第三章直流輸電穩(wěn)態(tài)特性

1、o 3.1 3.1 直流輸電工程額定值直流輸電工程額定值o 3.2 3.2 直流輸電最小輸送功率直流輸電最小輸送功率o 3.3 3.3 直流輸電過負(fù)荷直流輸電過負(fù)荷o 3.4 3.4 直流輸電降壓運(yùn)行直流輸電降壓運(yùn)行o 3.5 3.5 直流輸電功率反送直流輸電功率反送o 3.6 3.6 直流輸電穩(wěn)態(tài)運(yùn)行特性直流輸電穩(wěn)態(tài)運(yùn)行特性o 3.7 3.7 直流輸電工程運(yùn)行方式直流輸電工程運(yùn)行方式o 3.8 3.8 直流輸電系統(tǒng)損耗直流輸電系統(tǒng)損耗第第3章章 直流輸電穩(wěn)態(tài)特性直流輸電穩(wěn)態(tài)特性+drU_dI+diU_3crxrLd+0cosd rU_+0d rU_3cixiLd+0d iU_dR+0cosd

2、 iU_整流器等效電路整流器等效電路逆變器等效電路逆變器等效電路整流電路等效電路圖整流電路等效電路圖直流電流：直流電流：（1）coscosdordoidxrdxiUUIdRd03 21.35dUEE其中，理想空載直流電壓：其中，理想空載直流電壓：（2）coscosdordoidxrdxiUUIdRd或或直流功率：直流功率： , drdr ddidi dPU IPU I（3）結(jié)論結(jié)論：可以通過改變角度和交流電壓數(shù)值來調(diào)節(jié)輸出電流可以通過改變角度和交流電壓數(shù)值來調(diào)節(jié)輸出電流和輸出功率。和輸出功率。3.1 直流輸電工程額定值直流輸電工程額定值一、額定值的概念一、額定值的概念 直流輸電工程的直流輸電工

3、程的額定值額定值主要是指工程在主要是指工程在長期連續(xù)運(yùn)長期連續(xù)運(yùn)行時(shí)行時(shí)的的輸送能力輸送能力，以功率額定值、電壓額定值和電流額，以功率額定值、電壓額定值和電流額定值來表示，它們分別被稱為工程的定值來表示，它們分別被稱為工程的額定功率、額定電額定功率、額定電壓和額定電流壓和額定電流。 額定值是進(jìn)行額定值是進(jìn)行工程設(shè)計(jì)、設(shè)備參數(shù)選擇以及決定工程造工程設(shè)計(jì)、設(shè)備參數(shù)選擇以及決定工程造價(jià)價(jià)的基礎(chǔ)參數(shù)。的基礎(chǔ)參數(shù)。 在進(jìn)行工程設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)工程的在進(jìn)行工程設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)工程的過負(fù)荷額定值、降壓運(yùn)行過負(fù)荷額定值、降壓運(yùn)行額定值和功率倒送額定值額定值和功率倒送額定值也需作出規(guī)定。也需作出規(guī)定。 額定額定直流功率直流

4、功率是指在所規(guī)定的是指在所規(guī)定的系統(tǒng)條件和環(huán)境條件系統(tǒng)條件和環(huán)境條件的的范圍內(nèi)，在不投入備用設(shè)備的情況下，直流輸電工程連續(xù)范圍內(nèi)，在不投入備用設(shè)備的情況下，直流輸電工程連續(xù)輸送的輸送的有功功率有功功率。 直流輸電工程是以一個(gè)直流輸電工程是以一個(gè)“極極”為一個(gè)獨(dú)立運(yùn)行單位。為一個(gè)獨(dú)立運(yùn)行單位。每個(gè)極的額定直流功率為極的額定直流電壓和額定直流電每個(gè)極的額定直流功率為極的額定直流電壓和額定直流電流的乘積。流的乘積。二、額定直流功率二、額定直流功率500kV,1200MW, 1.2kA500kV,1200MW, 1.2kA1045km1045km葛洲壩葛洲壩南橋南橋額定直流功率的測量點(diǎn)額定直流功率的測

5、量點(diǎn):1 1）常規(guī)測量點(diǎn)：）常規(guī)測量點(diǎn)：在整流站的直流母線處在整流站的直流母線處2 2）其它測量點(diǎn)：）其它測量點(diǎn)：需要特別規(guī)定需要特別規(guī)定 逆變站直流母線處；逆變站直流母線處； 整流站的交流母線處；整流站的交流母線處； 逆變站的交流母線處；逆變站的交流母線處； 直流輸電線路某處直流輸電線路某處v在額定直流功率和輸電距離確定的條件下，可以對(duì)額定直流電壓進(jìn)在額定直流功率和輸電距離確定的條件下，可以對(duì)額定直流電壓進(jìn)行優(yōu)化選擇。額定直流電壓選定后，則自然就有了額定直流電流，行優(yōu)化選擇。額定直流電壓選定后，則自然就有了額定直流電流，因?yàn)樗扔陬~定直流功率除以額定直流電壓。因?yàn)樗扔陬~定直流功率除以額定直

