HVDC总结与复习

,单击此处编辑母版标题样式,*,*,*,HVDC,总结与复习,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,11/28/2024,2,HVDC,系统的组成及工作原理,换流母线,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,换流母线,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,断路器,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,11/28/2024,3,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,11/28/2024,4,HVDC,系统的组成及工作原理,换流母线,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,换流母线,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,断路器,11/28/2024,5,两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,11/28/2024,6,HVDC,系统构成方式,Monopolar,Transmission Line,Terminal A,Terminal B,Bipolar,Transmission Line,Terminal A,Terminal B,Pole 1,Pole 2,单极系统,双极系统,11/28/2024,7,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,11/28/2024,8,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、,两线制,/,双极一端中性点接地、,三线制,/,双极金属中线,11/28/2024,9,双极系统：双极运行方式,Pole 1,Pole 2,Terminal A,Terminal B,Transmission Line 1,Transmission Line 2,11/28/2024,10,双极系统：单极运行、大地回路方式,Pole 1,Pole 2,Terminal A,Terminal B,Transmission Line 1,Transmission Line 2,11/28/2024,11,双极系统：单极运行、金属回路方式,Pole 1,Pole 2,Terminal A,Terminal B,Transmission Line 1,Transmission Line 2,11/28/2024,12,双极系统：单极双线并联运行、大地回路方式,Pole 1,Pole 2,Terminal A,Terminal B,Transmission Line 1,Transmission Line 2,11/28/2024,13,两端,HVDC,系统的典型设计方案,双极双桥,葛洲坝,南 桥,209kV,I,d,I,d,500kV,500kV,500kV,198kV,220kV,11/28/2024,14,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,11/28/2024,15,HVDC,的优点,技术上：,1.,有利于改善交流系统的稳定性,2.,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,11/28/2024,16,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,。,11/28/2024,17,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,11/28/2024,18,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,11/28/2024,19,滤波,正极,12,脉动,A,端,滤波,负极,12,脉动,B,端,滤波及,无功补偿,直流输电线,交流系统,A,交流系统,B,Y Y,D,Y,Y Y,D,Y,L,d,L,d,HVDC,原理,示意图,双桥换流器,11/28/2024,20,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,11/28/2024,21,单桥整流器的工作原理,单桥等效电路原理图,1,3,5,4,6,2,i,b,M,N,e,a,Lc,A,B,C,Ld,+,u,d,_,I,d,i,c,i,a,Lc,Lc,e,b,e,c,o,HVDC,系统,11/28/2024,22,电压波形（ 、 ）,-,单桥整流器,= 5,57,粉红,-,u,MO,蓝色,-,u,NO,红色,-,u,d,u,MN,绿色,-,u,v3,11/28/2024,23,等效电路（单桥整流器）,（,13,）,+,_,+,_,+,_,（,a,）,等效电路,-1,（,b,）,等效电路,-2,+,_,+,_,+,_,11/28/2024,24,外特性曲线,（单桥整流器）,（,13,）,o,11/28/2024,25,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,60,0,的重复周期中，,2,个阀和,3,个阀轮流导通的运行方式,。,成立的条件,：,同时,11/28/2024,26,单桥逆变器的工作原理,逆变器接入,HVDC,系统的方式,e,b,M,N,I,d,I,d,Lc,e,a,e,c,e,a,e,b,e,c,i,a,i,c,Lc,1,3,5,4,6,2,A,B,C,i,b,i,c,i,b,i,a,Ld,Ld,+,U,dr,+,U,di,A,4,M,N,1,2,5,6,3,B,C,11/28/2024,27,单桥逆变器的运行方式,工况,2-3,-,正常运行方式,工况,3-4,-,故障运行方式,工况,2-3,：,在,60,0,的重复周期中，,2,个阀和,3,个阀轮流导通的运行方式,。