高压直流输电.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,高压直流输电,HVDC的主要,元件和基本原理,一、主要元件,T T,T X,d,T F,T Q,c,T L,T DL,T 基本原理,交流母线,交流系统 I,无功补偿设备,交 流滤波器,直流线路,V,d,I,换流站I,平波电抗器,直 流滤波器,桥,I,交流母线,换 流变压器,断路器,桥II,图1.1 HVDC原理图,换流站II,交流系统 I I,无功补偿设备,交 流滤波器,换 流变压器,V,d,II,换流器（converter）,将交流电转换成直流电,或者将直流电转换成交流电的设备。,HVDC的主要元件,其中整流器,（Rectifier）-将交流电转换成直流电的换流器。,逆变器,（Inverter）-将直流电转换成交流电的换流器。,图1.2 三相全波桥式换流电路原理图,M,N,V1,V3,V5,V4,V6,V2,A,B,C,单桥,Graetz桥,正 极,共阴极,负 极,共阳极,桥臂/阀臂/阀,桥交流端,上 半 桥/,共阴极半桥,下 半 桥/共阳极半桥,晶闸管,A,M,桥臂组成方式：,晶闸管串联,A,M,晶闸管（串）并联,桥臂特点：,均压,均流,电压：5.59kV,电流：1.23.5kA,R 主电路,T thyristor,T valve 12,T,T,晶闸管（,Thyristor,）,特点：,单向导电,可控导通,K,A,G,导通的充要条件,：,正向电压,0,控制电流脉冲,可靠关断的充要条件,：,正向电流,0,正向电压,0,，且持续一段时间,R 串联,T thyristor 12,作用,:,使,HVDC,系统建立自己的对地参考点,换流变压器,(,Converter Transformer),向换流器提供适当等级的不接地三相电压源,设备,特点,:,接线方式：,Y,0,/Y,Y,0,/,，,Y,0,/Y/,减小注入系统的谐波,R 主电路,短路电抗大：,1520,%,噪声大,T T,作用,:,减小注入直流系统的谐波,平波电抗,器（,Smoothing Reactor,）,减小换相失败的几率R 主电路,参数,:,0.,271,.5,H(,架空线,),12200,mH,(,电缆线,),限制直流短路电流峰值,防止轻载时直流电流间断,T Xd,种类,:,交流滤波器，直流滤波器,滤波器（,Filter,）,减小注入交、直流系统谐波的,设备,R 主电路,有源、无源滤波器,无源滤波器,:,单调谐滤波器,双调谐滤波器,高通滤波器,种类,:,无源类：电容器,无功补偿设备（,Reactive Power,Campensitor,）,R 主电路,有源类：（同步）调相机，,SVC,作用,:,提供换流器所需要的无功功率，减小换流器与系统的无功交换。,换流器吸收无功功率：,3050,%Pd(整流器),4060,%Pd(逆变器),种类,:,架空线路,电缆线路,直流线路,（,DC Line,）,R 主电路,交流断路器,（,Breaker,）,使HVDC完全退出运行,T Line,从交流系统向交流系统输电时，换流站把交流系统送来的三相交流功率变换成直流功率。通过直流输电线路把直流功率输送到换流站，再由换流站将直流功率转换成交流功率，送入交流系统。这个过程称作HVDC。此时换流站为整流站，换流站为逆变站。,二、HVDC的基本原理,R 主电路,I,d,计算公式：,整流站输送功率：,逆变站接受的功率：,直流线损,：,R 主电路,描述整流器工作方式的几个角度,：,=触发延迟角 =叠弧角（换相角）,=熄弧延迟角=+,描述逆变器工作方式的几个角度,：,=触发超前角=-,=熄弧超前角=-,=叠弧角=-=-,二、HVDC的基本原理,换流方程,整流侧,逆变侧,二、HVDC的基本原理,HVDC系统的控制,一、直流系统的控制要求具有下列基本功能：,1、减小由于交流系统电压的变化而引起的直流电流波动。,2、限制最大直流电流，防止换流器受到过载损害；限制最小直流电流，避免电流间断而引起过电压。,3、尽量减小逆变器发生换相失败的概率。,4、适当地减小换流器所损耗的无功功率。,1.5、,正常运行时，直流电压保持在额定值水平，使得当输送给定功率时线路的功率损耗适当。,二、基本控制方式,整流器采用定电流控制和限制控制,逆变器采用恒定熄弧角（CEA）控制和电流控制,直流输电系统中，由于换流器的非线性特性，在,交流系统和直流系统中将出现谐波电压和电流。