6、流電壓。v逆變站直流母線的額定功率和額定電壓是從整流站的數(shù)值中減去直逆變站直流母線的額定功率和額定電壓是從整流站的數(shù)值中減去直流線路損耗或線路壓降而得到的。流線路損耗或線路壓降而得到的。額定直流功率的測量點(diǎn)在整流站的直流母線處。額定直流功率的測量點(diǎn)在整流站的直流母線處。v 通常背靠背直流輸電工程，由于無直流輸電線路，可以選擇較通常背靠背直流輸電工程，由于無直流輸電線路，可以選擇較低的額定直流電壓和較大的額定直流電流；低的額定直流電壓和較大的額定直流電流；v 而遠(yuǎn)距離輸電直流輸電工程，則選擇較高的額定直流電壓和較而遠(yuǎn)距離輸電直流輸電工程，則選擇較高的額定直流電壓和較小的額定直流電流。小的額定直流

7、電流。三、額定直流電流三、額定直流電流 額定直流電流是直流輸電系統(tǒng)直流電流的平均值，它應(yīng)額定直流電流是直流輸電系統(tǒng)直流電流的平均值，它應(yīng)能在規(guī)定的能在規(guī)定的所有系統(tǒng)條件和環(huán)境條件所有系統(tǒng)條件和環(huán)境條件下下長期連續(xù)運(yùn)行長期連續(xù)運(yùn)行，沒有，沒有時(shí)間的限制。時(shí)間的限制。 額定直流電流對(duì)額定直流電流對(duì)設(shè)備類型、參數(shù)以及換流站冷卻系統(tǒng)設(shè)備類型、參數(shù)以及換流站冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)具有重要意義。具有重要意義。 當(dāng)額定直流功率確定后，額定直流電流通常是由額定當(dāng)額定直流功率確定后，額定直流電流通常是由額定直流電壓的選擇來確定。直流電壓的選擇來確定。四、額定直流電壓四、額定直流電壓 概念：概念： 額定直流電壓是在

8、額定直流電流下輸送額定直流額定直流電壓是在額定直流電流下輸送額定直流功率所要求的直流電壓的平均值。功率所要求的直流電壓的平均值。 額定直流電壓是定義在換流站的額定直流電壓是定義在換流站的額定交流電壓額定交流電壓、換流變換流變壓器額定抽頭壓器額定抽頭以及以及換流器額定觸發(fā)角換流器額定觸發(fā)角的條件下，運(yùn)行在額定的條件下，運(yùn)行在額定直流電流下的直流電壓。直流電流下的直流電壓。 通常規(guī)定通常規(guī)定送端整流站的額定直流電壓送端整流站的額定直流電壓為工程的額定直流電壓為工程的額定直流電壓 換流站額定直流電壓的換流站額定直流電壓的測量點(diǎn)測量點(diǎn)規(guī)定在換流站直流高壓母線規(guī)定在換流站直流高壓母線上的上的平波電抗器線

9、路側(cè)平波電抗器線路側(cè)和換流站的和換流站的直流低壓母線直流低壓母線之間，接地極之間，接地極引線除外。引線除外。 直流輸電工程的額定直流電壓目前沒有形成電壓等級(jí)的直流輸電工程的額定直流電壓目前沒有形成電壓等級(jí)的系列，對(duì)每一個(gè)直流工程進(jìn)行額定直流電壓的優(yōu)化選擇系列，對(duì)每一個(gè)直流工程進(jìn)行額定直流電壓的優(yōu)化選擇. . 200200、250250、266266、270270、350350、400400、450450、500500、533533、600kv.600kv.3.2 直流輸電最小輸送功率直流輸電最小輸送功率 P=UI 直流輸送功率為直流電壓和直流電流的乘積，當(dāng)最小直流輸送功率為直流電壓和直流電流的

10、乘積，當(dāng)最小直流電流確定后，則可得到最小直流輸送功率。直流電流確定后，則可得到最小直流輸送功率。 直流輸電工程的直流輸電工程的最小輸送功率最小輸送功率主要取決于工程的主要取決于工程的最小最小直流電流直流電流，而最小直流電流則是由，而最小直流電流則是由直流斷續(xù)電流直流斷續(xù)電流來決定的。來決定的。 直流電流不是平直的，而是疊加有波紋的。電流波紋的直流電流不是平直的，而是疊加有波紋的。電流波紋的幅值取決于直流電壓的波紋幅值、直流線路參數(shù)以及平波電幅值取決于直流電壓的波紋幅值、直流線路參數(shù)以及平波電抗器電感值等。抗器電感值等。ud1u2idtOtOtOua = 0ubuct1iVT1 當(dāng)直流電流的平均

