畢業(yè)論文-直流輸電綜述

1、哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文- PAGE II - PAGE IV -直流輸電綜述摘要直流輸電技術(shù)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)比交流輸電技術(shù)更為經(jīng)濟(jì)的電能大容量遠(yuǎn)距離的傳送，而且能用于兩區(qū)域電網(wǎng)非同步互連與不同頻率電網(wǎng)互連，也可通過控制實(shí)現(xiàn)功率的緊急援助、抑制低頻振蕩、提高交流系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性等。目前，隨著我國(guó)“西電東送、南北互供、全國(guó)聯(lián)網(wǎng)”戰(zhàn)略方針的實(shí)施，發(fā)展直流輸電技術(shù)，加快建設(shè)超、特高壓直流輸電系統(tǒng)已成為必然趨勢(shì)。本文首先概述了直流輸電技術(shù)的發(fā)展歷程和在我國(guó)的發(fā)展?fàn)顩r，并列舉一系列我國(guó)已經(jīng)投運(yùn)的直流輸電工程，然后介紹了直流輸電的運(yùn)行方式、主要設(shè)備及其功能、6脈動(dòng)和12脈動(dòng)換流

2、裝置的工作原理和直流輸電系統(tǒng)的運(yùn)行方式等，并且簡(jiǎn)要介紹了強(qiáng)迫換流換相技術(shù)、光觸發(fā)晶閘管技術(shù)與輕型直流輸電技術(shù)三種直流輸電領(lǐng)域的新技術(shù)。最后，針對(duì)我國(guó)資源分布與電力負(fù)荷分布不均衡的國(guó)情，提出在電力網(wǎng)中建設(shè)特高壓直流輸電系統(tǒng)是促使我國(guó)實(shí)現(xiàn)能源優(yōu)化配置，進(jìn)一步降低輸電損耗，提高輸電效率與提高電網(wǎng)穩(wěn)定性的重要手段。關(guān)鍵詞：直流輸電；輸電損耗；運(yùn)行方式；穩(wěn)定性The introduction of DC transmission AbstractDC transmission technology can not only realize the exchange and transmission te

3、chnology more than economic power capacity of the distant transmitted, and can be used to two regional network of asynchronous interconnection and different frequency power network interconnection, also can control the power of the emergency aid, realize low frequency oscillation improvement of comm

4、unication, suppression of system dynamic stability, etc. Now, along with our countrys power transmission from west to east, north and south to send each other for and nationwide network strategic policy implementation, development DC transmission technology, speed up the construction of the super, s

5、pecial HVDC transmission system has become an inevitable trend. This paper first Outlines HVDC technology development history and in the development of our country status, and lists a series of our country has been put into operation of HVDC project, and then introduced the DC transmission operation

6、 mode, the main equipment and its function and six pulsing and 12 pulse converter devices working principle and HVDC system operation mode, and briefly introduces the force for change in technology, light flow touch Thyristor canal technology and light DC transmission technology three dc transmissio

7、n areas of new technology. Finally, in view of Chinas resources distribution and power load uneven distribution with the situation of our country, puts forward the construction of ultra-high voltage grid is to make our country HVDC system realize the energy optimization allocation, further reduce th

8、e transmission loss, improve the transmission efficiency and improve the safe and transmission loss operation of the grid.Keywords: DC transmission; transmission loss; working principle;stable目錄摘要 = 1 * ROMAN IAbstract = 2 * ROMAN II TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc328559899 第1章 緒論 PAGEREF _Toc32855

9、9899 h 1 HYPERLINK l _Toc328559900 1.1 課題背景 PAGEREF _Toc328559900 h 1 HYPERLINK l _Toc328559901 1.2 國(guó)內(nèi)外直流輸電技術(shù)的發(fā)展 PAGEREF _Toc328559901 h 2 HYPERLINK l _Toc328559902 1.3 直流輸電技術(shù)簡(jiǎn)介 PAGEREF _Toc328559902 h 3 HYPERLINK l _Toc328559903 1.3.1直流輸電的領(lǐng)域適用 PAGEREF _Toc328559903 h 3 HYPERLINK l _Toc328559904 1.3

10、.2直流輸電的分類 PAGEREF _Toc328559904 h 4 HYPERLINK l _Toc328559905 1.3.3直流輸電系統(tǒng)的構(gòu)成 PAGEREF _Toc328559905 h 6 HYPERLINK l _Toc328559906 1.4 論文的目的與研究意義 PAGEREF _Toc328559906 h 9 HYPERLINK l _Toc328559907 第2章 直流系統(tǒng)的主要設(shè)備 PAGEREF _Toc328559907 h 10 HYPERLINK l _Toc328559908 2.1 直流輸電系統(tǒng)的主要設(shè)備 PAGEREF _Toc328559908

11、 h 10 HYPERLINK l _Toc328559909 2.1.1 換流變壓器 PAGEREF _Toc328559909 h 10 HYPERLINK l _Toc328559910 2.1.2 換流裝置 PAGEREF _Toc328559910 h 11 HYPERLINK l _Toc328559911 2.1.3 無功補(bǔ)償裝置 PAGEREF _Toc328559911 h 12 HYPERLINK l _Toc328559912 2.1.4 濾波裝置 PAGEREF _Toc328559912 h 14 HYPERLINK l _Toc328559913 2.1.5 其它設(shè)

12、備 PAGEREF _Toc328559913 h 18 HYPERLINK l _Toc328559914 2.2 本章小結(jié) PAGEREF _Toc328559914 h 19 HYPERLINK l _Toc328559915 第3章 直流輸電換流原理 PAGEREF _Toc328559915 h 20 HYPERLINK l _Toc328559916 3.1 6脈動(dòng)整流器工作原理 PAGEREF _Toc328559916 h 20 HYPERLINK l _Toc328559917 3.2 6脈動(dòng)逆變器工作原理： PAGEREF _Toc328559917 h 23 HYPERL

13、INK l _Toc328559918 3.3 12脈動(dòng)換流器工作原理 PAGEREF _Toc328559918 h 24 HYPERLINK l _Toc328559919 3.4 直流輸電穩(wěn)態(tài)工況計(jì)算常用公式 PAGEREF _Toc328559919 h 25 HYPERLINK l _Toc328559920 3.5 本章小結(jié) PAGEREF _Toc328559920 h 27 HYPERLINK l _Toc328559921 第4章 直流輸電穩(wěn)態(tài)特性 PAGEREF _Toc328559921 h 28 HYPERLINK l _Toc328559922 4.1 直流輸電工程額

14、定值 PAGEREF _Toc328559922 h 28 HYPERLINK l _Toc328559923 4.2 直流輸電工程的運(yùn)行方式 PAGEREF _Toc328559923 h 29 HYPERLINK l _Toc328559924 4.2.1 全壓運(yùn)行與降壓運(yùn)行方式 PAGEREF _Toc328559924 h 29 HYPERLINK l _Toc328559925 4.2.2 功率正送與功率反送 PAGEREF _Toc328559925 h 29 HYPERLINK l _Toc328559926 4.2.3 雙極對(duì)稱與不對(duì)稱運(yùn)行方式 PAGEREF _Toc3285

