直流输电技术(工程中心技术交流)

高压直流输电技术PCS-9500直流控制保护系统提纲直流输电与交流输电的比较直流输电与交流输电的比较线路比较–直流：两根导线；交流：三根导线。–线路所需材料：直流交流•直流比交流少一根导线。同等输送功率前提下用电缆少。–线路走廊宽窄：直流交流•采用架空线时，由于直流线路的杆塔载荷小，线路所需的走廊也较窄。–线路损耗：直流交流•直流电缆线路的损耗主要是电阻损耗，而交流电缆除电阻损耗外还有绝缘中的介质损耗和铅皮及铠装中的磁感应损耗。直流输电与交流输电的比较–线路故障概率：直流交流•直流线路的导线少，其架空线路绝缘子的数量也比交流线路少，从概率角度讲，同等条件下发生线路故障的概率也相应减少。–线路故障后：直流单极运行vs交流线路停运•当直流线路一个极发生故障时，可以利用另一个健全极和大地回路来输送一半的额定功率。而交流线路因故障断开一相时，不能长时间非全相运行，或者需要采用架设双回线路的方式来避免。直流输电与交流输电的比较–交流输电线路杆塔直流输电与交流输电的比较–天广直流输电线路杆塔直流输电与交流输电的比较–三常直流输电线路杆塔直流输电与交流输电的比较两端设备比较–直流换流站比交流变电站设备复杂、造价高。换流站主要特有设备：•换流阀：晶闸管换流设备•滤波器：滤除换流过程中产生的谐波•无功补偿设备：提供换流器所消耗的无功直流输电与交流输电的比较潮流调节的比较–交流：调节有功功率通过改变功角δ的大小。调节过程比较缓慢。直流：电流和功率由两端直流电压决定，通过调节触发角来调节，调节速度非常快。调节过程与两端交流系统的频率和电压相位无关，而直流电压变化也不会直接影响交流系统的运行电压。–交流：调节对象有限，多数情况需要运用辅助设备。直流：调节对象包括电流、有功、电压、两端交流系统频率和电压等，且仅需运行控制方式自动调整。直流输电与交流输电的比较运行稳定性的比较–交流输电：距离与容量受稳定性因素制约。直流输电：距离与容量不受同步运行的稳定性的限制。–交流输电提高稳定性措施：发电机自动调节、励磁；快速切除线路故障；自动重合闸；增设开关站；串联线路电容补偿等等。直流输电提高稳定性措施：可以利用直流系统自身特性通过控制策略来提高整个交直流混合系统的稳定性，包括功率紧急支援；网络次同步振荡抑制；配合网络安稳系统调节快速调节功率等等。直流输电与交流输电的比较联络线方式的比较–交流联络线方式：•前提为两侧频率相同；•网络联系紧密；•互联后系统短路容量增大。–直流联络线方式：•两侧频率可以不同•两侧相对“隔离”•互联后短路容量不会明显增大•一端网络故障时不但可以有效限制故障范围，还可以通过控制来提供紧急支援。提纲直流输电原理直流输电原理换流器件–采用晶闸管元件（半控器件）•晶闸管导通条件：正向电压＋触发脉冲•晶闸管关断条件：电流过零＋零电压或负电压–定义：•触发角α•叠弧角μ•熄弧角γ•超前角β经过计算＝180°－直流输电原理6脉动可控整流桥直流输电原理整流桥波形直流输电原理直流电压Vd＝Vdiocos－dId其中：Vdio＝1.35E理想空载直流电压E换流变阀侧线电压有效值d＝3L/等值换相电阻L从电源到阀桥之间的每相等值电抗Id直流电流直流输电原理整流电压与触发角的关系直流输电原理逆变桥波形直流输电原理逆变直流电压Vd＝Vdiocos＋dIdVd＝Vdiocos－dIdVdio＝1.35E理想空载直流电压E换流变阀侧线电压有效值d＝3L/等值换相电阻Id直流电流直流输电原理直流输电工作原理－功率正送整流侧逆变侧注意：只有很小的电压差ddodrIdVVcosddodiIdVVcos直流输电原理直流输电工作原理－功率反送整流侧逆变侧注意：电流方向不改变提纲换流站主要设备简介高压直流输电工程技术换流站主要设备介绍–换流器：将交流电力变换成直流电力，或者将直流电力逆变为交流电力。