11、值小于某一定值時(shí)，直流電流波形可當(dāng)直流電流的平均值小于某一定值時(shí)，直流電流波形可能能出現(xiàn)間斷出現(xiàn)間斷，即直流電流出現(xiàn)斷續(xù)現(xiàn)象。這種電流斷續(xù)的狀態(tài)，即直流電流出現(xiàn)斷續(xù)現(xiàn)象。這種電流斷續(xù)的狀態(tài)，對(duì)于直流輸電工程是不能允許的。因?yàn)殡娏鲾嗬m(xù)將會(huì)在換流變對(duì)于直流輸電工程是不能允許的。因?yàn)殡娏鲾嗬m(xù)將會(huì)在換流變壓器、平波電抗器等電感元件上產(chǎn)生很高的壓器、平波電抗器等電感元件上產(chǎn)生很高的過電壓過電壓。 直流輸電工程規(guī)定有最小直流電流限值，通常取等于或直流輸電工程規(guī)定有最小直流電流限值，通常取等于或大于大于連續(xù)電流臨界值連續(xù)電流臨界值的的兩倍兩倍。 6 6脈動(dòng)換流器和脈動(dòng)換流器和1212脈動(dòng)換流器的連續(xù)電流臨界

12、脈動(dòng)換流器的連續(xù)電流臨界值可分別用下式計(jì)算：值可分別用下式計(jì)算： 在進(jìn)行直流輸電工程設(shè)計(jì)時(shí)，先選定最小直流電流值，在進(jìn)行直流輸電工程設(shè)計(jì)時(shí)，先選定最小直流電流值，然后利用上式對(duì)所選的然后利用上式對(duì)所選的平波電感值平波電感值進(jìn)行核算。進(jìn)行核算。n最小直流電流選擇為其額定直流電流的最小直流電流選擇為其額定直流電流的5%10%5%10%。06012(0.0931sin)(0.023sin)ddddddddUILUILv 大部分直流輸電工程，在選定的平波電感值情況下，大部分直流輸電工程，在選定的平波電感值情況下，降壓運(yùn)行不需要提高最小直流電流值。由于降壓運(yùn)行時(shí)降壓運(yùn)行不需要提高最小直流電流值。由于降壓

13、運(yùn)行時(shí)直流電壓的降低，當(dāng)最小直流電流不變時(shí)，直流工程的直流電壓的降低，當(dāng)最小直流電流不變時(shí)，直流工程的最小輸送功率也將相應(yīng)減小。最小輸送功率也將相應(yīng)減小。3.3直流輸電過負(fù)荷直流輸電過負(fù)荷 在直流輸電工程設(shè)計(jì)時(shí)，出了額定功率、額定電壓。額定電流規(guī)定在直流輸電工程設(shè)計(jì)時(shí)，出了額定功率、額定電壓。額定電流規(guī)定外，還需對(duì)其過負(fù)荷能力進(jìn)行規(guī)定。外，還需對(duì)其過負(fù)荷能力進(jìn)行規(guī)定。 根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行需要，過負(fù)荷形式分為：根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行需要，過負(fù)荷形式分為：直流輸電過負(fù)荷直流輸電過負(fù)荷:通常指通常指直流電流直流電流高于其額定值高于其額定值過負(fù)荷能力過負(fù)荷能力: 指直流電流高于其額定值的大小和持續(xù)時(shí)間的長短，指直流電

14、流高于其額定值的大小和持續(xù)時(shí)間的長短，用電流來表示，但是也可以用功率來表示。用電流來表示，但是也可以用功率來表示。 一般過負(fù)荷情況下，還需要考慮設(shè)備使用壽命的降低一般過負(fù)荷情況下，還需要考慮設(shè)備使用壽命的降低以及備用冷卻設(shè)備和低于所規(guī)定的環(huán)境溫度的利用等。以及備用冷卻設(shè)備和低于所規(guī)定的環(huán)境溫度的利用等。換流設(shè)備的過負(fù)荷能力：換流設(shè)備的過負(fù)荷能力：（1 1）連續(xù)過負(fù)荷）連續(xù)過負(fù)荷概念：是指直流電流高于額定直流電流連續(xù)送電的能力可能出現(xiàn)情況： 1）雙極中一極故障長期停運(yùn) 2）電網(wǎng)的負(fù)荷或電源出現(xiàn)超計(jì)劃水平時(shí)采用數(shù)量關(guān)系：1）最高溫下投入備用冷卻設(shè)備時(shí)，約為額定直流 電流的1.051.10倍 2）環(huán)

