总结与复习.ppt

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1、HVDC总结与复习,2019/9/1,2,第一部分 高压直流输电 第一章 高压直流输电基本概念 第二章 换流器工作原理 第三章 换流站谐波与无功补偿 第四章 高压直流输电的控制 第五章 高压直流输电的新技术及新发展,2019/9/1,3,HVDC系统的组成及工作原理,组成,主要设备及其作用,优缺点,类型,换流器工作原理,特征谐波,无功补偿,换流站控制,2019/9/1,4,第一章 主要内容,第一章 高压直流输电基本概念 1.1 高压直流输电的发展 1.2 高压直流输电的组成及工作原理 1.3 高压直流输电的分类 1.4 高压直流输电的特点及适用场合,2019/9/1,5,HVDC系统的组成及工

2、作原理,2019/9/1,6,两端直流输电系统及其分类,由两侧换流站及直流输电线路组成的交-直-交变换的系统，称为两端直流输电系统。 类型：,单极 双极 同极 背靠背,一线一地制(单极大地回线、单极双导线并联大地回线)、两线制/单极金属回线 两线一地制/双极两端中性点接地、两线制/双极一端中性点接地、三线制/双极金属中线 同极 背靠背,2019/9/1,7,HVDC系统构成方式-两端,2019/9/1,8,类型：单极两端直流输电系统,类型：一线一地制(单极大地回线、单极双导线并联大地回线)、两线制/单极金属回线,2019/9/1,9,双极两端直流输电系统,类型：两线一地制/双极两端中性点接地、

3、两线制/双极一端中性点接地、三线制/双极金属中线,2019/9/1,10,双极系统：双极运行方式,2019/9/1,11,双极系统：单极运行、大地回路方式,2019/9/1,12,双极系统：单极运行、金属回路方式,2019/9/1,13,双极系统：单极双线并联运行、大地回路方式,2019/9/1,14,两端HVDC系统的典型设计方案,双极双桥,2019/9/1,15,换流站的主要设备,换流阀 换流变压器 平波电抗 交流开关设备 交流滤波器及无功补偿装置 直流开关设备 直流滤波器 控制与保护装置 远程通信系统,2019/9/1,16,HVDC的优点,技术上： 1.有利于改善交流系统的稳定性 2.

4、线路故障时的自防护能力强 3.调节速度快，运行可靠 4.限制交流系统的短路容量 5.实现交流系统的非同步联网（输电） 6.同等电压等级下，输送更多的功率 可靠性： 直流输电与交流输电的可靠性相当 经济上： 1. 线路造价低 2. 运行损耗小 3. 特别适合电缆输电,2019/9/1,17,高压直流输电的缺点,1、换流站设备多、结构复杂、造价高、损耗大、运行费用高； 2、换流器产生大量谐波； 3、换流器无功消耗量大; 4、直流断路器由于没有电流过零点可以利用，灭弧问题难 以解决，给制造带来困难。 5、换流器过载能力低； 6、在某些运行方式下，对地下（或海中）物体产生电磁干扰和电化学腐蚀。,201

5、9/9/1,18,HVDC的接地极问题,大地（海水）回路在HVDC中的普遍应用 接地极：故障的多发区 危险的电位梯度 电解腐蚀问题 磁场影响 ,2019/9/1,19,第二章 主要内容,第二章 换流器工作原理 2.1 单桥整流器工作原理 2.2 双桥整流器工作原理 2.3 单桥逆变器工作原理 2.4 双桥逆变器工作原理,2019/9/1,20,HVDC原理示意图,双桥换流器,2019/9/1,21,换流器组成方式,1个或多个单桥直流端串联、交流端并联构成。 单桥：三相桥式全控换流电路（三相6脉动换流电路）,桥臂/阀臂/阀,桥交流端,2019/9/1,22,单桥整流器的工作原理,单桥等效电路原理

6、图,HVDC系统,2019/9/1,23,电压波形（ 、 ）-单桥整流器,= 5 57粉红-uMO 蓝色-uNO 红色-uduMN ,绿色-uv3,2019/9/1,24,等效电路（单桥整流器）,（13）,2019/9/1,25,外特性曲线（单桥整流器）,（13）,2019/9/1,26,单桥整流器的运行方式,工况2-3 -正常运行方式 工况3 -非正常运行方式 工况3-4 -故障运行方式,工况2-3： 在600的重复周期中，2个阀和3个阀轮流导通的运行方式。,2019/9/1,27,单桥逆变器的工作原理,逆变器接入HVDC系统的方式,2019/9/1,28,单桥逆变器的运行方式,工况2-3