高压直流输电工程技术晶闸管高压直流输电工程技术半层阀高压直流输电工程技术换流器设备•目前技术主流为晶闸管•直流输电采用三相桥式结线，称为换流桥，每桥有六个桥臂，也称为6脉动换流器。•高压直流输电工程应用中，最常用的是12脉动换流器，即两个6脉动换流器串联。•在特高压直流输电工程中，目前采用两组12脉动换流器串联结构。•可控硅在运行时会产生大量热量，故换流器需要配置冷却系统，工程中以水冷（内冷）为主流，外冷也有部分风冷应用。高压直流输电工程技术6脉动换流器12脉动换流器YYYDYYYYYDYDYYYDYYYD双12脉动换流器串联高压直流输电工程技术阀冷系统•晶闸管及其阻尼回路在运行中发热量相当大，为使晶闸管阀能在额定工况下，甚至是过负荷状态下运行，必须对其进行冷却。•整个阀冷却系统分为外冷水和内冷水两部分。•内冷水系统是一个封闭的循环系统，由主循环泵建立水压，迫使冷却水在管道中循环并和晶闸管阀交换热量使其冷却。•外冷水在使用前必须先经过软化（除钙），和反渗透（除盐）。通过冷却塔，喷淋泵，和内冷水交换热量，使内冷水温度降低。同时通过风扇使外冷水温度不致过高。高压直流输电工程技术换流站主要设备介绍（续）–换流变压器：向换流器供给交流功率或从换流器接收交流功率。高压直流输电工程技术–单台换流变外观高压直流输电工程技术–换流变压器布置高压直流输电工程技术–换流变压器与阀组的连接高压直流输电工程技术–12脉动阀组与换流变的连接高压直流输电工程技术换流站主要设备介绍（续）–平波电抗器•作用–避免轻载时直流电流发生间断–配合控制作用，限制直流回路短路电流峰值。–与直流滤波器配合，减小Ud和Id中的谐波分量，减少直流线路对沿线通信线路及无线电干扰。–抑制di/dt，减小因交流电压下降引起的换相失败几率。–衰减沿直流线路入侵的雷电波和陡波前冲击波高压直流输电工程技术–贵广直流油浸式平波电抗器外观高压直流输电工程技术换流站主要设备介绍（续）–直流滤波器：滤除直流侧谐波。•直流侧特征谐波为偶次谐波。n=k*Pn为谐波次数P为换流器脉动数•每极配置12/24和12/36双调谐直流滤波器各一个。高压直流输电工程技术换流站主要设备介绍（续）–接地极：包括接地极引线和接地电极。连接大地，固定换流站直流侧的对地电位。–直流电流互感器–直流电压互感器高压直流输电工程技术换流站主要设备介绍（续）–直流断路器•NBS：极中性母线开关•NBGS：中性母线接地开关•GRTS：大地回线转换开关•MRTB：金属回线转换开关高压直流输电工程技术高压直流输电工程技术换流站主要设备介绍（续）–交流滤波器及无功补偿设备•交流侧特征谐波为奇次谐波。n=k*P±1n为谐波次数P为换流器脉动数•交流滤波器及无功补偿设备常见类型：–双调谐滤波器：HP11/13；HP24/36–高通滤波器：HP3–并联电容器：SC高压直流输电工程技术–直流控制保护系统高压直流输电工程技术–交流场设备–站用电和站用辅助设备–常规交流保护设备高压直流输电工程技术典型的双极直流输电工程主设备单线图+500kVDC-lineThreeGorges-ChangzhouHVDCTransmissionProject-500kVDC-lineElectrodelineHP11/13HP24/36HP3140140118MVArHP11/13HP24/36HP3140140118HP11/13HP24/36140140HP12/24SHHP12/24220190220MVArHP12/24SHSH220190190HP12/24SHHP12/24220190220LongquanZhengping3000MWYY0Y0YY0Y0YY0Y0YY0Y0站1站2高压直流输电工程技术换流站设备布置俯瞰图滤波器场交流开关场极1换流变极1阀厅极1水冷主控楼极2阀厅极2水冷极2换流变直流场滤波器场就地控制设备小室高压直流输电工程技术直流系统运行方式–运行接线方式•单极大地回线方式•单极金属回线方式•双极大地回线方式•双极并联运行方式高压直流输电工程技术单极大地回线方式示意图直流电流直流功率直流功率高压直流输电工程技术单极金属回线方式示意图直流电流直流功率直流功率高压直流输电工程技术双极大地回线方式示意图直流电流直流功率直流功率直流功率直流功率高压直流输电工程技术双极并联运行方式示意图直流电流直流功率直流功率高压直流输电工程技术直流系统运行方式–全压与降压运行方式•全压运行－直流运行在额定直流电压•降压运行－运行在70％－100％额定直流电压之间的某个定值。