15、境溫度降低下，約為1.2倍概念：是指直流電流再一段時(shí)間內(nèi)高于額定直流電流的 能力，通常選擇2h為短期過負(fù)荷連續(xù)運(yùn)行時(shí)間?？赡艹霈F(xiàn)情況：1）設(shè)備短時(shí)間故障 2）系統(tǒng)調(diào)度或者系統(tǒng)要求關(guān)鍵限制因素：1）晶閘管換流閥2）冷卻系統(tǒng) 平波電抗器、變壓器不是該負(fù)荷限制因素?cái)?shù)量關(guān)系：短期過負(fù)荷額定值取直流電流額定值的1.10倍。（2 2）短期過負(fù)荷）短期過負(fù)荷（3 3）暫態(tài)過負(fù)荷）暫態(tài)過負(fù)荷為滿足利用直流輸電的快速控制來提高交流系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的要求，在數(shù)秒鐘內(nèi)直流電流高于其額定值的能力。持續(xù)時(shí)間一般為310s概念：可能出現(xiàn)情況： 1）交流系統(tǒng)發(fā)生大擾動(dòng)，需要直流系統(tǒng)快速提高輸送能量 2）利用直流功率調(diào)制功能，來

16、阻尼交流系統(tǒng)的低頻振蕩關(guān)鍵限制因素：1）晶閘管（平波電抗器、變壓器不是該負(fù)荷限制因素）數(shù)量關(guān)系：1）常規(guī)設(shè)計(jì)中，晶閘管5s過負(fù)荷為1.3倍 2）天廣、三常等達(dá)到1.5倍過負(fù)荷設(shè)計(jì)時(shí)考慮因素：過負(fù)荷設(shè)計(jì)時(shí)考慮因素：（1）環(huán)境溫度（重要）環(huán)境溫度（重要）電力設(shè)備的額定值通常是設(shè)計(jì)在最高環(huán)境溫度下的，而最高溫度只在有限的時(shí)間內(nèi)發(fā)生，在低于此溫度時(shí)，就有一些可以提高輸送容量的余度。1備用冷卻裝置未投入運(yùn)行2備用；冷卻裝置投入運(yùn)行 熱時(shí)間常數(shù)小的設(shè)備，應(yīng)考查各種過負(fù)荷運(yùn)行條件下的溫度值不能超過其安全運(yùn)行的溫度值。 如：換流閥需計(jì)算在過負(fù)荷情況下產(chǎn)生的熱量以及冷卻系統(tǒng)的要求。一般 晶閘管只有幾秒到幾分鐘；

17、（2）設(shè)備的熱時(shí)間常數(shù)）設(shè)備的熱時(shí)間常數(shù)（3）諧波）諧波 熱時(shí)間常數(shù)大的設(shè)備，依情況而定。 如油冷換流變壓器、平波電抗器等可不考慮暫態(tài)過負(fù)荷,其熱時(shí)間常數(shù)約為15min諧波電流增大，使濾波器的諧波負(fù)荷和損耗增加諧波的干擾水平增加（4）無功功率）無功功率3.4 直流輸電降壓運(yùn)行直流輸電降壓運(yùn)行直流輸電工程降低直流電壓運(yùn)行的兩種情況：直流輸電工程降低直流電壓運(yùn)行的兩種情況： 1）由于絕緣問題需要降低直流電壓； 2）由于無功功率控制需要降低直流電壓。 通常降壓方式的額定電壓取為額定直流電壓的70%80%，此時(shí)的觸發(fā)角a約為4050。 如500kV的雙極直流輸電工程，降壓方式的額定直流電壓可取350k

18、V 400kV。在降壓運(yùn)行時(shí)，直流電流值的選擇：在降壓運(yùn)行時(shí)，直流電流值的選擇： 2. 在不增加換流站造價(jià)的前提下，降壓方式應(yīng)盡量爭取較大的直流電流來保持較大的直流輸送功率。如如：1）當(dāng)利用備用冷卻設(shè)備時(shí)，直流電壓降低到其額定值的75%，直流輸電工程通?？梢栽谄漕~定電流下連續(xù)運(yùn)行。此時(shí)的諧波干擾水平會(huì)有所增加，但一般時(shí)可以接受的。2）通常直流電壓降低到80%，可以不降低額定直流電流，而降低到70%時(shí)，則大部分工程需要降低額定直流電流。1. 為保證諧波干擾水平，換流站的無功平衡以及換流站的損耗在所允許的范圍內(nèi)，經(jīng)常同時(shí)也要求降低額定直流電流值。 如：如：電壓降70，電流也降70。直流輸電工程所采

19、用的降壓方法主要有以下幾種：直流輸電工程所采用的降壓方法主要有以下幾種： 加大整流器的觸發(fā)角a或逆變器的（或關(guān)斷角）;優(yōu)點(diǎn)是快速、方便、容易實(shí)現(xiàn)，是工程普遍采用的一種方法通常a角的額定值為15左右，降壓方式下a角最好能在40以下。常與換流變壓器的抽頭調(diào)節(jié)配合使用。1） 利用換流變壓器的抽頭調(diào)節(jié)來降低換流器的交流側(cè)電壓，從而達(dá)到降低直流電壓的目的。抽頭調(diào)節(jié)的范圍有一定的限制，通常在20%左右。操作需要一定的時(shí)間（約幾秒鐘），比改變a角要慢。2）3） 當(dāng)直流輸電工程每極有兩組基本換流單元串聯(lián)連接時(shí)，可以利用閉鎖一組換流單元的方法，使直流電壓降低50%4） 當(dāng)直流輸電工程由孤立的電廠供電或者整流站采