而,交直流系统间的谐波相互渗透、相互影响，使得谐,波问题的研究变得异常复杂,在,一些理想化的,假设条件下，换流站网侧的三相电,流和直流侧电压中的谐波，其次数和特性比较规律，,它们统称为特征谐波,对于一个换流桥来说，在交流侧产生,pn,1(p为脉,波数，n为正整数)次特征谐波，而在直流侧产生,pn,次特征谐波。,谐波及滤波器,各种各样的不对称，如不等间隔的触发脉冲、母线,电压不对称和相间换相电抗的不对称，将产生额外,的谐波，即“非特征谐波”,目前抑制谐波最广泛采用的方法是装设滤波器。近年来，随着电力电子技术的发展，出现了新型谐波补偿装置有源电力滤波器。这种滤波器即使在谐波频率迅速变化时，也能产生相应的补偿电流，并可根据需要对无功功率进行动态补偿。这是一种非常理想、很有前途的补偿装置。,谐波及滤波器,短路比与有效短路比,无功问题,与低有效短路比系统有关的问题,交直流系统的相互作用,换相失败：在换相电压反向（具有足够的去,游离裕度）之前未能完成换相的故障,换相失败不是由于阀的误操作引起的，而是,外部条件引起的。换相失败对于逆变器来说,更为普遍，往往在大直流电流低交流电压等,扰动时发生。仅当触发电路故障时，整流器,才会发生换相失败,故障,HVDC输电系统的分类一、两端HVDC输电系统：,由两个换流站组成的直流输电系统。,类型：,两端直流输电系统，多端直流输电系统,类型：,单极类,双极类,同极类,背靠背,T SP,T SP,T SP,T SP,单极类：,一线一地制、两线制,一线一地制,两线制,I,d,I,d,双极类：,两线一地制、两线制、三线制,两线一地制,两线制,三线制,I,d,I,d,同极类：,两线一地制、三线制,三线制,I,d,I,d,背靠背(Back-to-Back)：,单极类、双极类、同极类,：没有直流线路的HVDC系统。,适用性,两个,不同额定频率,交流系统的,互联,举例：,1972,年，加拿大，,HVDC,首次全部采用晶闸管元件,新不伦威克省,魁北克省水电站,2,80kV,2,160MW,背靠背,1965,年,日本，,sakuma,工程,：,2125kV,300MW,1200A,50/60Hz,T BtB图,背靠背(B-t-B)：,1991.7,潘家口抽水蓄能电站,-,我国第一个抽水蓄能电站,：,10kV,60MW,50/,3862Hz,G：150MW,G/M：90MW,SFC：60MW,G/M,G/M,G/M,G,SFC,电力系统,10kV,10kV,-Static Frequency Converter,双端,HVDC系统典型设计方案：,双极双桥,如：,葛上工程,天广工程,三常工程,灵宝工程,贵广工程,葛上HVDC系统图,：,209kV,I,d,I,d,500kV,500kV,500kV,198kV,葛洲坝,220kV,南 桥,二、多端HVDC输电系统（MTDC-Multi-Terminal DC),由两个以上换流站组成的HVDC输电系统。,分类：,（,恒电流）串联,-,多个换流站,串联于直流网络中，公共电流流经所有换流站。,（,恒电压）并联,-,多个换流器并联接于同一个公共电压端上的MTDC。,（恒电压）并联式,MTDC,分类：,(1)辐射状直流网络型,-,HVDC网络呈辐射形状的并联式MTDC,(2)网状直流网络型,-,HVDC网络呈环网形状的并联式MTDC,(1),辐射状直流网络型,MTDC-并联式,交流系统,交流系统,1,4,3,2,（a）系统 原 理 图,（b）换流站 原理图,1,2,4,+,_,3,(2),网状直流网络型,MTDC-并联式,4,（a）系统 原 理 图,系统,2,系统,1,3,（b）换流站 原理图,2,4,+,1,3,（恒电流）串联式,MTDC,系统,系统,1,4,3,2,（a）系统 原 理 图,（b）换流站 原理图,I,d,I,d,I,d,I,d,晶闸管,-8kV(-9kV)-2kA-5 inch wafer,晶闸管,R,阀单元,政平换流站阀塔,R,均压示意图,C,1,R,2,R,1,R,2,R,1,C,1,避雷器,L,1,C,2,R,3,R,4,R,均流示意图,M,A,图b)电抗器均流示意图,R,M,A,图a)电阻均流示意图,R,R,政平换流变压器,R,政平换流站500kV交流开关场,R,政平换流站平波电抗器,R,输电线路,R,联络线1-B-t-B工程俯瞰,2000,-2*500MW,-2*500kV,-60/50Hz,-525/500kV,-60/50Hz,R,