,成立的条件,：,同时,11/28/2024,28,电压波形（ 、 ）,-,单桥逆变器,-,带,e,c,e,b,e,a,e,a,e,b,e,c,p4,p3,p6,p1,p2,p5,p1.,p2,P4,p3,p6,p5,612,61,456,345,561,123,234,345,456,561,612,123,234,45,56,61,12,23,34,45,56,12,23,C6,C4,C4,C2,C3,C5,C6,C1,C2,C3,C5,C1,e,ab,e,ac,e,bc,e,ba,e,ca,e,cb,e,ab,e,ac,e,bc,e,ba,e,ca,e,cb,A,e,ab,e,ac,e,bc,e,ba,e,ca,e,cb,e,ab,e,ac,e,bc,e,ba,e,ca,e,cb,11/28/2024,29,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。,e,a,e,b,e,c,i,c,Lc,i,b,i,a,+,u,di,A,4,M,N,1,2,5,6,3,B,C,o,Lc,Lc,I,d,Ld,i,k,11/28/2024,30,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相失败,。,电压,、,阀电流,波形,电压,、,阀电流,波形,11/28/2024,31,电压波形,（含一次换相失败）,612,61,456,345,561,123,124,145,456,561,612,123,234,45,56,61,12,23,14,45,56,12,23,p4,p3,p6,p1,p2,p5,p1.,p2,P4,p3,p6,p5,123,1234,C6,C4,C4,C2,C3,C5,C6,C1,C2,C3,C5,C1,e,c,e,b,e,a,e,a,e,b,e,c,e,ab,e,ac,e,bc,e,ba,e,ca,e,cb,e,ab,e,ac,e,bc,e,ba,e,ca,e,cb,C,6,0,C,1,11/28/2024,32,阀电流波形,（,含一次换相失败）,C4,C4,C2,C3,C5,C2,C3,C5,C1,p4,p3,p6,p1,p2,p5,p1.,p2,P4,p3,p6,p5,612,61,456,345,561,123,124,145,456,561,612,123,234,45,56,61,12,23,14,45,56,12,23,123,1234,C6,e,ab,e,ac,e,bc,e,ba,e,ca,e,cb,e,ab,e,ac,e,bc,e,ba,e,ca,e,cb,C,6,0,C,1,i,V3,i,V5,i,V2,i,V4,i,V1,i,V6,11/28/2024,33,电压波形比较,（单桥,R,和,I,）,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,1,0.5,0.5,1,e,ab,e,ac,e,bc,e,ba,e,ca,e,cb,e,ab,e,ac,e,bc,C2,C3,C4,C5,C6,C1,C2,C3,C1,p1.,p2,p4,p3,p5,p6,p1,p2,p3,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,1,0.5,0.5,1,C2,C3,C4,C5,C6,C1,C2,C3,C1,p5,p6,p2,p1,p3,p4,p5,p6,p1,e,ab,e,ac,e,bc,e,ba,e,ca,e,cb,e,ab,e,ac,e,bc,11/28/2024,34,电压波形比较,（单桥,R,和,I,）,= 5,57,，180,= 123,175,11/28/2024,35,等效电路（单桥逆变器）,+,_,+,_,+,_,（,a,）,等效电路,-1,+,_,+,_,+,_,（,b,）,等效电路,-2,11/28/2024,36,外特性曲线,（单桥逆变器）,I,d,o,11/28/2024,37,滤波,正极,12,脉动,A,端,滤波,负极,12,脉动,B,端,滤波及,无功补偿,直流输电线,交流系统,A,交流系统,B,Y Y,D,Y,Y Y,D,Y,L,d,L,d,双桥换流器,11/28/2024,38,双桥换流器等效电路,R,o,O,i,a1,i,b1,i,c1,i,a2,i,b2,i,c2,A,B,C,L,T,11,31,51,41,61,21,M1,N1,c1,b1,a1,M2,N2,12,32,52,42,62,22,c2,b2,a2,+,u,d,_,T1：Y，y,k = 1 : 1,T2：Y，d,k =,e,A,e,B,e,C,i,A,i,B,i,C,I,d,u,d2,+,_,u,d1,+,_,i,a2,i,b2,i,c2,i,A2,i,B2,i,C2,i,A1,i,B1,i,C1,L,T,O,1,O,2,L,d,L,S,11/28/2024,39,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,-,非正常运行方式,等等,导通顺序,:,11 12 21 22 31 32 41 42 51 52 61 62 11 12,11/28/2024,40,双桥换流器电压波形,（理想情况）,o,e,a1c1,e,a2c2,12,脉动,11/28/2024,41,双桥换流器电压波形,（正常方式）,双桥换流器等效电路,11/28/2024,42,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,：,11/28/2024,43,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,）,11/28/2024,44,11/28/2024,45,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,换流站无功补偿,11/28/2024,46,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。