15、59926 h 30 HYPERLINK l _Toc328559927 4.3 直流輸電工程控制方式 PAGEREF _Toc328559927 h 30 HYPERLINK l _Toc328559928 4.4 本章小結(jié) PAGEREF _Toc328559928 h 31 HYPERLINK l _Toc328559929 第5章 直流輸電的新技術(shù)及新發(fā)展 PAGEREF _Toc328559929 h 32 HYPERLINK l _Toc328559930 5.1 強(qiáng)迫換相換流器 PAGEREF _Toc328559930 h 32 HYPERLINK l _Toc32855993

16、1 5.2 光觸發(fā)晶閘管 PAGEREF _Toc328559931 h 32 HYPERLINK l _Toc328559932 5.3 輕型直流輸電 PAGEREF _Toc328559932 h 33 HYPERLINK l _Toc328559933 5.4 本章小結(jié) PAGEREF _Toc328559933 h 33 HYPERLINK l _Toc328559934 結(jié)束語 PAGEREF _Toc328559934 h 34 HYPERLINK l _Toc328559935 致謝 PAGEREF _Toc328559935 h 35 HYPERLINK l _Toc32855

17、9936 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc328559936 h 36 HYPERLINK l _Toc328559937 附錄 PAGEREF _Toc328559937 h 39PAGE II- - PAGE V - PAGE 10 - PAGE 52 -緒論課題背景直流輸電技術(shù)是電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)輸電領(lǐng)域中應(yīng)用最早同時(shí)也是較成熟的技術(shù)。應(yīng)用在電力系統(tǒng)上的直流輸電由將交流變換為直流電的整流器、高壓直流輸電線路以及將直流電變換為交流電的逆變器三部分構(gòu)成。目前，高壓直流輸電在電力系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用，直流輸電由于自身的結(jié)構(gòu)和性能，具有一系列特點(diǎn)：1. 經(jīng)濟(jì)性與高壓交流輸電相比，高壓直流輸電

18、的合理性和適用性在遠(yuǎn)距離，大容量輸電中具有明顯優(yōu)勢(shì)。直流輸電線路的造價(jià)和運(yùn)行費(fèi)用比交流輸電低，而換流站的造價(jià)和運(yùn)行費(fèi)用均比交流變電站的高。因此，對(duì)同樣輸電容量，輸送距離越遠(yuǎn)，直流比交流的經(jīng)濟(jì)性越好。通常規(guī)定，當(dāng)直流輸電線路和換流站的造價(jià)與交流電線路和直流換流站的造價(jià)相等時(shí)的輸電距離為等價(jià)距離，也就是說，當(dāng)以遠(yuǎn)距離輸送電能為目的時(shí)，對(duì)于一定的輸送功率，當(dāng)輸電距離大于等價(jià)距離時(shí)，采用直流輸電更為經(jīng)濟(jì)。架空線路目前等價(jià)距離為600-700km,電纜線路的等價(jià)距離為20-40km設(shè)費(fèi)用。設(shè)費(fèi)用2. 互連性交流輸電能力受到同步發(fā)電機(jī)間功角穩(wěn)定問題的限制，且隨著輸電距離的增大，同步機(jī)間的聯(lián)系電抗增大，穩(wěn)定

19、問題更為突出，交流輸電能力受到更大限制。相比之下，直流輸電不存在功角穩(wěn)定問題，可在設(shè)備容量及受端交流系統(tǒng)容量允許的范圍內(nèi)，大容量輸送電力。另一方面，交流系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)的擴(kuò)展，會(huì)造成短路容量的增大，選擇合適的斷路器十分困難。而采用直流對(duì)交流系統(tǒng)進(jìn)行互連時(shí)，不會(huì)造成短路容量的增加，也有利于防止交流系統(tǒng)故障的擴(kuò)大。因此對(duì)于已存在的龐大交流系統(tǒng)，通過分割成相對(duì)獨(dú)立的子系統(tǒng)，采用直流互連，可有效減少短路容量，提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。直流輸電所連兩側(cè)電網(wǎng)無須同步運(yùn)行，因此直流輸電可實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的非同步互連，進(jìn)而直流輸電可實(shí)現(xiàn)不同頻率交流電網(wǎng)的互連，起到頻率變換器的作用。3. 控制性直流輸電具有潮流快速可控的特點(diǎn)，可用

20、于所連接交流系統(tǒng)的穩(wěn)定與頻率控制。直流輸電的換流器是基于電力電子器件構(gòu)成的電能控制電路，因此對(duì)電力潮流的控制迅速而精確。此外，對(duì)雙端直流輸電而言，可迅速實(shí)現(xiàn)潮流的反轉(zhuǎn)，對(duì)所連交流系統(tǒng)的穩(wěn)定控制和故障狀態(tài)下的頻率變動(dòng)控制有重要作用。（潮流反轉(zhuǎn)有正常運(yùn)行中所需要的慢速反轉(zhuǎn)和交流系統(tǒng)發(fā)生故障需要緊急功率支援時(shí)的快速潮流反轉(zhuǎn)。潮流反轉(zhuǎn)的速度主要取決于兩端交流系統(tǒng)對(duì)直流功率變換速度的要求和直流輸電系統(tǒng)主回路的限制。）4. 缺點(diǎn)直流輸電也存在一系列缺點(diǎn)。直流輸電換流站設(shè)備多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)高，運(yùn)行費(fèi)用高，可靠性也較差。換流器在工作過程中會(huì)產(chǎn)生大量的諧波，處理不當(dāng)而流入交流系統(tǒng)的諧波就會(huì)對(duì)交流電網(wǎng)的運(yùn)行造成

21、一系列問題。其次，直流輸電在傳送有功功率的同時(shí)，會(huì)吸收大量無功功率，可達(dá)用功的50%-60%。需要大量無功補(bǔ)償裝置及相應(yīng)的控制策略。另外，直流輸電的接地極問題，直流斷路器問題等還存在一些沒有解決的技術(shù)性問題。隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)，中國(guó)用電需求不斷增加，中國(guó)的自然條件以及能源和負(fù)荷中心的分布特點(diǎn)使得遠(yuǎn)距離大容量的電力傳輸成為必然，高壓直流輸電技術(shù)迎合這一要求，而且符合“西電東送，南北互供”的要求，符合資源優(yōu)化配置的需要。此外，為了提高整個(gè)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定水平，需要將幾個(gè)大電網(wǎng)進(jìn)行互聯(lián)，而直流輸電能實(shí)現(xiàn)這種互聯(lián)。我國(guó)從20世紀(jì)50年代就開始從事高壓直流輸電技術(shù)的研究。在不久的將來，直流輸電將成為我

