第二節(jié)直流輸電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu).ppt

1、第二節(jié)直流輸電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),直流輸電系統(tǒng)原理接線圖,直流輸電系統(tǒng)由整流站、直流線路和逆變站三部分組成。,交流電力系統(tǒng)1、2分別是送、受端交流系統(tǒng)，送端系統(tǒng)送出交流電經(jīng)換流變壓器和整流器變換成直流電，然后由直流線路把直流電輸送給逆變站，經(jīng)逆變器和換流變壓器再將直流電變換成交流電送入受端交流系統(tǒng)。完成交直流變換的站稱為換流站，將交流電變換為直流電的換流站稱為整流站，而將直流電變換為交流電的換流站稱為逆變站。,直流輸電系統(tǒng)按照其與交流系統(tǒng)的接口數(shù)量分為兩大類，即兩端(或端對(duì)端)直流輸電系統(tǒng)和多端直流輸電系統(tǒng)。,兩端直流系統(tǒng)是只有一個(gè)整流站和一個(gè)逆變站的直流輸電系統(tǒng)，它與交流系統(tǒng)只有兩個(gè)接口，是結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)

2、單的直流輸電系統(tǒng)，是世界上已運(yùn)行的直流輸電工程普遍采用的方式。兩端直流輸電系統(tǒng)又可分為單極(正極或負(fù)極)、雙極(正、負(fù)兩極)和背靠背直流輸電系統(tǒng)(無(wú)直流輸電線路)三種類型。,一、單極直流輸電系統(tǒng),單極直流輸電系統(tǒng)中換流站出線端對(duì)地電位為正的稱為正極，為負(fù)的稱為負(fù)極。與正極或負(fù)極相連的輸電導(dǎo)線稱為正極導(dǎo)線或負(fù)極導(dǎo)線，或稱為正極線路或負(fù)極線路。,單極直流架空線路通常多采用負(fù)極性(即正極接地)，這是因?yàn)檎龢O導(dǎo)線電暈的電磁干擾和可聽(tīng)噪聲均比負(fù)極導(dǎo)線的大。同時(shí)由于雷電大多為負(fù)極性，使得正極導(dǎo)線雷電閃絡(luò)的概率也比負(fù)極導(dǎo)線的高。單極系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和靈活性不如雙極系統(tǒng)好，因此，單極直流輸電工程不多。,單極系

3、統(tǒng)的接線方式可分為單極大地(或海水)回線方式和單極金屬回線方式兩種。另外當(dāng)雙極直流輸電工程在單極運(yùn)行時(shí)，還可以接成雙導(dǎo)線并聯(lián)大地回線方式運(yùn)行。,1.1 單極大地回線方式,這種方式的線路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，利用大地作為回線，省去一根導(dǎo)線，線路造價(jià)低。但地下(或海水中)長(zhǎng)期有大的直流電流流過(guò)，大地電流所經(jīng)之處，將引起埋設(shè)于地下或放置在地面的管道、金屬設(shè)施發(fā)生電化學(xué)腐蝕，使中性點(diǎn)接地變壓器產(chǎn)生直流偏磁而造成變壓器磁飽和等問(wèn)題。 這種方式主要用于高壓海底電纜直流工程，如：瑞典一丹麥的康梯一斯堪工程，瑞典一芬蘭的芬挪一斯堪工程，瑞典一德國(guó)的波羅的海工程，丹麥一德國(guó)的康特克工程等。,1.2 單極金屬回線方式,采用低

4、絕緣的導(dǎo)線(也稱金屬返回線)代替單極大地回線方式中的大地回線。 在運(yùn)行中，地中無(wú)電流流過(guò)，可以避免由此所產(chǎn)生的電化學(xué)腐蝕和變壓器磁飽和等問(wèn)題。 為了固定直流側(cè)的對(duì)地電壓和提高運(yùn)行的安全性，金屬返回線的一端接地，其不接地端的最高運(yùn)行電壓為最大直流電流在金屬返回線上的壓降。 這種方式的線路投資和運(yùn)行費(fèi)用均較單極大地回線方式的高。 通常只在不允許利用大地(或海水)為回線或選擇接地極較困難以及輸電距離又較短的單極直流輸電工程中采用。但在雙極運(yùn)行方式中需要單極運(yùn)行時(shí)可以采用,1.3 單極雙導(dǎo)線并聯(lián)大地回線方式,雙極運(yùn)行方式中需要單極運(yùn)行時(shí)采用的特殊方式，與單極大地回線方式相比，由于極導(dǎo)線采用兩極導(dǎo)線并聯(lián)

