直流换流站ppt

高压直流输电技术主讲人刘春艳•直流输电系统的构成及换流站主要设备•直流输电换流技术•直流输电运行方式•直流输电的特点及应用场合第一部分直流输电系统的构成及换流站主要设备一直流输电系统的构成1.两端直流输电系统⑴单极系统⑵双极系统2.多端直流输电系统3.背靠背直流输电系统二换流站的主要设备换流变压器换流器平波电抗器交流滤波器直流滤波器无功补偿设备避雷器直流开关控制保护装置远动通信系统直流测量设备接地极及接地极线路图1-1两端直流输电系统构成原理图1.换流变压器：功能：电压配合、隔离、限流、抽头调节改善运行性能。特点：谐波、阀侧绕组绝缘（AC＋DC）、自动调抽头、多绕组等。类型：三相三线圈、三相双线圈、单相三线圈、单相双线圈。2.换流器（核心部分）（重点讲解学习）功能：换流、开关、与控制系统配合实现运行控制。特点：结构（四重阀、双重阀；户外式、户内式）、冷却方式、触发方式、试验等。类型：汞孤阀、晶闸管阀、光直接触发晶闸管阀、IGBT换流阀。3.平波电抗器：功能：滤波、限流、防止电流断续、降低过电压、防止换相失败等。特点：电感值（0.3~1.0H）。类型：油浸式、干式。4.直流滤波器：功能：滤波。类型：无源和有源两种。5.交流滤波器：功能：滤波、无功补偿。类型：无源、连续可调。有源的正在研究。6.无功补偿设备：ACF、电容器、调相机、静补。7.避雷器：换流站的避雷器种类多、运行条件复杂。•特点：续流为直流、通流能力强、正常运行时发热较严重、有时两端均不接地类型：曾采用碳化硅避雷器，现均采用氧化锌避雷器。8.直流开关：灭弧问题。目前只用于回路方式转换。9.控制保护设备：•功能：起动、停运、自动调节、运行性能改进等。•类型：微机控制。各公司所用硬件、软件不同。发展很快。10.远动通信：•功能：传送两换流站之间的信息、换流站与调度以及其他所需信息。•类型：电力线载波、微波、光纤通信。11.直流测量设备：•直流CT、直流PT、微分CT等。12.接地极及接地极线路•功能：固定直流侧电位、长期通过运行电流、改变直流侧运行方式、提高运行可靠性等。•特点：地下埋设物电腐蚀、中性点接地变压器的磁饱和等。第二部分直流输电换流技术直流输电换流原理2005年7月30日10双桥12脉动换流器结构一.换流技术与直流输电的关系1.直流输电必须进行换流2.直流输电换流技术的发展⑴汞弧阀换流⑵晶闸管阀换流⑶新型可关断器件的应用二.直流输电换流技术1.换流的基本概念⑴基本换流单元①6脉动换流单元②12脉动换流单元⑵换流阀（电力器件）与换流器（整流与逆变电路）⑶换流阀的导通条件和关断条件⑷换流阀的单向导电性2.6脉动整流器工作原理⑴如何将交流电变为直流电⑵整流器的工况⑶整流器的电压、电流波形3.6脉动逆变器工作原理⑴如何将直流电变为交流电⑵逆变器的工作条件⑶逆变器的电压、电流波形请参讲义第二章整流电路及有源逆变电路直流输电换流原理2005年7月30日5单桥整流器换相电感直流平波电感交流电源交流侧电流直流侧电流阀电流直流侧电压（滤波前）直流侧电压（滤波后）19柔性化电力技术与电能质量研究所Chap.2换流器理论及特性方程计及触发延时、计及换相角时单桥的工作原理换流器如何进行换相？135462ibMNeaLcABCLd+ud_IdiciaLcLcebecoik单桥整流器的运行方式工况2-3---正常运行方式工况3---非正常运行方式工况3-4---故障运行方式工况2-3：在600的重复周期中，2个阀和3个阀轮流导通的运行方式。2900006005柔性化电力技术与电能质量研究所Chap.2换流器理论及特性方程单桥整流器的工作原理单桥等效电路原理图135462ibMNeaLcABCLd+ud_IdiciaLcLcebeco88柔性化电力技术与电能质量研究所Chap.2换流器理论及特性方程相电流波形（、）0002468101221.510.50.511.52eaebeceaebecC1C2C3C4C5C6C1C1C2C3C4C5C6t561566126112312234233453445645561566126112312234233453445645p1p2p3p4p5p6p1p2p3p4p5p6MouNou41vvaiii63vvbiii25vvciii直流输电换流原理2005年7月30日19换流装置的功率因数（直观分析）289柔性化电力技术与电能质量研究所Chap.2换流器理论及特性方程直流电流波形0002468101221.510.50.511.52eaebeceaebecC1C2C3C4C5C6C1C1C2C3C4C5C6t561566126112312234233453445645561566126112312234233453445645p1p2p3p4p5p6p1p2p3p4p5p6MouNouiV1iV3iV5iV1iV3iV5531vvvdiiiIiV2iV4iV6iV2iV4iV6642vvvdiiiI42柔性化电力技术与电能质量研究所Chap.2换流器理论及特性方程逆变运行的必要条件①与交流系统相连---有源逆变；②与足够大的直流电源相连；③同步控制脉冲④Ud为负，900＜α＜1800⑤γ＞γ0eaebecicLcibia+udi－A4MN12563BCoLcLcIdLdik•4.