7、-正常运行方式 工况3-4 -故障运行方式,工况2-3： 在600的重复周期中，2个阀和3个阀轮流导通的运行方式。,2019/9/1,29,电压波形（ 、 ）-单桥逆变器-带,2019/9/1,30,逆变运行的充要条件,与交流系统相连-有源逆变； 与足够大的直流电源相连； 具有使在 90 180 范围内调节的控制能力。,2019/9/1,31,换相失败,逆变器侧的熄弧阀在换相结束后重新导通的过程。,原因：过小，熄弧阀在换相结束后没有足够的时间恢复其正向阻断能力。 分类：,一次换相失败 连续两次换相失败,对策：控制系统闭锁， HVDC系统短时停运。,一般，80%的一次换相失败不会发展为连续两次换

8、相失败。,电压、阀电流波形,电压、阀电流波形,2019/9/1,32,电压波形（含一次换相失败）,2019/9/1,33,阀电流波形（含一次换相失败）,2019/9/1,34,电压波形比较（单桥R和I）,2019/9/1,35,电压波形比较（单桥R和I）,= 5 57 ，180= 123 175,2019/9/1,36,等效电路（单桥逆变器）,2019/9/1,37,外特性曲线（单桥逆变器）,2019/9/1,38,双桥换流器,2019/9/1,39,双桥换流器等效电路,R,2019/9/1,40,双桥换流器的运行方式,工况4-5 -正常运行方式 工况5 -非正常运行方式 工况5-6 -非正常

9、运行方式 等等,导通顺序:,2019/9/1,41,双桥换流器电压波形（理想情况）,2019/9/1,42,双桥换流器电压波形（正常方式）,双桥换流器等效电路,2019/9/1,43,双桥换流器的外特性-整流器,双桥整流器的外特性方程 定角的外特性方程：,（42）,等值换相电阻/比换相压降：,2019/9/1,44,双桥换流器的外特性-逆变器,双桥逆变器的外特性方程,（50）,定 角的外特性方程：,定 角的外特性方程：,（51）,2019/9/1,45,第三章 主要内容,第三章 换流站谐波抑制与无功补偿 3.1 换流器的特征谐波 3.2 换流器的非特征谐波 3.3 换流站谐波抑制措施 3.4

10、换流站无功补偿,2019/9/1,46,谐波的危害,1. 使电机、电容器等设备由于附加损耗增加而过热，缩短寿命； 2. 产生谐波放大甚至谐振，危及设备安全； 3. 引起电机机械振动； 4. 对电信设备产生干扰； 5. 使保护、控制设备误动作； 6. 降低测量精度。,2019/9/1,47,换流变阀侧电流特征谐波的特性,（ ）,呈正序,2019/9/1,48,换流器AC侧特征谐波的特性-正常工况,1、谐波次数,电流波形,2019/9/1,49,单桥整流电压中特征谐波的特性,1、谐波次数,HVDC系统,2、谐波电压的数值,谐波电压有效值（ ）,（40）,2019/9/1,50,HVDC系统的谐波抑

11、制措施,常用措施：1. 增加换流器的脉动（波）数； 2. 装设滤波器,2019/9/1,51,滤波器,一、滤波器分类,按用途分类：交流滤波器、直流滤波器； 按连接方式分类：串联滤波器、并联滤波器； 按电源特性分类：有源滤波器、无源滤波器 按滤波的实现方式（按阻抗特性）分类： 单调谐滤波器、双调谐滤波器、 三调谐滤波器、高通滤波器,2019/9/1,52,二、滤波器的阻抗特性,单调谐滤波器,（48）,2019/9/1,53,单调谐滤波器的特点,谐振阻抗最小,(49),谐振角频率：,(50),品质因素：,通常,2019/9/1,54,第四章 主要内容,第四章 高压直流输电的控制 4.1 控制系统的