20、用發(fā)電機(jī)變壓器換流器的單元接線方式時(shí)，可以考慮利用發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)來降低換流器交流側(cè)的電壓，從而達(dá)到降低直流電壓的目的3.5 直流輸電功率反送直流輸電功率反送概念：概念： 直流輸電的潮流方向和輸送功率的大小則是人為的由其控制系統(tǒng)來進(jìn)行控制。直流輸電輸送功率的大小和方向均是可控的。直流輸電的功率反送也稱潮流反轉(zhuǎn)。潮流反轉(zhuǎn)需要改變兩端換流站的運(yùn)行工況，將運(yùn)行于整流狀態(tài)的整流站變?yōu)槟孀冞\(yùn)行，而運(yùn)行于逆變狀態(tài)的逆變站變?yōu)檎鬟\(yùn)行。v 由于換流閥的單向?qū)щ娦?，直流回路中的電流方向時(shí)不能改變的。因此直流輸電的潮流反轉(zhuǎn)不是改變電流方向，而是改變電壓極性來實(shí)現(xiàn)。例如，對(duì)于雙極直流輸電工程，假定正向送電時(shí)極

21、1為正極性，極2為負(fù)極性；而在反向送電時(shí)，則極1為負(fù)極性，極2為正極性。按工程對(duì)潮流反轉(zhuǎn)的要求不同，可分以下幾種類型：（1）不需要功率反送的直流輸電工程；（2）要求正、反兩方向具有同樣輸送能力的直流輸電工程。（3）要求工程具有正反兩方向送電的功能，正向輸送額定 直流功率，對(duì)反向輸送能力無明確要求，即反向輸送 能力可以降低。直流輸電工程分類：直流輸電工程分類：（1）正常潮流反轉(zhuǎn)。 在正常運(yùn)行時(shí)，當(dāng)兩端交流系統(tǒng)的電源或負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)，要求直流輸電進(jìn)行潮流反轉(zhuǎn)。（2）緊急潮流反轉(zhuǎn)。 當(dāng)交流系統(tǒng)發(fā)生故障，需要直流輸電工程進(jìn)行緊急功率支援時(shí)，則要求緊急潮流反轉(zhuǎn)。 直流輸電工程的直流輸電工程的潮流反轉(zhuǎn)潮流

22、反轉(zhuǎn)有以下兩種類型：有以下兩種類型： 最方便快速的潮流反轉(zhuǎn)方式是自動(dòng)調(diào)換兩端換流站電流調(diào)節(jié)器的整定值。通常整流站電流調(diào)節(jié)器的整定值決定直流輸電工程的直流電流值，而逆變站電流調(diào)節(jié)器的整定值比整流站的小一個(gè)電流裕度值（電流裕度約為額定直流電流的10%）。潮流反轉(zhuǎn)的過程：潮流反轉(zhuǎn)的過程： +drU_dI+diU_3crxrLd+0cosd rU_+0d rU_3cixiLd+0d iU_dR+0cosd iU_1）整流站因整定值變小，感到實(shí)際運(yùn)行的電流大，從而自動(dòng)加大觸發(fā)角a，企圖降低直流電流；而逆變站因整定值變大，感到實(shí)際運(yùn)行的電流小，從而自動(dòng)減小觸發(fā)角a，企圖加大直流電流。此過程中，直流電壓通過

23、線路電容放電而降低。+drU_dI+diU_3crxrLd+0cosd rU_+0d rU_3cixiLd+0d iU_dR+0cosd iU_2）當(dāng)整流站a加大到大于90，整流器則變?yōu)槟孀兤鬟\(yùn)行，而逆變站a減小到小于90，逆變站則變成整流站運(yùn)行，同時(shí)會(huì)改變電壓極性，此時(shí)由功率方向控制回路將兩換流站的功率方向標(biāo)志反轉(zhuǎn)，使兩站控制保護(hù)系統(tǒng)中的調(diào)節(jié)器和保護(hù)功能配置切換。+drU_dI+diU_3crxrLd+0cosd rU_+0d rU_3cixiLd+0d iU_dR+0cosd iU_3）現(xiàn)在的整流站因?yàn)楦杏X到實(shí)際運(yùn)行的電流小，仍繼續(xù)減少a角，使直流電流整定值為止，現(xiàn)在的逆變器已轉(zhuǎn)為逆變運(yùn)行

