直流输电技术浅谈课件

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,*,*,直流输电技术浅谈,.,.,直流输电技术浅谈.,1,主要内容,直流输电概述,VSC-HVDC,数学模型,VSC-HVDC,控制器设计,总结,.,.,主要内容直流输电概述.,2,一、直流输电概述,直流输电发展过程,最早期，直接由直流电源送往直流负荷；,随着交流发电机、感应电动机及变压器的发展，发电和用电领域被交流电所取代。,直流输电仍有其存在价值，交流电无法取代！,汞弧阀换流时期,1901,年发明；制造技术复杂、价格昂贵、可靠性低、运行维护不便,晶闸管阀换流时期,20,世纪,70,年代以后；逐步替代汞弧阀；,新型半导体换流时期（,IGBT,，,IGCT,）,20,世纪,90,年代；损耗低、可靠性高、体积小、具有自关断能力，将会逐步取代晶闸管。,.,.,一、直流输电概述直流输电发展过程.,3,一、直流输电概述,我国的直流输电发展情况,50,年代，我国关于直流输电技术的研究工作就开始起步，但发展曲折而缓慢，而且从设计、运行、制造等方面来看，与世界先进水平还有相当大的差距。浙江舟山直流输电工程是我国第一个直流输电试点工程，为发展我国的直流输电技术进行探索、积累经验。,葛州坝上海,-,南桥直流输电工程是我国第一个跨地区、跨系统的超高压、远距离直流输电工程。,三峽工程,;,天,-,广工程,;,贵,-,广工程,;,向家坝,-,上海；云,-,广工程,;,锦屏,-,苏南；,我国正在设计或拟议中的其它工程有：西北,-,华北直流输电互联工程、宝鸡,-,成都直流输电工程,.,.,一、直流输电概述我国的直流输电发展情况.,4,一、直流输电概述,直流输电基本原理,A,、,B,为两个换流站，换流站中主要设备为换流器，主要实现交流与直流的相互转换。,换流器由一个或多个换流桥串联或并联而成。主要拓扑为三相桥结构，由于每个桥臂都具有可控的单向导通性，因此又称为阀或阀臂。,交流系统,1,向交流系统,2,输电时，,A,为整流站，,B,为逆变站。,.,.,一、直流输电概述直流输电基本原理A、B为两个换流站，换流站中,5,一、直流输电概述,直流输电基本原理,直流线路电流,直流输电线路和交流输电线路不同，,它只输送有功功率，不输送无功功率,。,直流线路损耗,只需要改变电压,V,d1,和,V,d2,，就可以调节电流,I,d,，从而改变直流线路输送功率。,.,.,一、直流输电概述直流输电基本原理直流线路电流直流输电线路和交,6,一、直流输电概述,直流输电系统分类,单极线路方式,(a),单极单线制接线方式,(b),单极双线制接线方式,.,.,一、直流输电概述直流输电系统分类单极线路方式(a)单极单,7,一、直流输电概述,直流输电系统分类,双,极线路方式,(a),双极中性点两端接地式,.,.,一、直流输电概述直流输电系统分类双极线路方式(a)双极中,8,一、直流输电概述,直流输电系统分类,双,极线路方式,(b),双极中性点单端接地式,.,.,一、直流输电概述直流输电系统分类双极线路方式(b)双极中,9,一、直流输电概述,直流输电系统的特点,优点,一、输送相同功率时，线路造价低；,3,根线,1,(2),根线,二、线路损耗小；,没有无功损耗，无集肤效应,三、适宜海下输电；,四、没有系统稳定问题；,无相位、频率等同步问题,五,、能限制系统的短路电流；,“定电流控制”,六、调节速度快、运行可靠；,七、实现交流系统的异步联接；,“背靠背”换流站,八、直流输电可方便进行分期建设和增容扩建，有利于发挥投资效益。,.,.,一、直流输电概述直流输电系统的特点优点一、输送相同功率时,10,一、直流输电概述,直流输电系统的特点,缺点,一、换流站的设备较昂贵；,二、换流器装置要消耗大量的无功功率；,三、产生谐波影响；,四、换流装置几乎没有过载能力，对直流系统的运行不利；,五,、缺乏高压直流开关；,六、直流输电利用大地（或海水,）为回路而带来的一系列技术问题；,七、直流输电线路难以引出分支线路，绝大部分只适用于端对端送电。,.,.,一、直流输电概述直流输电系统的特点缺点一、换流站的设备较,11,一、直流输电概述,直流输电的应用场合,远距离大功率输电；,海底电缆送电；,不同频率或同频率非周期运行的交流系统之间的联络；,用地下电缆向大城市供电；,交流系统互联或配电网增容时，作为限制短路电流的措施之一；,配合新能源的输电。,.,.,一、直流输电概述直流输电的应用场合远距离大功率输电；.,12,二、VSC-HVDC数学模型,VSC-HVDC,:Voltage Source Converter High Voltage Direct Current,基于电压源型换流器的直流输电系统,作以下假设：,交流侧电网电动势为纯正弦波；,换流器见为理想器件，其等效电阻与环流变压器电阻等等效电阻包含在电阻,R,1,、,R,2,中；,交流侧换流变压器为线性，不考虑饱和情况；,直流侧为对称运行，系统稳态运行时无接地电流。