12、配置 4.2 基本控制原理 4.3 基本控制及其控制特性 4.4 改善HVDC控制特性的其他控制,2019/9/1,55,HVDC控制系统的配置,2019/9/1,56,HVDC控制系统配置的特点,特点：分层控制,站 控,双极控制,阀控,系统控制,极 控,换流器控制,单独控制,2019/9/1,57,基本控制原理,HVDC等效电路：,外特性方程：,2019/9/1,58,HVDC等效电路-2,外特性方程：,2019/9/1,59,HVDC控制手段,触发脉冲相位控制：调节 换流变分接头控制：调节换流变分接头,HVDC控制手段：,两类控制手段比较,2019/9/1,60,基本控制及其控制特性,基本

13、控制： 保证HVDC系统正常运行所必需的最低限度的控制。 包含：,定触发角控制 定电流控制 启停控制 换流变分接头控制,定熄弧角控制 定电压控制 潮流反转控制,2019/9/1,61,定触发角控制,控制特性方程：,特点： 关于 的下倾的直线簇。 增加，向下平移。,通常：,2019/9/1,62,定熄弧角控制,控制特性方程：,通常：,特点： 关于 的下倾的直线簇。 增加，向下平移。,2019/9/1,63,定（直流）电流控制,控制特性方程：,选 为控制对象的原因：,有效限制故障时 的上升。,的变化主要由 决定；,2019/9/1,64,定电流控制的配合,两站均装定电流控制,逆变站安装定电流控制的

14、目的： 当 下降过多时，协助整流站的定电流控制，使 迅速恢复正常值。,2019/9/1,65,定电流控制的配合,两站均装定电流控制,逆变站安装定电流控制的目的： 当 下降过多时，协助整流站的定电流控制，使 迅速恢复正常值。,2019/9/1,66,HVDC协调控制方式-1,协调控制方式-1,整流站：定（直流）电流、定最小触发角 逆变站：定熄弧角、定（直流）电流,2019/9/1,67,协调控制方式-1的特点,在协调控制方式-1下，HVDC系统的特性：,是静稳的； 逆变器发生换相失败的风险降低； 对于弱受端AC系统，可能导致母线电压不稳定,相对于HVDC系统而言，AC系统分为：,强（AC）系统：

15、如葛上、天广、三常、三广、贵广等 弱（AC）系统：如舟山、嵊泗,2019/9/1,68,HVDC协调控制方式-2,协调控制方式-2,整流站：定（直流）电流、定最小触发角 逆变站：定电压、定熄弧角、定（直流）电流,2019/9/1,69,协调控制方式-2的特点,在协调控制方式-2下，HVDC系统的特性：,是静稳的； 逆变器发生“电压不稳定”的风险降低； 正常运行时逆变器吸收的无功功率较大； 轻载时逆变器吸收的无功功率很大，无功投资增加。,适用性：弱受端（AC）系统,2019/9/1,70,启停控制,分类：,正常启动 正常停运 故障紧急停运 （故障后的）自动再启动,为减小启停过程产生的过电压和过电

16、流，以及对两侧AC系统的冲击，正常启停按照一定步骤顺序进行。,2019/9/1,71,第五章 主要内容,第五章 高压直流输电的新技术及新发展 5.1 特高压直流输电 5.2 强迫换相换流器 5.3 轻型直流输电 5.4 光直接触发晶闸管,2019/9/1,72,5.1.4 特高压直流输电,Ultra High Voltage Direct Current transmission - UHVDC,指800kV级高压直流输电系统，其系统组成形式与超高压直流输电(EHVDC)相同，但单桥个数、输送容量、电气一次设备的容量及绝缘水平等相差很大。,2019/9/1,73,一、UHVDC系统图,2019

17、/9/1,74,5.2 轻型直流输电,名称:,HVDC Light (ABB),HVDC plus (Siemens),轻型直流输电(中国)；柔性直流输电,VSC-HVDC: HVDC based on Voltage Source Converter,2019/9/1,75,5.2 轻型直流输电,特点：,输送容量小（200300MW以下）；,输送距离短；,采用电压源型逆变器（由全控器件构成）,采用PWM (Pulse Width Modulation )技术,2019/9/1,76,轻型高压直流输电系统结构示意图,2019/9/1,77,5.4 强迫换相换流器,类型：,电容换相换流器（CCC） （不控型）,可控串联电容换相换流器（CSCC） （可控型）,