5、，極導(dǎo)線電阻減小一半，因此，線路損耗減小一半。,二、雙極系統(tǒng)接線方式,雙極系統(tǒng)接線方式是直流輸電工程普遍采用的接線方式可分為雙極兩端中性點(diǎn)接地方式、雙極一端中性點(diǎn)接地方式和雙極金屬中性線方式三種類型。,2.1、雙極兩端中性點(diǎn)接地方式,可看成是兩個(gè)獨(dú)立的單極大地回路方式。 正負(fù)兩極在地回路中的電流方向相反，地中電流為兩極電流之差值。雙極對(duì)稱運(yùn)行時(shí)，地中無(wú)電流流過(guò)，或僅有小量的不平衡電流流過(guò)，通常小于額定電流的1%。因此，在雙極對(duì)稱方式運(yùn)行時(shí)，可消除由于地中電流所引起的電腐蝕等問(wèn)題。當(dāng)需要時(shí)，雙極可以不對(duì)稱運(yùn)行，這時(shí)兩極中的電流不相等，地中電流為兩極電流之差。運(yùn)行時(shí)間的長(zhǎng)短由接地極壽命決定。,當(dāng)一

6、極故障時(shí)，另一極可正常并過(guò)負(fù)荷運(yùn)行，可減小送電損失。 雙極對(duì)稱運(yùn)行時(shí)，一端接地極系統(tǒng)故障，可將故障端換流器的中性點(diǎn)自動(dòng)轉(zhuǎn)換到換流站內(nèi)的接地網(wǎng)臨時(shí)接地，并同時(shí)斷開(kāi)故障的接地極，以便進(jìn)行檢查和檢修。 當(dāng)一極設(shè)備故障或檢修停運(yùn)時(shí)，可轉(zhuǎn)換成單極大地回線方式、單極金屬回線方式或單極雙導(dǎo)線并聯(lián)大地回線方式運(yùn)行。 由于此方式運(yùn)行方式靈活、可靠性高，大多數(shù)直流輸電工程都采用此接線方式。,2.2、雙極一端中性點(diǎn)接地方式,只有一端換流器的中性點(diǎn)接地，不能利用大地作為回路。當(dāng)一極故障時(shí)，不能自動(dòng)轉(zhuǎn)為單極大地回線方式運(yùn)行，必須停運(yùn)雙極，在雙極停運(yùn)以后，可以轉(zhuǎn)換成單極金屬回線運(yùn)行方式。因此，這種接線方式的運(yùn)行可靠性和靈

7、活性均較差。 其主要優(yōu)點(diǎn)是可以保證在運(yùn)行中地中無(wú)電流流過(guò)，從而可以避免由此所產(chǎn)生的一系列問(wèn)題。這種系統(tǒng)構(gòu)成方式在實(shí)際工程中很少采用，只在英一法海峽直流輸電工程中得到應(yīng)用。,3、雙極金屬中性線方式,雙極金屬中性線方式是在兩端換流器中性點(diǎn)之間增加一條低絕緣的金屬返回線。它相當(dāng)于兩個(gè)可獨(dú)立運(yùn)行的單極金屬回線方式。 為了固定直流側(cè)各種設(shè)備的對(duì)地電位，通常中性線的一端接地，另一端中性點(diǎn)的最高運(yùn)行電壓為流經(jīng)金屬線中最大電流時(shí)的電壓降。這種方式在運(yùn)行中地中無(wú)電流流過(guò)，它既可以避免由于地電流而產(chǎn)生的問(wèn)題，又具有比較高的可靠性和靈活性。 當(dāng)一極線路發(fā)生故障時(shí)，可自動(dòng)轉(zhuǎn)為單極金屬回線方式運(yùn)行。 當(dāng)換流站的一個(gè)極發(fā)

8、生故障需停運(yùn)時(shí)，可首先自動(dòng)轉(zhuǎn)為單極金屬回線方式，然后還可轉(zhuǎn)為單極雙導(dǎo)線并聯(lián)金屬回線方式運(yùn)行。其運(yùn)行的可靠性和靈活性與雙極兩端中性點(diǎn)接地方式相類似。 由于采用三根導(dǎo)線組成輸電系統(tǒng)，其線路結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，線路造價(jià)較高。通常是當(dāng)不允許地中流過(guò)直流電流或接地極極址很難選擇時(shí)才采用。例如，英國(guó)倫敦的金斯諾斯地下電纜直流工程、日本紀(jì)伊直流工程以及加拿大-美國(guó)的魁北克-新英格蘭多端直流工程的一部分是采用這種系統(tǒng)構(gòu)成方式。,高壓直流輸電的主要形式 主要用來(lái)實(shí)現(xiàn)從電源中心到負(fù)荷中心的電能輸送。（從本土到離島經(jīng)過(guò)電纜的直流輸電也屬于這種方式）,根據(jù)功率是否可以雙向傳送可進(jìn)一步分為單方向直流輸電方式和雙方向直流輸電方式

