiáng)交流系統(tǒng)選無(wú)功功率控制（與整流側(cè)同）;f) 電流差值控制：防止逆變電流調(diào)節(jié)器在工作轉(zhuǎn)換時(shí)產(chǎn)生不穩(wěn)定；g) 換流變壓器分接頭控制：調(diào)節(jié)交流電壓 維持在給定范圍變化，或保持閥側(cè)空載電壓恒定。注意：正常情況下，整流

54、側(cè)是直流電流或直流功率控制，逆變側(cè)是角或直流電壓控制。2. 直流輸電控制特性：（1） 直流輸電等值電路：圖9- 1 直流輸電控制電路圖圖9- 2 直流輸電等值電路 上面三個(gè)式子是分別用控制角、熄弧角和關(guān)斷角表示的直流電壓表達(dá)式。注意：這里的以表示的公式中本來(lái)求出來(lái)是個(gè)負(fù)值，這里改變了逆變器內(nèi)電勢(shì)的參考方向，故算出來(lái)是個(gè)正值。 注意：直流輸電可調(diào)量為導(dǎo)通角和變壓器分接頭。（2） 定觸發(fā)角控制：a) 整流側(cè)為定方式，逆變側(cè)為定方式：將線路的電阻歸算到整流側(cè)，可得到以下計(jì)算式： 圖9- 3 1為整流側(cè)，2為逆變側(cè)當(dāng)整流器的交流電勢(shì)變化，則系統(tǒng)的運(yùn)行點(diǎn)將偏移到A或B。由于伏安特性的斜率一般很小，交流電壓并不會(huì)有太大的變動(dòng)，這樣就會(huì)引起直流電流和直流功率很大的波動(dòng)。同理，逆變側(cè)交流電勢(shì)的變動(dòng)，也會(huì)發(fā)生類(lèi)似的結(jié)果。這種情況是不允許的。直流輸送功率大幅度波動(dòng)，將引起交流系統(tǒng)的運(yùn)行困難，直流電流的劇烈變化，也會(huì)影響直流系統(tǒng)的安全運(yùn)行，可能造成換流器過(guò)載和逆變器的換相失敗等。b) 整流側(cè)為定方式，逆變側(cè)為定方式：將線路的電阻歸算到整流側(cè)，可得到以下計(jì)算式： 圖9- 4 1為整流側(cè)，2為逆變側(cè)上述控制方式同樣存在電壓小變化，直流電流大的變化，