–情形一：由于绝缘需要–情形二：由于无功控制需要。当直流作为无功调节手段时，根据控制需要降低电压运行。此时电压随控制要求变化而变化。•原则：尽量选择全压运行方式高压直流输电工程技术直流系统运行方式–功率正送与反送方式•如果将功率从换流站1送往换流站2定义为正方向，则站1作为整流站、站2作为逆变站，功率从站1送往站2，为功率正送运行方式；站2作为整流站、站1作为逆变站，功率从站2送往站1，为功率反送运行方式。•运行过程中进行的方向转换称为潮流反转。控制人员发出潮流反转控制指令后，控制系统能自动执行整个潮流反转操作，直至潮流反向。高压直流输电工程技术直流系统运行方式–双极对称与不对称运行方式•双极对称运行方式：双极全压对称运行、双极降压对称运行。•双极不对称运行方式：双极电压不对称运行方式、双极电流不对称方式、双极电压和电流不对称方式•原则：尽量选择双极对称运行方式。提纲直流控制保护系统PCS-9500直流控制保护系统PCS-9500南瑞继保直流控制保护系统开发产品线技术转让Mach2系统PCS-95001代完全自主改进所有硬件、软件升级±500kV/3000MW三峡右岸－上海直流工程±500kV/1200MW葛州坝－上海直流工程120kV/360MW灵宝背靠背直流工程应用情况动模仿真系统应用情况PCS-95002代实时操作系统全新设计模拟量采集系统灵活可靠的OCT接入方式系统总线简化，原系统1／3±125kV/750MW中俄联网黑河背靠背直流工程应用情况PCS-9550嵌入式系统嵌入式Linux操作系统当代先进微电子技术2002200420072009通过工程性联调试验应用情况即将应用在天广改造工程±500kV/3000MW德阳－宝鸡直流工程±500kV/3000MW呼伦贝尔－辽宁直流工程直流控制保护系统PCS-9500PCS-9500主要技术特点（比较公司其它产品）–基于PC的技术方案，其硬件系统以多处理器的工业PC作为主计算机，通过PCI总线扩展高性能外围设备控制模板构成。–控制保护系统与就地I/O设备的通讯采用光纤介质的CAN、TDM现场总线。–软件采用图形化编程和调试工具。–系统采用完全冗余配置并具有完备的自检功能。直流控制保护系统PCS-9500PCS-9500换流站控制保护系统典型配置直流控制保护系统PCS-9500PCS-9500换流站控制保护系统层次结构直流控制保护系统PCS-9500PCS-9500换流站控制保护系统组成–与远方控制中心（如国调、网省调）的接口子系统，包括：远动工作站、故障录波信息子站等。–运行人员控制系统，是换流站正常运行时运行人员的主人机界面和监控数据存储系统。主要包括站LAN网、运行人员工作站、工程师工作站、站长工作站、服务器、网络打印机、规约转换工作站或规约转换器（实现与辅助系统的接口）等。–交直流站控系统，负责执行交/直流设备的投切、起停、运行方式转换、状态监视、测量等功能，主要包括：站控系统的主机、分布式现场总线和分布式I/O等设备。直流控制保护系统PCS-9500–直流极控制系统，是换流站控制系统的核心，主要功能是通过对整流侧和逆变侧触发角的调节，实现系统要求的输送功率或输送电流。该部分主要包括每个极的极控系统的主机。–直流系统保护，主要包括极保护（含换流器保护、直流场保护、直流线路保护、接地极引线保护）、换流变保护、直流滤波器保