9、。 通常從水電或火電能源基地向負(fù)荷中心的送電、向存在弱交流電網(wǎng)的離島的送電多為單方向直流送電方式。,當(dāng)受端具有一定規(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輸電方式。在這種情況下，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)的換流器既可作整流器，也可用作逆變器。功率正送時(shí)的整流站在功率反送時(shí)為逆變站，而正送時(shí)的逆變站在反送時(shí)為整流站。整流站和逆變站的主接線及一次設(shè)備基本相同，其主要差別在于控制和保護(hù)系統(tǒng)的功能不同。,三、背靠背直流系統(tǒng),背靠背換流站原理接線圖：,背靠背直流系統(tǒng)是輸電線路長(zhǎng)度為零(即無(wú)直流輸電線路)的兩端直流輸電系統(tǒng)，它主要用于兩個(gè)異步運(yùn)行(不同頻率或頻

10、率相同但異步)的交流電力系統(tǒng)之間的聯(lián)網(wǎng)或送電，也稱為異步聯(lián)絡(luò)站。如果兩個(gè)被聯(lián)電網(wǎng)的額定頻率不相同(如50Hz和60Hz)，也可稱為變頻站。非同步聯(lián)網(wǎng)在形成大的聯(lián)合電網(wǎng)中越來(lái)越起著重要的作用。 在背靠背換流站內(nèi)，整流器和逆變器的直流側(cè)通過(guò)平波電抗器相連，而其交流側(cè)則分別與各自的被聯(lián)電網(wǎng)相連，從而形成兩個(gè)交流電網(wǎng)的聯(lián)網(wǎng)。,具有單極方式、雙極方式及多組單極或雙極并聯(lián)方式，換流站內(nèi)的接線方式有換流器組并聯(lián)方式和串聯(lián)方式。 兩個(gè)被聯(lián)電網(wǎng)之間交換功率的大小和方向均由控制系統(tǒng)進(jìn)行快速方便的控制。為降低換流站產(chǎn)生的諧波，通常選擇12脈動(dòng)換流器作為基本換流單元。換流站內(nèi)的接線方式有換流器組的并聯(lián)方式和串聯(lián)方式兩

11、種。,背靠背直流輸電系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是直流側(cè)可選擇低電壓大電流(因無(wú)直流輸電線路，直流側(cè)損耗小)，可充分利用大截面晶閘管的通流能力，同時(shí)直流側(cè)設(shè)備(如換流變壓器、換流閥、平波電抗器等)也因直流電壓低而使其造價(jià)相應(yīng)降低。 由于整流器和逆變器均裝設(shè)在一個(gè)閥廳內(nèi)，直流側(cè)諧波不會(huì)造成對(duì)通信線路的干擾，因此可省去直流濾波器，減小平波電抗器的電感值。由于上述因素使得背靠背換流站的造價(jià)比常規(guī)換流站的造價(jià)降低約15%一20%。,交、直流并列送電方式,其它方式：,兩端交流系統(tǒng)既有交流的聯(lián)系，又有直流的聯(lián)系，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)時(shí)的穩(wěn)定控制發(fā)揮重要作用。

12、與直流輸電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。,交、直流疊加送電,在交流線路中疊加上直流分量，使原交流輸電通道同時(shí)輸送交流和直流電能：一方面可以發(fā)揮直流輸電不受系統(tǒng)功角穩(wěn)定限制，提高了線路的傳輸能力；另一方面可以發(fā)揮交流輸電便于在輸電中途形成中間弱點(diǎn)的優(yōu)勢(shì)。 為了避免直流分量流入主變壓器，必須在主變壓器和直流接入點(diǎn)之間增加隔直串聯(lián)電容器。 對(duì)于交、直流疊加后形成的脈動(dòng)電壓、電流的保護(hù)、控制等對(duì)策很復(fù)雜，目前還處在研究階段，尚無(wú)工程實(shí)例。,線路并聯(lián)多回送電方式,每個(gè)極線采用兩回輸電線路，可提高輸電的容量、輸電的可靠性及可用率。 必須配備相應(yīng)的高壓直流斷路器，以便快速、可靠