22、國(guó)電網(wǎng)的重要組成部分1。國(guó)內(nèi)外直流輸電技術(shù)的發(fā)展在發(fā)電和用電的絕大部分均為交流電的情況下，要采用直流輸電，必須要解決換流問題。因此，直流輸電的發(fā)展與換流技術(shù)的發(fā)展有密切關(guān)系。20世紀(jì)70年代以后，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，高電壓大功率晶閘管換流閥和微機(jī)控制技術(shù)在直流輸電工程中的應(yīng)用有效地改善了直流輸電的運(yùn)行性能和可靠性。晶閘管換流閥不存在逆弧問題，而且制造，試驗(yàn)，運(yùn)行維護(hù)和檢修都比汞弧閥簡(jiǎn)單，微機(jī)控制與保護(hù)，光電傳輸技術(shù)，氧化鋅避雷器等新技術(shù)的產(chǎn)生，都促使了直流輸電的發(fā)展。1970年瑞士首先在果特蘭島直流工程上擴(kuò)建了直流電壓為50Kv,功率為10MW，采用晶閘管換流閥的試驗(yàn)工程。20世紀(jì)90年代

23、以后，新型氧化物半導(dǎo)體器件絕緣柵雙極晶體管(IGBT)在工業(yè)上得到應(yīng)用。1997年3月世界上第一個(gè)采用絕緣柵雙極晶體管的換流器在直流輸電工業(yè)上投入運(yùn)行。近期，集成門極換相晶閘管（IGCT）和大功率碳化硅元件具有通流能力大，損耗低，體積小，可靠性高等特點(diǎn)，在直流輸電領(lǐng)域有很好的發(fā)展前景。80年代以來，我國(guó)高壓直流輸電技術(shù)的研究和發(fā)展取得了巨大成果。到2011年我國(guó)已有16條直流輸電工程投入運(yùn)行，見表11。我國(guó)計(jì)劃在2020年前投運(yùn)的直流輸電工程將超過30個(gè)，直流輸電將成為我國(guó)電網(wǎng)的重要組成部分2。表11 中國(guó)已投運(yùn)的部分直流輸電工程1靈寶工程360120020052三滬工程30005001040

24、20063貴廣回工程3000500122520084靈寶擴(kuò)建工程750166.7020095德陽(yáng)-寶雞工程300050055020106向家壩-上海工程6400800196120107云廣工程5000800145020108呼倫貝爾-沈陽(yáng)工程300050090820119寧東-山東工程39606601335201110三峽-上海工程3000500976201111高嶺背靠背擴(kuò)建工程150012502011直流輸電技術(shù)簡(jiǎn)介1.3.1直流輸電的領(lǐng)域適用上述直流輸電自身的一系列特點(diǎn)，使得直流輸電有其適用的領(lǐng)域，主要如下：1海底電纜輸電 從世界范圍看，直流輸電工程約1/3為海底電纜送電。電纜方式的直流

25、輸電等價(jià)距離已下到20-40km.直流電纜方式已廣泛用于負(fù)荷供電及電力外輸和交流系統(tǒng)的互連。2.長(zhǎng)距離架空線輸電 有研究表明，對(duì)于輸送10GW、300km的電力，直流架空線路輸送已開始占優(yōu)勢(shì)，依據(jù)這一分析，適用直流架空線路的輸電容量將占到全球總輸電量的26%以上，可分為以下兩種應(yīng)用情況：電源輸電和交流系統(tǒng)連網(wǎng)，目前，直流架空輸電方式中約有20%左右用于交流系統(tǒng)的連網(wǎng)，用以提高交流系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行和頻率控制。3.背對(duì)背方式 背對(duì)背方式工程約占全世界直流工程的40%，主要用于在不增加交流電網(wǎng)短路容量的情況下，實(shí)現(xiàn)功率的融通和緊急功率支援。背對(duì)背方式的應(yīng)用可分為下面兩種情況：第一，交流系統(tǒng)的互連。利用

26、背對(duì)背方式將相同頻率的交流電網(wǎng)互連，實(shí)現(xiàn)兩交流電網(wǎng)的非周期互連運(yùn)行。這種方式約占背對(duì)背方式工程的80%以上；第二，不同頻率交流系統(tǒng)的互連。這種方式利用背對(duì)背直流輸電使不同頻率的交流電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)互連。這類方式工程約占背對(duì)背工程的20%左右。阿拉伯國(guó)家間不同頻率的電網(wǎng)互連就用這種技術(shù)。4.短路容量對(duì)策 世界范圍內(nèi)，隨著電力負(fù)荷的增加，電源及電網(wǎng)建設(shè)不斷擴(kuò)大，交流電網(wǎng)的規(guī)模越來越大。在這種情況下，短路情況下，短路故障發(fā)生的故障電流越來越大，直流輸電作為限制短路電流的對(duì)策獲得極大關(guān)注。在都市負(fù)荷集中地區(qū)供電，有時(shí)必須采用地下電纜。這種情況下，要求設(shè)備占空間小，短路電流過大時(shí)，斷路器的選擇就有困難，這時(shí)采用

27、直流輸電就表現(xiàn)出優(yōu)勢(shì)。此外，將已有的大規(guī)模交流系統(tǒng)分割為若干小系統(tǒng)的獨(dú)立運(yùn)行，小系統(tǒng)之間采用背對(duì)背等直流方法互連，也可減小短路電流3。1.3.2直流輸電的分類直流輸電依據(jù)不同的換相方式、不同的端子數(shù)目與交流系統(tǒng)的不同連接關(guān)系可以有不同的分類方法。目前，世界上有三種直流輸電方式4。1.長(zhǎng)距離直流輸電這種方式的典型接線如圖11所示，為高壓直流輸電的主要形式，主要用來實(shí)現(xiàn)從電源中心到負(fù)荷中心的電能傳輸。從本土向離島經(jīng)過電纜的直流輸電也屬于這種方式。這種方式依據(jù)電能只沿一個(gè)方向輸送或可雙向輸送，又可進(jìn)一步分為單方向直流送電方式和雙方向直流送電方式。通常從水電或火電能源基地向負(fù)荷中心送電、向存在弱交流電

28、網(wǎng)的離島的送電多為單方向直流送電方式。當(dāng)送端具有一定規(guī)模的交流系統(tǒng)或離島具有可擴(kuò)展的電源時(shí)，直流輸電通常采用雙方向直流送電方式。這種情況下，送端換流器與受端換流器采用相同的結(jié)構(gòu)，使任一側(cè)的換流器既可用作整流器，也可用作逆變器。 1換流變壓器 2換流器 3平波電抗器 4交流濾波器 5直流濾波器6控制保護(hù)系統(tǒng) 7接地極 8遠(yuǎn)程通信系統(tǒng)圖11 兩端直流系統(tǒng)構(gòu)成原理圖2.背對(duì)背（BTB）方式直流輸電 這種方式的主回路如圖12所示。它可以看做是兩組換流器通過平波電抗器反并聯(lián)而成，因此稱為背對(duì)背方式。這種方式兩側(cè)換流器設(shè)置在同一場(chǎng)所，沒有直流輸電線路，具有快速潮流反轉(zhuǎn)功能，可十分方便地用于所連交流系統(tǒng)的功