24、，其電流器退出運(yùn)行，轉(zhuǎn)為定關(guān)斷角控制。直到角（或直流電壓）等于其整定值為止。2dMUTCI 在反轉(zhuǎn)過程中的放電電流和充電電流均為兩端換流站電流調(diào)節(jié)器的電流裕度值IM，直流線路的等值電容為C，并忽略控制系統(tǒng)的相應(yīng)時(shí)間，則用下式近似估算潮流反轉(zhuǎn)時(shí)間T：3.6 直流輸電穩(wěn)態(tài)運(yùn)行特性直流輸電穩(wěn)態(tài)運(yùn)行特性 直流輸電工程的直流輸電工程的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行特性穩(wěn)態(tài)運(yùn)行特性主要包括在運(yùn)行中換流器主要包括在運(yùn)行中換流器的的外特性外特性、功率特性功率特性和和諧波特性諧波特性，本節(jié)主要講換流器外特性，本節(jié)主要講換流器外特性和功率特性。和功率特性。一、換流器運(yùn)行外特性一、換流器運(yùn)行外特性 換流器外特性也稱伏安特性，它是指換流器

25、的直流電壓換流器外特性也稱伏安特性，它是指換流器的直流電壓和直流電流的關(guān)系，即隨著直流電流的變化換流器直流電壓和直流電流的關(guān)系，即隨著直流電流的變化換流器直流電壓的變化規(guī)律，可用方程式或曲線來表示。的變化規(guī)律，可用方程式或曲線來表示。 在實(shí)際工程中，直流輸電兩端換流站均裝設(shè)有功能完善在實(shí)際工程中，直流輸電兩端換流站均裝設(shè)有功能完善的控制保護(hù)裝置。在控制保護(hù)系統(tǒng)的作用下，整流器和逆變的控制保護(hù)裝置。在控制保護(hù)系統(tǒng)的作用下，整流器和逆變器的外特性將有很大變化。（圖器的外特性將有很大變化。（圖3-33-3、3-43-4）換流器工作在不同方式下組合的外特性圖換流器工作在不同方式下組合的外特性圖1.1.

26、定觸發(fā)角控制定觸發(fā)角控制2.2.定直流電流控制定直流電流控制3.3.定直流功率控制定直流功率控制4.4.定定角控制角控制5.5.定直流電壓控制定直流電壓控制6.6.無功功率控制無功功率控制 還可以有一些附加功能：低壓限流功能、交流系統(tǒng)還可以有一些附加功能：低壓限流功能、交流系統(tǒng)調(diào)頻、對(duì)交流系統(tǒng)進(jìn)行緊急功率支援、阻尼低頻振蕩或次調(diào)頻、對(duì)交流系統(tǒng)進(jìn)行緊急功率支援、阻尼低頻振蕩或次同步振蕩的功能等。同步振蕩的功能等。運(yùn)行中換流器主要控制方式：運(yùn)行中換流器主要控制方式：1.1.定觸發(fā)角控制定觸發(fā)角控制 控制特性方程控制特性方程：0cosdrd rxrdUUd I 特點(diǎn)特點(diǎn)：關(guān)于關(guān)于a a的下傾的直線簇

27、。的下傾的直線簇。a a增加，向下平移。增加，向下平移。00201000min53通常通常：o12301cosd rUdrUdI02cosdrU03cosd rUtanxrd控制特性曲控制特性曲線線2.2.定（直流）電流控制定（直流）電流控制 控制特性方程控制特性方程：ddrefIIdI 選選 為控制對(duì)象的原因：為控制對(duì)象的原因：dUdIO控制特性曲線控制特性曲線deI有效限制故障時(shí)有效限制故障時(shí) 的上升的上升。dI 的變化主要由的變化主要由 決定決定；dPdIHVDC系統(tǒng)定電流控制電路原理圖定電流控制電路原理圖電流調(diào)節(jié)器相位調(diào)節(jié)器非線性補(bǔ)償器測量 Id0IdIdeIdIdId+Vd_LdId

28、3.3.定直流功率控制定直流功率控制 在運(yùn)行中由功率調(diào)節(jié)器的整定值，自動(dòng)調(diào)節(jié)觸發(fā)角，在運(yùn)行中由功率調(diào)節(jié)器的整定值，自動(dòng)調(diào)節(jié)觸發(fā)角，來改變直流電流，從而保持直流功率等一其功率整定值，來改變直流電流，從而保持直流功率等一其功率整定值，直流功率控制通常裝在整流側(cè)。直流功率控制通常裝在整流側(cè)。 控制特性方程控制特性方程：通常通常：0cosdid ixidUUd I 特點(diǎn)：特點(diǎn)：關(guān)于關(guān)于的下傾的直線簇。的下傾的直線簇。 增加，向下平移。增加，向下平移。001815o12301cosd iUdiUdI02cosd iU03cosd iUtanxid控制特性曲控制特性曲線線4.4.定定角控制角控制5.5.定