,11/28/2024,47,换流变阀侧电流特征谐波的特性,（ ）,（,11,）,谐波次数,式中,其中,呈,负序,呈正序,11/28/2024,48,换流器,AC,侧特征谐波的特性,-,正常工况,1,、,谐波次数,其中,呈负序,呈正序,（,26,）,式中,脉动数,电流波形,11/28/2024,49,单桥整流电压中特征谐波的特性,1,、,谐波次数,（,39,）,式中,HVDC,系统,2,、,谐波电压的数值,谐波电压有效值,（ ）,（,40,）,11/28/2024,50,HVDC,系统的谐波抑制措施,常用措施：,1.,增加换流器的脉动（波）数；,2.,装设滤波器,项目,方法,1,（增加脉动数）,方法,2,（装设滤波器）,优点,1,、 减少注入,AC,、,DC,系统的谐波成分；,2,、提高注入,AC,、,DC,系统的最低次特征谐波次数。,1,、,降低注入,AC,、,DC,系统的谐波量；,2,、可兼作无功补偿设备。,缺点,脉动数过大（,p12,）,时，换流站投资太大,1,、投资大,2,、占地大,现状,典型设计方案：双极双桥,h,=11,13,次加,HP,滤波器,11/28/2024,51,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,11/28/2024,52,二、滤波器的阻抗特性,单调谐滤波器,（,48,）,（,a,）,电路图,（,b,）,Z,-,f,特性曲线,|Z()|,11/28/2024,53,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,11/28/2024,54,11/28/2024,55,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,11/28/2024,56,HVDC,控制系统的配置,11/28/2024,57,HVDC,控制系统配置的特点,特点,：,分层控制,站 控,双极控制,阀,控,高层,低层,慢,快,系统控制,极 控,换流器控制,单独控制,11/28/2024,58,基本控制原理,+,_,+,_,+,_,+,_,+,_,+,_,整流器等效电路,逆变器等效电路,HVDC,等效电路,：,外特性方程,：,11/28/2024,59,HVDC,等效电路,-2,+,_,+,_,+,_,+,_,+,_,+,_,整流器等效电路,逆变器等效电路,外特性方程,：,11/28/2024,60,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,项 目,触发脉冲相位控制,换流变分接头控制,调节范围,宽,窄,调节速度,快,慢,调节平稳性,平稳,不平稳,结 论,主要控制手段,辅助控制手段,HVDC,控制手段,：,两类控制手段比较,11/28/2024,61,基本控制及其控制特性,基本控制：,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,11/28/2024,62,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,：,o,控制特性曲线,11/28/2024,63,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,。,o,控制特性曲线,11/28/2024,64,定（直流）电流控制,控制特性方程,：,选 为控制对象的原因,：,控制特性曲线,有效限制故障时 的上升,。,的变化主要由 决定,；,11/28/2024,65,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,。,11/28/2024,66,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,。,11/28/2024,67,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,HVDC,协调控制特性曲线,稳态运行,工作点,11/28/2024,68,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,：,如葛上、天广、三常、三广、贵广等,弱（,AC,）,系统：,如舟山、嵊泗,11/28/2024,69,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,HVDC,协调控制特性,-2,曲线,稳态运行,工作点,定电压控制,定熄弧角控制,11/28/2024,70,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,11/28/2024,71,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。,11/28/2024,72,11/28/2024,73,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,11/28/2024,74,5.1.4,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。,11/28/2024,75,一、,UHVDC,系统图,换流母线,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,换流母线,换流变压器,断路器,桥,II,图,1.1 UHVDC,系统图,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,断路器,11/28/2024,76,5.2,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,11/28/2024,77,5.2,轻型直流输电,特点,：,输送容量小,（,200,300MW,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,11/28/2024,78,轻型高压直流输电系统结构示意图,11/28/2024,79,5.4,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）,11/28/2024,80,11/28/2024,81,