29、率與頻率控制。1換流變壓器 2換流器 3平波電抗器 4兩端交流系統(tǒng)圖12 背靠背直流輸電系統(tǒng)原理接線圖3.交、直流并列輸電方式 圖13所示為改方式的接線圖，兩端交流系統(tǒng)之間既有交流的聯(lián)系，又有直流的聯(lián)系。這種方式可充分利用高壓直流控制的特長(zhǎng)，對(duì)交流系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，特別是對(duì)兩側(cè)交流系統(tǒng)距離較遠(yuǎn)是的穩(wěn)定控制發(fā)揮重要作用。與直流輸電相并列的交流輸電則具有中間落點(diǎn)的便利性，可為中間地區(qū)負(fù)荷供電。圖13 交、直流并列輸電方式1.3.3直流輸電系統(tǒng)的構(gòu)成直流輸電具體的構(gòu)成，可依據(jù)換流站的數(shù)目是2個(gè)、3個(gè)或更多，分為雙端直流與多端直流。目前的直流輸電工程多為雙端直流，只有為數(shù)不多的三端直流輸電工程投入運(yùn)行。

30、這里主要針對(duì)電網(wǎng)換相方式給出直流輸電系統(tǒng)的構(gòu)成4。1.3.3.1直流單極輸電1.大地或海水回流方式 這種方式的極線可采用架空線或電纜，回流方式則利用大地或海水，可大量降低輸電線路的造價(jià)，如圖14所示。但這種方式對(duì)接地極的材料、設(shè)置方式有較高的要求，且大地或海水回流會(huì)對(duì)地下鋪設(shè)物，通信線路等造成影響。目前，海水回流方式在一些穿越海峽送電的工程中獲得應(yīng)用。 圖14 單極大地或海水回流方式2.導(dǎo)體回流方式 為避免上述大地或海水回流方式存在的問題，增設(shè)一回導(dǎo)體作為回流通道，如圖15所示。這種單極換流器采用兩回導(dǎo)體顯然在經(jīng)濟(jì)上時(shí)不合理的，但直流輸電工程科分階段投資和建設(shè)，單極雙導(dǎo)體作為雙極建設(shè)中的一個(gè)階

31、段運(yùn)行還是有工程實(shí)例的。日本的北海道-本州連網(wǎng)工程就是這樣建設(shè)的4。圖15 單極金屬回線方式1.3.3.2直流雙極輸電1.中性點(diǎn)兩端接地方式圖16所示為整流與逆變側(cè)中性點(diǎn)均通過接地極接入大地或海水中的情況。這種方式類似于兩個(gè)以大地或海水作為回流的單極方式。對(duì)稱運(yùn)行情況下，兩回路電流大小一致，方向相反，實(shí)際電流很小。當(dāng)一極故障推圖16 直流雙極輸電：中性點(diǎn)兩端接地方式出運(yùn)行時(shí)，另一極仍可以大地或海水作為回流方式，輸送50%的電力。因此，這種方式提高了直流輸電的可靠性。目前國(guó)際上建設(shè)和運(yùn)行的直流工程多為這種雙極兩端中性點(diǎn)接地方式。2.中性點(diǎn)單端接地方式這種方式只將整流或逆變的某一端的中性點(diǎn)接地，它

32、可有效地避免1中述及的由于不平衡造成的接地接電流。大大減少單極故障時(shí)的接地極電流的電磁干擾作用。當(dāng)然，這種方式在單極故障退出運(yùn)行時(shí)，整個(gè)直流系統(tǒng)就必須停運(yùn)，降低了直流的可靠性。英法海峽連網(wǎng)的Cross Channel工程就用這種方式。3中性線方式圖17所示為中性線方式的接線實(shí)例。也可以在兩端換流站的中性點(diǎn)通過中心線相接的同時(shí)也接地。這樣在單極故障時(shí)，大地或海水中流過部分電流（50%），從而降低中心線的設(shè)計(jì)容量。而在雙極正常運(yùn)行方式時(shí)，較小的不平衡電流通過中心線流通，減少中性點(diǎn)電流的電磁干擾。加拿大的溫哥華工程就采用這種方式。圖17 直流雙極輸電：中性線方式1.3.3.3直流多回路輸電這種輸電方

33、式為線路并聯(lián)多回輸電方式。圖18所示為該方式的接線圖，圖中每個(gè)極采用兩回輸電線路，可提高輸電的容量和可靠性。這種方式線路必須配備相應(yīng)的高壓直流斷路器，以便快速，可靠地對(duì)線路進(jìn)行投切。目前，大容量的直流斷路器產(chǎn)品還很不完善4。圖18 線路并聯(lián)多回輸電方式論文的目的與研究意義我國(guó)的大型水電、火電廠主要在中西部省區(qū)，而用電大省主要在華北、華東與華三個(gè)地區(qū)，因此發(fā)展長(zhǎng)距離大容量輸電極為重要，與高壓交流輸電相比，高壓直流輸電的經(jīng)濟(jì)性和合理性在遠(yuǎn)距離大容量輸電中具有明顯優(yōu)勢(shì)。此外，為了提高電網(wǎng)的安全穩(wěn)定水平，需要將幾個(gè)大電網(wǎng)進(jìn)行互聯(lián)。如果采用交流聯(lián)網(wǎng)方案，在一地區(qū)發(fā)生故障后，極可能威脅整個(gè)大電網(wǎng)的安全穩(wěn)定

34、，而采用直流聯(lián)網(wǎng)則能根本解決這個(gè)難題5。因此，發(fā)展直流輸電對(duì)我國(guó)的國(guó)家建設(shè)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展有重要意義。本文主要對(duì)直流輸電系統(tǒng)的主要設(shè)備和換流、逆變?cè)淼冗M(jìn)行闡述，并分析發(fā)展特高壓直流輸電的意義，進(jìn)而促進(jìn)我國(guó)電力網(wǎng)的改進(jìn)與完善。研究的內(nèi)容包括直流輸電系統(tǒng)設(shè)備介紹、6脈動(dòng)與12脈動(dòng)換流原理、無功補(bǔ)償與濾波、直流輸電系統(tǒng)的運(yùn)行方式等。直流系統(tǒng)的主要設(shè)備直流輸電系統(tǒng)的主要設(shè)備直流輸電系統(tǒng)的基本工作原理是通過換流裝置，將交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟姡瑢⒅绷麟妭魉偷绞芏藫Q流裝置，再由該換流裝置將直流電轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟娝腿胧芏私涣飨到y(tǒng)。換流裝置是直流輸電系統(tǒng)最重要的電氣一次設(shè)備，此外，還需要換流變壓器、平波電抗器、無功補(bǔ)償裝置

35、、濾波器、直流接地極、交直流開關(guān)設(shè)備、直流輸電線路以及控制與保護(hù)裝置、通信系統(tǒng)等5。如圖21所示。1交流系統(tǒng) 2換流變壓器 3交流濾波器 4平波電抗器 5換流器 6接地極 7控制保護(hù)系統(tǒng) 8直流濾波器 9遠(yuǎn)程通信系統(tǒng) 10直流輸電線路圖21直流輸電系統(tǒng)的構(gòu)成原理圖換流變壓器在直流輸電系統(tǒng)中，換流變壓器是最重要的設(shè)備之一，它不僅參與了換流器的交流電與直流電的相互轉(zhuǎn)換，而且還承擔(dān)著改變交流電壓數(shù)值、抑制直流短路電流等作用。此外換流變壓器容量大、設(shè)備復(fù)雜、投資昂貴，因此，換流變壓器的可靠性，可用率以及投資對(duì)整個(gè)直流輸電系統(tǒng)起著關(guān)鍵性作用6。由于換流變壓器與產(chǎn)生大量諧波的非線性設(shè)備換流器相連，所以換流

