直流輸電換流站基本計算

直流輸電換流站基本計算規(guī)范1.1直流輸電工程額定值1.1.1額定直流功率額定直流功率PdN是指在規(guī)定的系統(tǒng)條件和環(huán)境條件下，不投入備用設(shè)備時，直流輸電工程連續(xù)輸送的有功功率。直流輸電工程是以一個“極”為一個獨立的運行單位。每個極的額定直流功率為極的額定直流電壓UdN和額定直流電流IdN的乘積。直流輸電主回路系統(tǒng)通常包括整流站(RectificationPlant)、逆變站(InverterPlant)和直流輸電線路(Line)三部分，由于每一部分都有損耗，因此額定直流功率的測量點需作出規(guī)定。通常規(guī)定額定直流功率的測量點在整流站的直流母線處。本文設(shè)計背景資料中確定，哈密南—鄭州換流站額定直流功率PdN為雙極8000MW。1.1.2額定直流電壓額定直流電壓UdN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。它的定義是換流站處于額定交流電壓UaN、換流變壓器額定抽頭以及換流器額定觸發(fā)角αN的條件下，運行在額定直流電流IdN下的直流電壓。對于遠距離的直流輸電工程，由于兩端換流站的額定直流電壓不同(逆變站的低于整流站)，通常規(guī)定送端整流站的額定直流電壓為工程的額定直流電壓。已運行工程的額定直流電壓有:17、25、50、70、80、85、100、125、140、150、160、180、200、250、270、350、400、500、533、600、660kV和800kV等。未來隨著直流輸電技術(shù)的發(fā)展、成熟以及工程數(shù)量的增多，直流輸電的額定直流電壓也會像交流輸電一樣形成一定的電壓等級系列，以便于設(shè)備制造和降低工程費用。在哈鄭直流輸電工程中確定的額定直流電壓UdN為800kV1.1.3額定直流電流當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。額定直流電流IdN是直流輸電系統(tǒng)中直流電流的平均值，它應(yīng)能在規(guī)定的所有系統(tǒng)條件和環(huán)境條件范圍內(nèi)長期連續(xù)運行，無時間的限制。額定直流電流對設(shè)備選型、參數(shù)及換流站冷卻系統(tǒng)的設(shè)計具有重要意義。本工程額定直流功率為雙極8000MW，額定直流電壓為800kV。由可得，額定直流電流為5kA。1.2直流輸電穩(wěn)態(tài)工況計算由直流輸電穩(wěn)態(tài)工況計算可知，工程中直流側(cè)和交流側(cè)電壓、電流、有功和無功功率以及各種角度的關(guān)系，對后續(xù)設(shè)計中設(shè)備選型及參數(shù)計算有非常重要的意義。本節(jié)中列出了在進行直流工程設(shè)計中進行穩(wěn)態(tài)計算分析時，經(jīng)常用到的計算公式。(1)直流輸電極對地電壓UdN整流站極對地額定直流電壓UdNR式(2-1)逆變站極對地額定直流電壓UdNI在該工程雙極額定工況下，由下文1.2(2)、式(2-3)知R=21.1239Ω，=5kA，式(2-2)式中：——整流站和逆變站之間直流回路電壓降，kV；(2)直流電流Id及直流電阻R式(2-3)兩式中，R為直流回路電阻，主要包括有直流線路電阻、平波電抗器電阻、接地極引線電阻和接地極電阻等。本文主要討論換流站雙極額定狀態(tài)下初步設(shè)計，故R取線路電阻。該特高壓工程直流輸電線路約為2210km，查閱資料得此工程采用6*JL/G3A-1000/45和6*JL/G2A-1000/80型號的大截面導(dǎo)線。單位直流電阻分別為和。由得雙極直流線路電阻Rd為額定值為21.1239Ω。(3)直流功率Pd整流站雙極直流功率式(2-4)逆變站雙極直流功率式(2-5)(4)直流回路電壓降ΔUd式(2-6)(5)直流線路損耗ΔPd式(2-7)(6)換流站消耗的無功Qc式(2-7)式(2-8)式中，Pd為直流功率，MW；φ為整流站逆變站的功率因數(shù)角，°；整流站消耗的無功QcR式(2-9)逆變站消耗的無功QcI為式(2-10)(7)換流站與交流系統(tǒng)交換無功功率式(2-11)式中：表示交流系統(tǒng)與換流站之間交換的無功。為換流站無功補償裝置所提供的無功總量。為換流站所消耗的無功總量。(8)換流器換向角μ整流站的換向角μR式(2-12)逆變站的換向角μI式(2-13)式中：dxNR、dxNI為兩端換流站的相對感性壓降；Udi0R和Udi0I，分別為整流器和逆變器的理想空載直流電壓；Id為直流電流。在雙極平衡額定運行工況下，兩式中的比列部分都為1，根據(jù)后文：整流側(cè)：式(2-14)逆變側(cè)：式(2-15)(9)換流站功率因數(shù)cosφ整流站的功率因數(shù)cosφR式(2-16)逆變站的功率因數(shù)cosφI式(2-17)(10)換流器交流側(cè)電流Iv整流器、逆變器交流側(cè)電流與直流電流的關(guān)系可近似表示為式(2-18)(11)換流變視在功率S式(2-19)整流站一個極的換流變壓器視在總功率SR式(2-20)逆變站一個極的換流變壓器視在總功率SI式(2-21)(12)直流輸電最小輸送功率PminPmin主要取決于工程的最小直流電流，而最小直流電流是由直流斷續(xù)電流來決定的。通常取工程的最小直流電流限值等于或大于連續(xù)電流臨界值(即不產(chǎn)生斷續(xù)的電流臨界值)的兩倍[6]，即 12脈動換流器的連續(xù)電流臨界值可分別用以下近似公式進行計算。式(2-22)通常直流輸電工程的最小直流電流選擇為其額定