换流原理中的电角度•⑴触发角（α、β）•⑵换相角（μ）（γ）•⑶关断角（γ）（δ）•⑷导通角（λ）•5.12脉动换流器•⑴12脉动换流器的构成•⑵12脉动换流器的特点111柔性化电力技术与电能质量研究所Chap.2换流器理论及特性方程双桥换流器电压波形o2tea1c1u21du2du6ea2c212脉动621ddduuu•6.直流输电稳态计算常用公式•⑴整流侧直流电压•Ud1＝N1（1.35U1cosα－3/πXγ1Id）•⑵逆变侧直流电压•Ud2＝N2（1.35U2cosβ＋3/πXγ2Id）•Ud2＝N2（1.35U2cosγ－3/πXγ2Id）•⑶直流电流•Id＝（Ud1－Ud2）/R•⑷直流功率•Pd1＝Ud1Id（整流侧）•Pd2＝Ud2Id（逆变侧）•⑸换流器消耗的无功•Q1＝Pd1tgφ1（整流侧）•Q2＝Pd2tgφ2（整流侧）•⑹换流器的功率因数•cosφ1＝〔cosα＋cos（α＋μ1）〕／2（整流器）•cosφ2＝〔cosγ＋cos（γ＋μ2）〕／2（逆变器）•⑺换流器的换相角•μ1＝arccos〔cosα－（2Xγ1Id）／（√2U1）〕－α（整流器）•μ2＝arccos〔cosγ－（2Xγ2Id）／（√2U2）〕－γ（逆变器）•⑻换流变压器视在功率•S1＝（π/3）Ud01Id（整流侧）•S2＝（π/3）Ud02Id（逆变侧)•7.换流器的外特性•⑴无调节器的外特性•⑵实际工程中有调节器的外特性第三部分直流输电运行方式1.运行接线方式⑴单极直流输电工程⑵双极直流输电工程2.全压和降压方式⑴全压运行方式⑵降压运行方式3.功率正送与反送方式⑴功率正送方式⑵功率反送方式4.双极对称与不对称方式⑴双极对称方式⑵双极不对称方式①双极电压不对称②双极电流不对称③双极电压和电流均不对称5.运行控制方式⑴定功率控制方式⑵定电流控制方式⑶无功功率控制方式⑷交流电压控制方式6.直流输电系统的损耗⑴换流站的损耗（小于额定容量的1%）⑵直流线路损耗（主要是电阻损耗）第四部分直流输电的特点及应用场合一直流输电的特点1直流架空线路结构简单、造价低、损耗小、输送能力强；线路电容不起作用，沿线电压分布均匀，不需装设并联电抗器。2直流电缆线路承受的电压高、输送容量大、造价低、损耗小、寿命长、且输送距离不受限制。3直流输电无交流输电的稳定问题，有利于远距离大容量送电。4用直流输电实现电力系统非同步联网具有一系列的优点。5利用直流输电的快速控制改善交流系统的运行性能。6可方便地进行分期建设，有利于发挥投资效益。7利用大地为回路提高输电系统运行的灵活性和可靠性。8直流输电换流站设备多、结构复杂、造价高、损耗大、运行费用高。9换流器运行中产生谐波，在换流站需装设交、直流滤波器。10换流器运行中消耗大量的无功，在换流站需装设无功补偿装置。11利用大地为回路而引起的一些技术问题。如：接地极附近直流电流对地下金属埋设物的电腐蚀；地下直流电流通过中心点接地变压器使变压器饱和等。12直流断路器由于没有电流过零点可利用，制造困难，使多端直流输电发展缓慢。二直流输电应用埸合1远距离大容量输电2电力系统联网3直流电缆送电4交流线路的增容改造5轻型（柔性）直流输电6特高压直流输电特高压直流输电1.特高压直流输电的现状目前世界上已运行的直流输电工程最高电压为士600kV，尚无特高压直流输电工程运行。对于特高压直流工程，国外研究的结论是：士800kV的工程在技术上是可行的，士1000kV不经过很大努力进行研究是困难的，士1200kV若技术上没有重大突破是不可能的。2.特高压直流输电接线方式⑴每极一组12脉动换流器⑵每极两组12脉动换流器串联⑶每极两组12脉动换流器并联中国直流输电的发展1.发展概况2.已运行的直流输电工程3.计划建设的直流输电工程.中国已运行的直流输电工程工程名称容量电压距离投运时间（MW）（KV）（Km）（年）1.舟山50-1005419872.葛洲坝-上海1200士50010451989/19903.天生桥-广东1800士5009412000/20014嵊泗60士5066.220025.三峡-常州3000士5008602002/20036.三峡-广东3000士5009602003/20047.贵州-广东I3000士50088020048灵宝背靠背360120/20059.三峡-上海3000士5001047200610.贵州-广东II3000士5001194200711.高岭背靠背2*7502*士125/2008总计1997070472009年6月止中国计划建设的直流输电工程工程名称功率电压距离投运时间（MW）（kV）（km）（年）1.灵宝背靠背扩建750166.7/20092.宝鸡-德阳3000士50056020103.向家坝-奉贤特高压6400士800200020104.云南-广东特高压15000士800145020105.呼伦贝尔-沈阳3000士50092020106.宁东-山东3960士660133520117.三峡-上海II3000士500110020118.高岭背靠背扩建750*2士125/20119.青海-西藏联网1200士50011002012总计278108465