36、變壓器在漏抗、絕緣、諧波和試驗(yàn)等方面與普通電力變壓器存在較大的差別，這些差別使換流變壓器有很多特殊的地方，包括：短路阻抗大、絕緣要求高、噪聲大、有載調(diào)壓范圍寬、直流偏磁嚴(yán)重、試驗(yàn)復(fù)雜等。換流變壓器的功能如下7：1.參與實(shí)現(xiàn)交流電與直流電之間的相互轉(zhuǎn)換。高壓直流輸電系統(tǒng)一般采用12脈動(dòng)換流單元接線方式，其中每一個(gè)6脈動(dòng)換流器分別通過Yy和Yd聯(lián)結(jié)換流變壓器并聯(lián)接入交流系統(tǒng)。換流變壓器為這兩個(gè)6脈動(dòng)換流器提供相位差的交流電壓，從而形成12脈動(dòng)換流器結(jié)構(gòu)。如果換流變壓器的接線組別相同，即同為Yy聯(lián)結(jié)，或同為Yd聯(lián)結(jié)，則兩個(gè)6脈動(dòng)換流器的交流電壓相角相等，其輸出的整流電壓波形相同，大小相等，合成后的輸

37、出波形只有6個(gè)波頭，無法產(chǎn)生12脈動(dòng)輸出電壓。2實(shí)現(xiàn)電壓變換。將交流系統(tǒng)的通常為500kV或220kV的高電壓，降低至適合換流器需要的交流電壓，多為200kV左右。3抑制直流故障電流。換流變壓器的漏抗限制了閥臂短路和直流母線短路時(shí)的故障電流，能有效保護(hù)換流閥。4消弱交流系統(tǒng)入侵直流系統(tǒng)的過電壓。5減少換流器注入交流系統(tǒng)的諧波。換流變壓器的漏抗對(duì)換流器產(chǎn)生的諧波電流具有一定的抑制作用。6實(shí)現(xiàn)交、直流系統(tǒng)的電氣隔離。換流裝置在直流輸電系統(tǒng)中，換流器通常采用三相橋式全控?fù)Q流電路作為基本單元，如圖22（a）所示。由于該電路的直流側(cè)整流電壓在一個(gè)工頻周期中具有6個(gè)波頭 ，所以三相橋式全控?fù)Q流電路又稱為6

38、脈動(dòng)換流器。當(dāng)兩個(gè)6脈動(dòng)換流器采用直流端串聯(lián)、同時(shí)交流端并聯(lián)方式實(shí)現(xiàn)連接后，構(gòu)成12脈動(dòng)換流器，如圖22(b)所示。目前，世界各國(guó)的直流輸電工程都采用12脈動(dòng)換流器作為基本換流單元。由于實(shí)現(xiàn)12脈動(dòng)換流需要借助于換流變壓器，以使每一個(gè)6脈動(dòng)換流器的同一相電壓產(chǎn)生的相位差，因此在高壓直流輸電系統(tǒng)中，一般將換流器、換流變壓器、交直流濾波器、控制保護(hù)設(shè)備以及交直流開關(guān)設(shè)備等作為一個(gè)整體，定義為一個(gè)基本換流單元。換流站由基本換流單元組成，在高壓直流輸電系統(tǒng)中，換流器不僅具有整流和逆變的功能，而且整流器還具有開關(guān)的功能。在交、直流系統(tǒng)故障以及故障后的恢復(fù)過程中，對(duì)整流器的快速控制可有效保護(hù)直流輸電系統(tǒng)，

39、同時(shí)也是交流電網(wǎng)安全和穩(wěn)定運(yùn)行的重要保障9。1.換流器件：目前，世界各國(guó)通用的換流器件為晶閘管換流器，低頻門極關(guān)斷晶閘管換流器和高頻絕緣柵雙極晶體管換流器。晶閘管是耐壓水平最高、輸出容量最大的電力電子器件10。從1972年以來，晶閘管開始大量用在直流輸電工程中，近十年來，一些國(guó)家開始采用高頻可關(guān)斷的IGBT、IGCT器件進(jìn)行換流。2. 換流閥：由圖29可見，6脈動(dòng)換流器和12脈動(dòng)換流器分別由6個(gè)和12個(gè)橋臂組成，分別用或來表示。數(shù)字代表橋臂導(dǎo)通的順序。如6脈動(dòng)換流器的6個(gè)橋臂導(dǎo)通順序?yàn)閷?dǎo)通，后導(dǎo)通最后再導(dǎo)通，如此循環(huán)11。（a） (b)（a）6脈動(dòng)換流器 (b)12脈動(dòng)換流器圖22 換流器原理

40、圖在直流輸電系統(tǒng)中，橋臂也稱為換流閥，閥臂，或簡(jiǎn)稱閥。換流閥是換流器的基本單元，是換流的關(guān)鍵設(shè)備。晶閘管換流閥由幾十個(gè)到數(shù)百個(gè)晶閘管器件串聯(lián)而成，這是因?yàn)槟壳熬чl管器件的成熟技術(shù)是生產(chǎn)芯片直徑125毫米，反向不重復(fù)峰值電壓8kV，額定電流3 kV的晶閘管。與高壓直流輸電工程500 kV的額定直流電壓相比，單片晶閘管的電壓大小，必須通過多元件的串聯(lián)才能滿足工程運(yùn)行電壓的需要。每個(gè)直流輸電工程所需晶閘管數(shù)量巨大，一般在數(shù)千只以上。無功補(bǔ)償裝置采用普通晶閘管換流閥進(jìn)行換流的高壓直流輸電換流站，一般均采用電網(wǎng)換相控制技術(shù)，其特點(diǎn)是換流器在運(yùn)行中要從交流系統(tǒng)吸收大量的無功功率。在額定工況時(shí)整流裝置所需的

41、無功功率約為有功功率的30%-50%，逆變裝置約為40%-60%11。對(duì)于換流站，器運(yùn)行中所需的無功功率不能依靠或不能主要依靠其所接入的交流系統(tǒng)來提供，而且不允許換流站與交流系統(tǒng)之間有太大的無功交換。主要是因?yàn)楫?dāng)換流站才能夠交流系統(tǒng)吸取或輸出大量的無功時(shí)，將導(dǎo)致無功損耗，同時(shí)換流站的交流電壓將會(huì)大幅度變化。所以在換流站中根據(jù)換流器的無功功率特性裝設(shè)合適的無功補(bǔ)償裝置，是保證高壓直流系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的必要條件之一。電網(wǎng)換相換流器的直流輸電換流站，不管處于整流運(yùn)行還是逆變運(yùn)行狀態(tài)，直流系統(tǒng)都需要從交流系統(tǒng)吸收無功功率，即換流器對(duì)于交流系統(tǒng)而言總是一種無功負(fù)荷。根據(jù)換流原理可知，換流器消耗的無功功率