,.,.,二、VSC-HVDC数学模型VSC-HVDC:Voltag,13,二、VSC-HVDC数学模型,由于两端换流站原理相同，故分析整流侧，逆变侧同理可推出。,定义开关函数：,.,.,二、VSC-HVDC数学模型由于两端换流站原理相同，故分析整,14,二、VSC-HVDC数学模型,由,KVL,可得交流侧电压微分方程：,又因为：,所以有：,由,KCL,可得直流侧电流微分方程：,又因为：,所以有：,同理，对逆变侧进行分析，可得,对直流侧，有：,.,.,二、VSC-HVDC数学模型由KVL可得交流侧电压微分方程：,15,二、VSC-HVDC数学模型,自然采样法,占空比,d,k,与开关函数,s,k,的关系：,经傅里叶分解，可得：,忽略高频分量，有：,将该式代入基于开关函数的,VSC-HVDC,数学模型即可得到采用占空比描述的低频数学模型。,.,.,二、VSC-HVDC数学模型自然采样法占空比dk与开关函数s,16,二、VSC-HVDC数学模型,利用等量,park,变换矩阵：,可将数学模型转换到,dq,坐标系下：,.,.,二、VSC-HVDC数学模型利用等量park变换矩阵：可将数,17,二、VSC-HVDC数学模型,VSC-HVDC,控制量与被控量之间的关系,由柔性直流输电的原理可知，连结两个交流系统网络的换流器是一个两输入（移相角,和调制比,M,）、两输出（有功功率类和无功功率类物理量）、非线性、非解耦的被控对象。,利用功率传输方程推导控制量与被控量之间的关系（以整流部分为例）。,.,.,二、VSC-HVDC数学模型VSC-HVDC控制量与被控量之,18,二、VSC-HVDC数学模型,交流电压,U,s1,超前换流器端电压,U,c1,的角度为,1,，则：,所以有：,换流器吸收无功功率,令,.,.,二、VSC-HVDC数学模型交流电压Us1超前换流器端电压U,19,二、VSC-HVDC数学模型,所以可整理得：,又换能器端电压与直流电压的关系为：,令,得到控制量与被控量的关系为：,在,dq,坐标系中,.,.,二、VSC-HVDC数学模型所以可整理得：又换能器端电压与直,20,二、VSC-HVDC控制器设计,目前，在工程和研究中，按照,被控量来分类，柔性直流输电有以下两种控制方式：,定有功功率类控制,：即根据有功功率类物理量参考值与测量值之间的偏差，来调节换流站输出端电压与交流系统电压之间的相角差，使有功功率稳定在设定值。其调节量直接或间接与有功功率有关，包括,定有功功率控制,、,定直流电压控制,、,定直流电流控制,和,定频率控制,。,定无功功率类控制,：即根据无功功率类物理量参考值与测量值之间的偏差，来调节换流站输出端电压与交流系统电压之间的相角差，使无功功率稳定在设定值。其调节量直接或间接与无功功率有关，包括,定无功功率控制,、,定交流电压控制,。,通过理论分析可知，,系统传输的有功功率主要由移相角,决定,，而,无功功率主要由换流站输出端电压,U,c,决定,，,后者与直流电压和调制比,M,之积成正比,，所以通过对两个变量,和,U,c,的调节即可实现对系统有功功率和无功功率的控制。,.,.,二、VSC-HVDC控制器设计目前，在工程和研究中，按照被控,21,二、VSC-HVDC控制器设计,A,为有功功率类控制量,B,为无功功率类控制量,.,.,二、VSC-HVDC控制器设计A为有功功率类控制量B为无,22,二、VSC-HVDC控制器设计,.,.,二、VSC-HVDC控制器设计.,23,二、VSC-HVDC控制器设计,根据应用场合的不同，外环电压控制器的组合策略也不同，在设计时要保证以下三点：,为保持系统的稳定和有功功率平衡，,必须有一端采用定直流电压控制,，其它端可采用除定直流电压控制之外的其它有功类控制。,每个换流站只能同时采用有功功率类控制和无功功率类控制中的各一种，即,同属一类的的控制器不可在一座换流站同时采用,。,向,无源网络供电,时，,整流站必须采用定直流电压控制,，,逆变站采用定交流电压控制,。,.,.,二、VSC-HVDC控制器设计根据应用场合的不同，外环电压控,24,三、总结,直流输电技术相较于交流输电技术有着许多优点，特别在于远距离输电和海底输电等场合,。技术上仍有许多值得研究学习的地方。,拓扑结构与,STATCOM,及,PWM,整流器等类似，因此建模过程及控制方法上能够互相借鉴，触类旁通。,仅仅是抛砖引玉，希望大家能够得到一些启发。,.,.,三、总结直流输电技术相较于交流输电技术有着许多优点，特别在于,25,谢谢大家！,.,.,谢谢大家！.,26,