29、（直流）電壓控制定（直流）電壓控制 控制特性方程控制特性方程：ddrefUUdU 選選 為控制對(duì)象的原因：為控制對(duì)象的原因：dUdIO控制特性曲線deU1)減少逆變站發(fā)生減少逆變站發(fā)生“電壓不電壓不穩(wěn)定穩(wěn)定”的幾率的幾率； 2) 2) 配合整流站的定電流控制，配合整流站的定電流控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)直流功率的控制；實(shí)現(xiàn)對(duì)直流功率的控制； HVDC系統(tǒng) 協(xié)調(diào)控制方式-1 三交點(diǎn)不穩(wěn)定6.6.無功功率控制無功功率控制 由無功功率（或交流電壓）調(diào)節(jié)器，通過自動(dòng)改變直流由無功功率（或交流電壓）調(diào)節(jié)器，通過自動(dòng)改變直流電壓調(diào)節(jié)器（或定電壓調(diào)節(jié)器（或定調(diào)節(jié)器）的整定值，來調(diào)節(jié)換流器的觸調(diào)節(jié)器）的整定值，來調(diào)節(jié)換流器

30、的觸發(fā)角，從而改變換流站與交流站之間交換的無功功率（或者發(fā)角，從而改變換流站與交流站之間交換的無功功率（或者換流站交流母線電壓）在一定范圍內(nèi)變化。換流站交流母線電壓）在一定范圍內(nèi)變化。實(shí)際直流運(yùn)行控制方式： 在實(shí)際穩(wěn)定運(yùn)行中，兩換流站之間有不同的控制方式組合，從而得到不同的外特性組合：組合組合1 1：整流器：整流器a a逆變器逆變器優(yōu)缺點(diǎn)： 斜率小，電壓小變化引起電流大變化。1整流器整流器2逆變器逆變器組合組合2 2：整流器：整流器a a逆變器逆變器1整流器整流器2逆變器逆變器優(yōu)缺點(diǎn)： 電流稍大，引起逆變器的直流電壓比換流器電壓下降多，使電流Id下降更多，從而引起惡性循環(huán)。整流器無自動(dòng)控制方式

31、組合組合3 3：整流器定：整流器定IdId直流電流逆變器直流電流逆變器在這種控制方式下，整流器有定電流控制，保持直流電流恒定。1 1整流器整流器2 2逆變器逆變器11整流器最小整流器最小a a控制控制優(yōu)缺點(diǎn)： 1. 利用定電流控制來防止直流電流大幅度變化。 2. 逆變器定控制可以保持直流電壓最高，從而得到好的運(yùn)行條件 3. 經(jīng)常采用的一種方式組合組合組合4 4：整流器定：整流器定a a逆變器定電流逆變器定電流IdId1 1整流器整流器a a最小最小2 2逆變器定直流電流逆變器定直流電流11整流器定直流電流整流器定直流電流22逆變器定逆變器定 在這種控制方式下，整流器無自動(dòng)控制功能。，逆變器通過

32、直流電流調(diào)節(jié)器自動(dòng)調(diào)整逆變角來保持直流電流恒定。組合組合5 5：整流器定直流直流逆變器定直流電壓：整流器定直流直流逆變器定直流電壓1 1 整流器整流器a a最小最小2 2逆變器定直流電壓逆變器定直流電壓1 1整流器定直流電流整流器定直流電流22逆變器定逆變器定 在這種控制方式下，整流器 由定電流調(diào)節(jié)器來控制直流電流，而逆變器由定電壓控制器來控制直流電壓。組合組合6 6：整流器定直流功率逆變器定：整流器定直流功率逆變器定1 1 整流器定電壓整流器定電壓2 2逆變器定逆變器定1 1整流器定直流功率整流器定直流功率22逆變器定電流逆變器定電流 在這種控制方式下，整流器定功率調(diào)節(jié)，通過電流調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)電

33、流從而調(diào)節(jié)a，雙曲線。1.整流器電壓控制2.最小a角控制3.定直流控制4.低電壓限流5.低電壓限流后定電流6.逆變器定控制7.電流差值控制8.定電流控制9.低電壓限電流10.低電壓限電流后定電流11.最大限制，607012.整流器額定直流功率13.額定1/2直流功率葛洲壩葛洲壩- -南橋直流輸電工程外特性圖南橋直流輸電工程外特性圖 整流器定直流電流整流器定直流電流控制逆變器定逆變器定角角控制。利用整流器的定電流控制來防止電流的大幅度變化，同時(shí)利用逆變器的定角控制在逆變器安全運(yùn)行的條件下保持直流電壓最高，從而得到最好的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性能。是直流輸電工程經(jīng)常采用的方式組合。 實(shí)際運(yùn)行中，兩端換流站之間可

34、有不同的控制方式組合，從而得到不同的外特性組合方式。ddrddddrddIIxUPIIxUP)3cos()3cos(202210112,2coscos2,2coscos2222022211110111UIxUUUIxUUdrdddrdd1)(tan1)(tan2202222221011111ddddCddddCUUPPQUUPPQ1、換流器有功功率2、換流器功率因數(shù)3、換流器無功功率二、換流器功率特性 換流器的功率特性通常是指換流器在運(yùn)行中消耗的無功功率與其有功功率之間的關(guān)系。從圖中得知：從圖中得知：1. 1. 逆變器如同整流器，功率隨電流波形；逆變器如同整流器，功率隨電流波形；2. 12.

