直流輸電基本原理0709課件

中國電力科學(xué)研究院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脈動可控橋換相過程整流器運行逆變器運行等值電路圖穩(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償直流輸電原理(正送)

整流逆變注意:只需很小的壓差I(lǐng)d換流器的結(jié)線方式

采用6脈動換流橋為基本單元

與其他結(jié)線方式相比，6脈動換流橋的優(yōu)點：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)繞組容量較小；換流變結(jié)線簡單，無需兩個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換流橋橋臂共陰極組共陽極組6脈動二極管整流橋(未計入換相電感)eaebec共陽極組共陰極組IdId6脈動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（不計換相）疊弧（換相電感）引起的電壓降整流電壓(平均值)電壓降峰值整流

6脈動可控橋a>0時，考慮疊弧后整流電壓平均值-eaebeciaicibIdIdABCU+U-可控整流電壓

C

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電壓波形eaebeceaebecC1C2C3C4C5C6C1C1C2C3C4C5C6561566126112312234233453445645561566126112312234233453445645p1p2p3p4p5p6p1p2p3p4p5p6eaceabebaebcecbecaeaceabebaebcecbecaU+U-整流橋波形整流運行直流電壓相電流橋臂電壓整流運行小結(jié)

直流電壓Vd＝Vdiocos－dId

Vdio＝1.35E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直流電流逆變器逆變器的直流電壓（μ>0）逆變電壓

ACc4V5P1V5V1V1

ecebeaeaebecp4p3p6p1p2p5p1.p2P4p3p6p56126145634556112323434545656161212323445566112233445561223C6C4C4C2C3C5C6C1C2C3C5C1iV1iV2iV3iV4iV5iV6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ecebeaeaebecp4p3p6p1p2p5p1.p2P4p3p6p56126145634556112323434545656161212323445566112233445561223C6C4C4C2C3C5C6C1C2C3C5C1iv1iv1-iv4-iv4iv3iv3-iv6-iv6iv5-iv2-iv2iv5逆變橋波形逆變運行直流電壓相電流橋臂電壓逆變運行小結(jié)超前角＝180°－迭弧角關(guān)斷角(δ)熄弧角，換相余裕角直流電壓Vd＝Vdiocos＋dIdVd＝Vdiocos－dIdVdio＝1.35E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γ等值電路逆變器定β等值電路穩(wěn)態(tài)特性單橋換流器穩(wěn)態(tài)特性μδ=γ直流電壓與角的關(guān)系

換流器的功率因數(shù)μμμμ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點左側(cè)Vd=Vdzocos-IddzS點右側(cè)定運行Vd=Vdoncos

+Id(dn+R)

定運行Vd=Vdoncos

-Id(dn-R)

Id=(Vdzocos-Vdoncos)/(dz+R+dn)

=(Vdzocos-Vdoncos

)/(dz+R-dn)控制特性配合1定α、定β

定α、定γ

②①Vd1.0(p.u.)0.0Id(p.u.)(p.u.)③①Vd1.00.0Id(p.u.)控制特性配合2定Id、定β

定α、定IdVd1.0(p.u.)0.0Id(p.u.)(p.u.)Vd1.00.0Id(p.u.)Cc控制特性配合3

定Ud、定Id

Vd1.0(p.u.)0.0Id(p.u.)(p.u.)Vd0.80.0Id(p.u.)BCbc控制特性配合4

電流裕度控制Vd1.0(p.u.)0.0Id(p.u.)°γIdzIdnVd

1.0(p.u.)0.0Id(p.u.)γ=18°IdzIn?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(Vd＝1.35Ecos－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(Vd＝1.35Ecos－dId)

調(diào)節(jié)范圍??；分級調(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IdId＝Ido由換流變抽頭調(diào)節(jié)控制換流器αα=15o±2.5o逆變站控制Ud由關(guān)斷角調(diào)節(jié)器控制γγ＝17o由換流變抽頭調(diào)節(jié)控制UdUd＝Udo±1%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IdId＝Ido由換流變抽頭調(diào)節(jié)控制換流器αα=15o±2.5o逆變站控制Ud由電壓調(diào)節(jié)器控制UdUd＝Udo由換流變抽頭調(diào)節(jié)控制γγ＝17o±2.5o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IdId＝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γγ＝17o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（<1％Pdn）12脈動閥組12脈動橋電源側(cè)電流波形p21p11p31p61p51p41p61p11p61ecbeabeacebcebaecaecbeabC21C31C41C51C61C11C21C11C61C22C32C42C52C62C12C22C12C62ecaecbeabeacebcebaecaecbeabp22p12p32p62p52p42p62p12p62直流諧波1.直流側(cè)諧波特征諧波n=kp6脈動換流器6、12、18、…12脈動換流器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6脈動組的換流變漏抗／變比誤差兩極換流器運行參數(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)備額定值運行費用2）對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.對鄰近通信線路產(chǎn)生噪聲干擾

干擾電壓沿線分布計算：Vi=Kz*

=Kz*Ie(i)Vi直流線路上i點諧波電壓對電話線路產(chǎn)生的干擾電壓Kz1kHz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,Hfn次諧波的等效加權(quán)系數(shù)及耦合系數(shù)Inn次諧波電流(極線和地線中諧波電流代數(shù)和)Ie(i)i點等效諧波干擾電流實測：與直流線路相距1km平行架設(shè)一條實驗線路，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)B2]1/2Ie(i)A換流站A直流諧波電壓源在i點產(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)

單極運行雙極平衡運行葛洲壩工程(mA)450150天廣工程(mA)1000500印度Rihand-Delhi810270

直流諧波4.減小直流諧波的途徑增加脈動數(shù)超過12脈動不合算減小閥的觸發(fā)角受運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行經(jīng)驗，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中性點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12／24／36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償換流變網(wǎng)側(cè)電流波形六脈動閥組Y/Y六脈動閥組Y/D

十二脈動閥組交流諧波及無功補償1.換流器交流側(cè)諧波(特征諧波)n＝kp±1k=1,2,3,….,n6脈動換流器5,7；11,13；17,19；23,25；….12脈動換流器11,13；23,25；35,37；….諧波次數(shù)，幅值。InI1/n換流器產(chǎn)生的諧波隨運行工況而變化（如Id，，）。2.交流諧波的危害損耗增加電器發(fā)熱機械振動交流諧波隨直流電流變化交流諧波及無功補償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稱換流變阻抗相間差異Y/Y和Y/換流橋點火角差異、變比差異、阻抗差異點火脈沖不完全等距治理：必要時加裝相應(yīng)濾波器，如3次諧波濾波器。交流諧波及無功補償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=/U1Unn次諧波相壓（有效值）U1

額定基波相壓（有效值）n諧波次數(shù)Knn*50/800Pnn次諧波噪音評價系數(shù)/1000交流諧波及無功補償

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)THFF1％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償

7.換流站需要無功