13、地對(duì)線路進(jìn)行投切。但目前高壓大容量直流斷路器產(chǎn)品還很不完善。,三極直流輸電,利用已有交流輸電通道，采用換流組合拓?fù)洌瑢?shí)現(xiàn)三極直流輸電。 目前尚在研究初期階段，西門子公司開(kāi)展過(guò)一些試驗(yàn)研究，尚無(wú)工程實(shí)例。,換流器并聯(lián)方式的多回線送電,換流器和輸電線路均構(gòu)成并聯(lián)方式的接線?？赏ㄟ^(guò)兩組直流輸電間的連接通路，實(shí)現(xiàn)相互備用，提高直流輸電的可靠性和可用率。,四、多端直流輸電系統(tǒng),多端直流輸電系統(tǒng)是由三個(gè)及以上換流站以及連接換流站之間的高壓直流輸電線路所組成，以實(shí)現(xiàn)多個(gè)電源系統(tǒng)向多個(gè)受端系統(tǒng)的輸電。 多端直流輸電系統(tǒng)可以解決多電源供電或多落點(diǎn)受電的輸電問(wèn)題，它還可以聯(lián)系多個(gè)交流系統(tǒng)或者將交流系統(tǒng)分成多個(gè)孤立

14、運(yùn)行的電網(wǎng)。在多端直流輸電系統(tǒng)中的換流站，可以作為整流站運(yùn)行，也可以作為逆變站運(yùn)行，但作為整流站運(yùn)行的換流站總功率與作為逆變站運(yùn)行的總功率必須相等，即整個(gè)多端系統(tǒng)的輸入和輸出功率必須平衡。 目前只有意大利一撒丁島(三端)和魁北克一新英格蘭(五端)直流輸電工程為多端直流輸電系統(tǒng)。,根據(jù)換流站在多端直流輸電系統(tǒng)之間的連接方式可以分為并聯(lián)方式或串聯(lián)方式，連接換流站之間的輸電線路可以是分支形或閉環(huán)形。,并聯(lián)分支形,并聯(lián)閉環(huán)形,串聯(lián)接線,串聯(lián)方式的特點(diǎn),各換流站均在同一個(gè)直流電流下運(yùn)行，換流站之間的有功調(diào)節(jié)和分配主要是靠改變換流站的直流電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)。 串聯(lián)方式的直流側(cè)電壓較高，在運(yùn)行中的直流電流也較大，因

15、此其經(jīng)濟(jì)性能不如并聯(lián)方式好。 當(dāng)換流站需要改變潮流方向時(shí)，串聯(lián)方式只需改變換流器的觸發(fā)角，使原來(lái)的整流站(或逆變站)變?yōu)槟孀冋?或整流站)運(yùn)行，不需改變換流器直流側(cè)的接線，潮流反轉(zhuǎn)操作快速方便。,當(dāng)某一換流站發(fā)生故障時(shí)，可投入其旁通開(kāi)關(guān)，使其退出工作，其余的換流站經(jīng)自動(dòng)調(diào)整后，仍能繼續(xù)運(yùn)行，不需要用直流斷路器來(lái)斷開(kāi)故障。 當(dāng)某一段直流線路發(fā)生瞬時(shí)故障時(shí)，需要將整個(gè)系統(tǒng)的直流電壓降到零，待故障消除后，直流系統(tǒng)可自動(dòng)再起動(dòng)。 當(dāng)一段直流線路發(fā)生永久性故障時(shí)，則整個(gè)多端系統(tǒng)需要停運(yùn)。,并聯(lián)方式的特點(diǎn),各換流站在同一個(gè)直流電壓下運(yùn)行，換流站之間的有功調(diào)節(jié)和分配主要是靠改變換流站的直流電流來(lái)實(shí)現(xiàn)。由于并聯(lián)方式在運(yùn)行中保持直流電壓不變，負(fù)荷的減小是用降低直流電流來(lái)實(shí)現(xiàn)，因此其系統(tǒng)損耗小，運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性也好。 由于并聯(lián)方式具有上述優(yōu)點(diǎn)，因此目前已運(yùn)行的多端直流系統(tǒng)均采用并聯(lián)方式。,并聯(lián)方式的主要缺點(diǎn)是當(dāng)換流站需要改變潮流方向時(shí)，除了改變換流器的觸發(fā)角，使原來(lái)的整流站(或逆變站)變?yōu)槟孀冋?或整流站)以外，還必須將換流器直流側(cè)兩個(gè)端子的接線倒換過(guò)來(lái)接入直流網(wǎng)絡(luò)才能實(shí)現(xiàn)。因此，并聯(lián)方式對(duì)潮流變化頻繁的換流站是很不方便的。,另外，在并聯(lián)方式中當(dāng)某一換流站發(fā)生故障需退出工作時(shí)，需要用直流斷路器來(lái)斷開(kāi)故障的換流站。在目前高電壓、大功率直流斷路器尚