42、可由式4-1表示12： (21)其中： (22) (23) (24)式中：換流器理想空載直流電壓（kV）； ： 換流器直流側(cè)功率（MW）； ：換流器無功消耗（Mvar）； ：換流器的功率因數(shù)角（）；：直流運(yùn)行電流（kA）；：換相角（）；：每相的換相電抗（）；：整流器觸發(fā)角（）；：換流變壓器閥側(cè)繞組空載電壓有效值（kV）；：極直流電壓（kV）；當(dāng)換流器以逆變方式運(yùn)行時(shí)，式中的用替代，為逆變器的關(guān)斷角（）。從上述計(jì)算公式可以看出，換流器無功功率除受有功功率影響外，還與其他很多運(yùn)行參數(shù)有關(guān)，其中最為靈敏的是觸發(fā)角和關(guān)斷角。在不同的運(yùn)行控制方式下，換流器吸收的無功功率隨換流功率的變化也將會(huì)出現(xiàn)很大差異

43、13。巨大的無功容量若由換流站所連接的交流電網(wǎng)提供，則交流線路的線損會(huì)大幅度增加，危機(jī)系統(tǒng)正常運(yùn)行。因此，換流器所需要的無功只能采用就地?zé)o功補(bǔ)償?shù)姆椒?。換流站裝設(shè)的無功補(bǔ)償裝置主要有以下三類14：1.機(jī)械投切式無功補(bǔ)償裝置這類設(shè)備包括機(jī)械投切式并聯(lián)電容器、并聯(lián)電抗器以及交流濾波器。當(dāng)換流站所接的交流系統(tǒng)不是很弱時(shí)，一般采用機(jī)械投切式無功補(bǔ)償裝置。機(jī)械投切式無功補(bǔ)償裝置的主要優(yōu)點(diǎn)是無功補(bǔ)償容量巨大、投資低，其缺點(diǎn)是調(diào)節(jié)速度慢、不能實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)節(jié)、不能頻繁操作。因此，這類無功補(bǔ)償裝置漸漸被靜止無功補(bǔ)償器和靜止無功發(fā)生器取代。2.靜止無功補(bǔ)償裝置（SVC）當(dāng)機(jī)械投切式無功補(bǔ)償裝置容量不足，且利用換流器

44、的無功調(diào)節(jié)特性也不能滿足高壓直流輸電系統(tǒng)的無功需要時(shí)，可采用靜止無功補(bǔ)償裝置。靜止無功補(bǔ)償裝置一般由晶閘管控制電抗器和電容器組成。可連續(xù)調(diào)節(jié)發(fā)出和吸收的無功功率。其調(diào)節(jié)速度快，可用于抑制直流單極故障引起的換流站交流母線的暫態(tài)過電壓，抑制交流濾波器投切時(shí)導(dǎo)致的換流母線電壓波動(dòng)。靜止無功補(bǔ)償裝置是平衡電網(wǎng)無功功率和穩(wěn)定電網(wǎng)電壓的有效手段。但是靜止無功補(bǔ)償裝置的缺點(diǎn)是投資大。3.同步調(diào)相機(jī)如果受端交流系統(tǒng)很弱，即短路比（SCR）小于或等于3時(shí)，逆變器很容易受交流系統(tǒng)擾動(dòng)的影響而發(fā)生換相失敗故障，導(dǎo)致直流電壓下降，直流電流上升。換流站交流母線接入調(diào)相機(jī)后，提高了交流系統(tǒng)的短路比，從而減小了逆變器換相失

45、敗的幾率，有利于提高交流系統(tǒng)的穩(wěn)定性。一般同步調(diào)相機(jī)多用于從遠(yuǎn)方發(fā)電廠向弱交流系統(tǒng)送電的直流工程的逆變站。我國(guó)的舟山和乘泗直流輸電工程都專設(shè)了同步調(diào)相機(jī)。采用調(diào)相機(jī)投資大，運(yùn)行可靠性低，維護(hù)工作量大。選擇哪種類型的無功補(bǔ)償設(shè)備主要取決于交流系統(tǒng)的強(qiáng)度。當(dāng)短路比大于3時(shí)，只考慮裝設(shè)并聯(lián)電容器和電抗器，當(dāng)短路比小于3時(shí)，考慮使用靜止無功補(bǔ)償裝置。濾波裝置2.1.4.1換流站交流側(cè)的諧波分析任何形式的換流器在換流的同時(shí)都會(huì)產(chǎn)生諧波，電網(wǎng)換相的換流器在交流側(cè)產(chǎn)生的諧波有特征諧波、非特征諧波和通過穿透作用產(chǎn)生的諧波15。1特征諧波：假設(shè)換流器處于理想的換流狀態(tài)，即：交流母線電壓為恒定頻率的理想正弦波，換

46、流變壓器各項(xiàng)的阻抗和變比完全相等，同一個(gè)12脈動(dòng)換流器的Yy和Dd換流變壓器組的阻抗和變比完全相等，每周期的12個(gè)脈沖嚴(yán)格按電角度等距觸發(fā)，在三繞組換流變壓器繞組中12K1次諧波，直流回路的電流為理想的直流。在理想條件下，可以推導(dǎo)出換流變壓器中每段電流波形的數(shù)學(xué)表達(dá)式，利用傅里葉分析可以推導(dǎo)出各次諧波的正弦和余弦分量，可按以下公式計(jì)算特征諧波電流的幅值： (25)其中：式中，為交流側(cè)諧波電流幅值；n為諧波次數(shù)；為6脈動(dòng)換流器數(shù)；為換流器實(shí)際抽頭位置閥側(cè)電壓；為換流變壓器實(shí)際抽頭位置系統(tǒng)側(cè)電壓；為額定空載直流電壓；為實(shí)際空載直流電壓；為額定直流電流；為實(shí)際直流電流；為由于換相角的存在造成的諧波減

47、少系數(shù)；為由換相引起的電壓降；為由換相引起的額定相對(duì)電壓降；為實(shí)際觸發(fā)角或關(guān)斷角；為實(shí)際換相角。從各個(gè)計(jì)算公式可以看出，各次諧波電流的幅值與直流電流直接相關(guān)，同時(shí)還受換相角的影響。對(duì)于低次諧波，主要是11次和13次，諧波幅值基本上隨直流電流增加而增加，最大的諧波幅值出現(xiàn)在額定直流電流附近。而較高次數(shù)的諧波幅值隨直流電流的變化規(guī)律要復(fù)雜得多，最大的幅值一般不出現(xiàn)在額定直流電流而在50%-80%額定直流電流之間。2非特征諧波和其他諧波實(shí)際直流輸電工程的運(yùn)行工況不可能是理想的，這些不理想的因素包括：直流電流中存在紋波、交流電壓存在諧波、交流電壓基波不對(duì)稱、觸發(fā)器脈沖不完全等距等。由于這些原因，換流變