35、1aminamin；2 2a aN N3. 3. 功率隨電流增加而增加，增到值功率隨電流增加而增加，增到值I IdPMdPM，功率將減?。还β蕦p?。?.7 直流輸電工程運(yùn)行方式直流輸電工程運(yùn)行方式 直流輸電工程運(yùn)行方式概念概念：是指運(yùn)行中可供運(yùn)行 人員進(jìn)行選擇的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的狀態(tài)，運(yùn)行方式與工程的直接側(cè)接線方式、直流功率輸送方向、直流電壓方式以及直流輸電系統(tǒng)那個(gè)的控制方式有關(guān)。 特點(diǎn)及意義特點(diǎn)及意義：運(yùn)行方式靈活，使運(yùn)行人員能更好的依據(jù)實(shí)際情況，合理選擇運(yùn)行方式，發(fā)揮系統(tǒng)更大的作用；也可有效地提高工程運(yùn)行的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。一、運(yùn)行接線方式一、運(yùn)行接線方式1、單極直流輸電工程 單極大地回線方式 單

36、極金屬回線方式2、雙極直流輸電工程 雙極兩端中性點(diǎn)接地 雙極一端中性點(diǎn)接地 雙極金屬中線二、全壓運(yùn)行與降壓運(yùn)行方式二、全壓運(yùn)行與降壓運(yùn)行方式3.在降壓方式下，換流器的觸發(fā)角加大，這將使換流站的主要設(shè)備的運(yùn)行條件變壞。選擇原則： 能全壓運(yùn)行時(shí)則不選擇降壓方式運(yùn)行。降壓運(yùn)行方式的缺點(diǎn)缺點(diǎn)：1. 在輸送同樣功率的條件下，直流電壓的降低則使直流電流按比例相應(yīng)地增加，這將使輸電系統(tǒng)的損耗和運(yùn)行費(fèi)用升高。2. 在降壓方式下，直流輸電系統(tǒng)的最大輸送功率將降低。三、功率正送與功率反送方式三、功率正送與功率反送方式 在設(shè)計(jì)時(shí)確定某一方向?yàn)檎蛩碗?，另一方向則為反向送電。正在運(yùn)行的直流輸電工程進(jìn)行功率輸送方向的改

37、變稱為潮流反轉(zhuǎn)。 正常潮流反轉(zhuǎn)可以手動(dòng)，也可自動(dòng)進(jìn)行。由調(diào)度或通過合同作出規(guī)定。緊急潮流反轉(zhuǎn)由控制系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行。 運(yùn)行人員只需對(duì)反轉(zhuǎn)過程進(jìn)行監(jiān)視，觀察潮流反轉(zhuǎn)后系統(tǒng)的運(yùn)行情況并進(jìn)行必要的操作和處理。四、雙極對(duì)稱與不對(duì)稱運(yùn)行方式四、雙極對(duì)稱與不對(duì)稱運(yùn)行方式 雙極對(duì)稱運(yùn)行方式指運(yùn)行中兩個(gè)極的直流電壓和直流電流均相等的運(yùn)行方式。 1.雙極全壓對(duì)稱運(yùn)行方式 2.雙極降壓對(duì)稱運(yùn)行方式 雙極不對(duì)稱運(yùn)行方式 1.雙極電壓不對(duì)稱方式 2.雙極電流不對(duì)稱方式 3.雙極電壓和電流均不對(duì)稱方式五、直流輸電工程控制方式五、直流輸電工程控制方式控制有功功率 定功率控制方式 定電流控制方式控制無功功率 無功功率控制方式

38、交流電壓控制方式3.8直流輸電系統(tǒng)損耗直流輸電系統(tǒng)損耗 直流輸電工程的損耗包括兩端換流站損耗、直流輸電線路損耗和接地極系統(tǒng)損耗三部分。直流輸電線路損耗： 取決于輸電線路的長度以及線路導(dǎo)線截面積的選擇，對(duì)遠(yuǎn)距離輸電線路通常約占額定輸送容量的5%7%，是直流輸電系統(tǒng)損耗的主要部分。一、換流站損耗一、換流站損耗晶閘管換流閥換流變壓器平波電抗器并聯(lián)電容器并聯(lián)電抗器交流濾波器直流濾波器站用電損耗其它分為分為熱備用損耗熱備用損耗和和負(fù)荷損耗負(fù)荷損耗。損耗計(jì)算復(fù)雜。損耗計(jì)算復(fù)雜。主要損耗設(shè)備：主要損耗設(shè)備： 為為換流變壓器和晶閘管換流閥換流變壓器和晶閘管換流閥。占總損耗的。占總損耗的71%88%。換流站主要設(shè)備損耗：換流站主要設(shè)備損