48、壓器繞組中流過的實(shí)際電流如果進(jìn)行傅里葉分解，發(fā)現(xiàn)這種電流波形中除包含上述特征諧波以外，還包含其他次數(shù)的諧波，通常稱為非特征諧波。2.1.4.2換流站交流側(cè)濾波：目前，世界上大部分直流輸電工程的交流濾波器均采用無源濾波器。無源濾波器是由電感、電容和電阻三種無源元件構(gòu)成。無源濾波器與交流系統(tǒng)并聯(lián)，作為諧波的旁路通道，因此在諧波頻率下應(yīng)處于串聯(lián)諧振的小阻抗?fàn)顟B(tài)。由于濾波器組數(shù)有限，失諧影響嚴(yán)重，因而要采用一些寬帶、高通或在特殊頻率下具有大阻尼的濾波器。現(xiàn)在通用的濾波器有單調(diào)諧濾波器、雙調(diào)諧濾波器、三調(diào)諧濾波器、二階高通阻尼濾波器、三階高通阻尼濾波器、C型阻尼濾波器、雙調(diào)諧高通阻尼濾波器等16。2.1

49、.各種換流變壓器都在直流側(cè)產(chǎn)生諧波，直流側(cè)的諧波主要是換流引起的諧波，即特征諧波，和其他原因引起的諧波（換流變壓器參數(shù)和控制的各種不對(duì)稱引起的諧波以及交流電網(wǎng)中的諧波通過換流器竄到直流側(cè)）即非特征諧波。1特征諧波特征諧波是在理想的條件下，單純由于換流而產(chǎn)生的諧波。在正常情況下直流輸電換流變壓器一般運(yùn)行在接近理想狀態(tài)，因此特征諧波是直流側(cè)諧波的主體。在這種狀態(tài)下，在一個(gè)周波的每一階段中，直流電壓都是正弦波的某一部分。通過傅里葉分析，可以確定各次諧波電壓的有效值為 (26)諧波電壓的相位為： (27)其中：對(duì)于6脈動(dòng)換流變壓器，n=6k.，其中k=1、2、3，即6的整數(shù)倍，對(duì)于12脈動(dòng)換流變壓器，

50、n=12k,即12的整數(shù)倍16。在20世紀(jì)90年代初，修建美國(guó)IPP直流工程時(shí)，由于直流接地極引線與直流線路同桿架設(shè)，發(fā)現(xiàn)在同桿架設(shè)段直流側(cè)諧波超標(biāo)嚴(yán)重，造成諧波超標(biāo)的主要諧波次數(shù)是18次諧波，而不是傳統(tǒng)的特征諧波。在解決這一問題的過程中，發(fā)現(xiàn)直流中性點(diǎn)對(duì)地電容值對(duì)18次諧波具有很重要影響，同時(shí)還發(fā)現(xiàn)換流器對(duì)地雜散電容在分析直流側(cè)諧波電流分布中的重要作用，因而提出了圖23所示的12脈動(dòng)換流器3脈動(dòng)直流側(cè)諧波分析等值電路，即所謂3脈動(dòng)諧波模型16。圖中：3脈動(dòng)諧波電壓源；12脈動(dòng)換流器的內(nèi)阻抗；換流變壓器對(duì)地雜散電容圖23 新型的12脈動(dòng)換流器3脈動(dòng)直流側(cè)諧波模型2非特征諧波產(chǎn)生直流側(cè)非特征諧波

51、的因素主要有：交流母線電壓中含有諧波電壓，這樣在直流側(cè)就會(huì)出現(xiàn)非特征諧波電壓；構(gòu)成12脈動(dòng)換流器的兩個(gè)6脈動(dòng)換流器的換流變壓器的漏抗不相等和變比不相等；換流變壓器三相漏抗不平衡等16。2.1.4.4直流側(cè)濾波系統(tǒng)直流輸電系統(tǒng)的直流側(cè)設(shè)備流過諧波電流時(shí)不可避免的，這種諧波電流產(chǎn)生的主要危害為：對(duì)直流系統(tǒng)本身的危害，包括設(shè)備附加發(fā)熱等；對(duì)線路鄰近通信系統(tǒng)的危害，主要是對(duì)直流線路和接地極線路走廊附近的明線電話線路的干擾；通過換流器對(duì)交流系統(tǒng)的滲透17。由于對(duì)3脈動(dòng)模型的應(yīng)用，加之有些直流輸電工程穿越人口相對(duì)集中的區(qū)域，規(guī)定了很低的等效干擾電流水平，因此為了要滿足嚴(yán)格的要求，如雙極100mA，單極20

52、0 mA，如果繼續(xù)采用常規(guī)的濾波系統(tǒng)，則需要并聯(lián)許多濾波器，提高了投資和占地面積，降低了直流系統(tǒng)的整體可靠性和可用率，從而開始開發(fā)直流有源濾波器，它除了采用常規(guī)的無源濾波器作為濾波兼耦合外，在濾波器支路加入一個(gè)可控的直流電壓源。直流有源濾波器的原理是：對(duì)于每一次諧波頻率，通過在濾波器支路內(nèi)引入一個(gè)受控電壓源，使其在直流線路端口產(chǎn)生與換流器諧波電壓源產(chǎn)生的空載電壓大小相等，相位相反的受控電壓，來降低直流線路中的諧波電流17。其它設(shè)備1.直流輸電線路直流輸電線路分為架空線路、電纜線路以及架空-電纜混合線路三種類型。采用何種類型的直流輸電線路應(yīng)根據(jù)直流輸電工程類型、換流站裝置、線路沿途地形，線路用地

53、情況等因素加以綜合考慮。直流輸電架空線路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，線路造價(jià)低，損耗小，運(yùn)行費(fèi)用較省。直流輸電架空線路：直流輸電架空線路一般采取分裂導(dǎo)線布置方式。對(duì)于500kV直流架空輸電線路，通常采用4分裂形式。直流輸電架空線路絕緣配合設(shè)計(jì)就是要解決桿塔上和檔距中央各種可能的放電途徑，包括導(dǎo)線對(duì)桿塔、導(dǎo)線對(duì)避雷線、導(dǎo)線對(duì)地、不同極導(dǎo)線之間的絕緣選擇和相互配合等，其具體內(nèi)容是：決定絕緣子串中絕緣子片數(shù)、決定導(dǎo)線至塔體的距離、不同極導(dǎo)線間的距離等。目前，世界上投運(yùn)的高壓直流輸電架空線路中，應(yīng)用最多的是鋼化玻璃和瓷質(zhì)絕緣子，負(fù)荷絕緣子主要應(yīng)用于污穢嚴(yán)重區(qū)域。我國(guó)葛-南500kV直流輸電工程采用瓷質(zhì)絕緣子17。直流輸

54、電電纜線路：直流電纜可用于遠(yuǎn)距離大容量輸電，它主要應(yīng)用于海底電纜以及向大城市供電的地下電纜。跨越海底的輸電采用直流電纜更為有利。采用交流輸電時(shí)，如果線路輸送的功率大于自然功率，線路所消耗的無功功率就大于線路產(chǎn)生的充電無功功率，始端的電壓將高于末端的電壓。電纜線路的對(duì)地電容要比架空線路大得多，一般電纜的波阻抗為15-25，是架空線波阻抗的十分之一左右，所以電纜線路的自然功率比架空線路大10倍左右。在超高壓交流電纜中，由于電壓高和傳輸距離遠(yuǎn)，所以電纜的電容電流可能很大，以220kV電纜線路為例，每相每千米為23A，當(dāng)電纜長(zhǎng)度達(dá)40km時(shí)，每相電容電流可達(dá)920A，幾乎占用了芯線的全部載流容量。因此

55、為了能正常運(yùn)行，只有沿線路定距離并聯(lián)電抗器開加以補(bǔ)償，才能抑制線路中末端電壓的過分升高。如果是海底電纜，這是很難做到的。因此采用直流電纜線路就比較適宜17。2.平波電抗器平波電抗器是換流站的重要設(shè)備之一，安裝于直流極線出口。電感量通常為0.27-1.5H（針對(duì)直流架空線路）或12-200mH（針對(duì)直流電纜線路）。平波電抗器分為干式和油浸式兩種。直流負(fù)荷較大時(shí)，采用油浸式平波電抗器。平波電抗器的功能如下18：1.防止輕載時(shí)直流電流斷續(xù)。2.減小直流電流紋波，與直流濾波器一起共同構(gòu)成換流站直流諧波濾波電路。3.抑制直流故障電流的快速增加。4.防止直流線路或直流開關(guān)站產(chǎn)生的陡波沖擊波進(jìn)入閥廳，從而使

56、換流閥承受電壓應(yīng)力過大而損壞。本章小結(jié)本章介紹了直流輸電系統(tǒng)的構(gòu)成與主要設(shè)備。重點(diǎn)介紹了換流變壓器，換流閥，平波電抗器，濾波裝置，無功補(bǔ)償裝置，直流輸電線路這些設(shè)備的用途。直流輸電換流原理6脈動(dòng)整流器工作原理6脈動(dòng)整流器工作原理接線如圖31所示。圖32給出了正常工作時(shí)，整流器主要各點(diǎn)的電壓和電流波形。6脈動(dòng)整流器是通過6個(gè)換流閥的按序通斷將交流電變?yōu)橹绷麟姟D中、為等值交流系統(tǒng)的工頻基波正弦相電動(dòng)勢(shì)，為每相的等值換相電抗，為平波電抗值。等值交流系統(tǒng)的線電壓、為換流閥的換相電壓。規(guī)定換相電壓由負(fù)變正的過零點(diǎn)為換流閥觸發(fā)角計(jì)時(shí)的零點(diǎn)。V1-V6為組成6脈動(dòng)換流器的6個(gè)脈動(dòng)換流器的代號(hào)。數(shù)字1-6為

57、換流閥的導(dǎo)通序號(hào)。在理想條件下，認(rèn)為三相交流系統(tǒng)是對(duì)稱的，觸發(fā)脈沖式等距的，換流閥的觸發(fā)角也是相等的，觸發(fā)角用來表示。6脈動(dòng)整流器觸發(fā)脈沖之間的間距為（電角度）19。圖31 6脈動(dòng)整流器原理接線圖假設(shè)換相電抗=0，則閥的換相過程是瞬時(shí)的，在交流電動(dòng)勢(shì)的作用下，換流閥周而復(fù)始地按序開通和關(guān)斷，從而在n和m之間可得依次為1/6周期的、6個(gè)正弦曲線段組成的直流電壓波形。從而使三相交流電動(dòng)勢(shì)、經(jīng)整流變成每周期有6個(gè)脈動(dòng)的直流電壓，因此而稱為6脈動(dòng)整流器。從直流電壓的瞬時(shí)值取平均值得到，稱為6脈動(dòng)整流器的理想空載直流電壓，用式(31)表示19：= (31)式中 ：換流變壓器閥側(cè)繞組空載線電壓有效值。圖3

58、2 6脈動(dòng)整流器電壓和電流波形圖交流電動(dòng)勢(shì)和直流側(cè)m和n點(diǎn)對(duì)中性點(diǎn)的電壓波形；直流電壓和閥1上的電壓波形；觸發(fā)脈沖的順序和相位；閥電流波形；交流側(cè)U相電流波形。換流器由可控的晶閘管組成。換流器在交流側(cè)電動(dòng)勢(shì)和觸發(fā)脈沖的作用下，按照晶閘管的開通和關(guān)斷條件，進(jìn)行有次序的開通和關(guān)斷，將交流電變?yōu)橹绷麟?。觸發(fā)脈沖（i為1-6的正整數(shù)，代表閥的導(dǎo)通順序）只有在相應(yīng)的ci(第i個(gè)線電壓由負(fù)變正的過零點(diǎn))到來之后才能使Vi導(dǎo)通，因ci之后Vi的陽(yáng)極對(duì)陰極才開始為正電壓。延遲與ci的電角度，稱為Vi的觸發(fā)角。因此，對(duì)于晶閘管換流閥，在到來之前，原導(dǎo)通的閥仍繼續(xù)導(dǎo)通，并頂替了原導(dǎo)通的閥，從而使6個(gè)換流閥的導(dǎo)通時(shí)

59、間均向后移動(dòng)電角度。此時(shí)，整流器的理想空載直流電壓的平均值可用式(32)表示20：=cos (32)顯然，。當(dāng)=時(shí)，=，為最大值；當(dāng)0,為正值；當(dāng)=時(shí)，=0；當(dāng)時(shí)，時(shí)，Vi的陽(yáng)極對(duì)陰極為負(fù)電壓，Vi不具備導(dǎo)通條件。因此，Vi具有導(dǎo)通條件的范圍是，而整流器角可能的工作范圍為0，因此實(shí)際的換相過程與上述=0的情況不同。當(dāng)觸發(fā)脈沖到來時(shí)，Vi導(dǎo)通，但由于的存在，Vi中的電流不可能立即上升到。同樣的原因，在將要關(guān)斷的閥中的電流也不可能立即從降到零。它們都必須經(jīng)歷一段時(shí)間，才能完成電流的轉(zhuǎn)換過程，這段時(shí)間所對(duì)應(yīng)的電角度稱為換相角，這一過程稱為換相過程。也就是說換相不可能是瞬時(shí)完成的。在換相過程中，在同一

60、個(gè)半橋中參與換相的兩個(gè)閥都處于導(dǎo)通狀態(tài)，從而形成換流變壓器閥側(cè)繞組的兩相短路。在剛導(dǎo)通的閥中，其電流方向與兩相短路電流的方向相同，電流從零上升到，在將要關(guān)斷的閥中，其電流方向與兩相短路電流的方向相反，電流則從降到零，從而完成換相過程。因此，整流器的換相是借助于換流變壓器閥側(cè)繞組的兩相短路電流實(shí)現(xiàn)的。6脈動(dòng)換流器在非換相期間同時(shí)有2個(gè)閥導(dǎo)通，在換相期間同時(shí)有3個(gè)閥導(dǎo)通，從而形成2個(gè)閥和3個(gè)閥同時(shí)導(dǎo)通按序交替的23工況，也稱正常運(yùn)行工況。在23工況下，每個(gè)閥在一個(gè)周期內(nèi)的導(dǎo)通時(shí)間不是，而是+，用表示，稱為閥的導(dǎo)通角21。6脈動(dòng)整流器在正常運(yùn)行時(shí)的直流電壓平均值可用式(33)表示： (33) 式中