第一篇：高壓直流開關(guān)電源的設(shè)計與實驗研究

引言

在國內(nèi)，低壓通信電源較成熟，高壓開關(guān)電源尚處于研究階段。一般大功率直流開關(guān)電源輸入多采用220 V交流電網(wǎng)，為降低對電網(wǎng)的諧波污染，提高輸入端功率因數(shù)，一般要經(jīng)過PFC級整流，然后將PFC級輸出電壓送入DC/DC級進行變換。但高壓直流開關(guān)電源輸出電壓較大，會對DC/DC級產(chǎn)生較大影響。

此處研制的高壓直流開關(guān)電源采用兩級變換裝置，前級220 V交流經(jīng)過不控整流和APFC得到380 V穩(wěn)定直流;后級選擇在初級加箝位二極管的改進型ZVS移相全橋變換器，經(jīng)過變壓器變壓和隔離，采用全橋不控整流和LC濾波，最終得到精密的240 V直流輸出。設(shè)計了控制系統(tǒng)，選擇合理的參數(shù)提高開關(guān)電源性能，并通過實驗驗證了設(shè)計的可行性和有效性。主電路的設(shè)計

2.1 有源功率因數(shù)校正電路

APFC采用全控開關(guān)器件構(gòu)成的開關(guān)電路對輸入電流波形進行控制，使輸入電流成為與電源電壓同相的正弦波，功率因數(shù)高達0.995,從而徹底解決了整流電路的諧波污染和功率因數(shù)低的問題。此處采用軟開關(guān)單相APFC,其主電路如圖1所示。

2.1.1 APFC軟開關(guān)電路

圖1中，為了讓主開關(guān)管VQ實現(xiàn)ZVS,引入了輔助開關(guān)管VQx,在每一次VQ需要進行狀態(tài)轉(zhuǎn)換前，先導(dǎo)通VQx,使輔助電路諧振，為VQ創(chuàng)造軟開關(guān)條件。VQ完成狀態(tài)轉(zhuǎn)換后，盡快關(guān)斷VQx,使輔助電路停止諧振，電路重新以常規(guī)PWM方式運行。

2.1.2 APFC軟開關(guān)諧振參數(shù)的選取

軟開關(guān)APFC電路中一個重要參數(shù)就是諧振電感L1.L1可由二極管VDR的反向恢復(fù)時間tVDR來估算，取諧振電感電流iL1上升時間tr=3tVD R,則最大電流上升率可確定為：

di/dt=ILmax/(3tVDR)(1)

式中：ILmax為最大電感電流。

L1的表達式為：

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L1=Uo/(di/dt)(2)

式中：Uo為APFC輸出電壓。

實際選取L1=5μH.2.2 ZVS移相全橋變換器

ZVS移相全橋變換器充分利用主電路寄生參數(shù)，如開關(guān)器件的寄生電容、變壓器漏感和線路電感等來實現(xiàn)軟開關(guān)。DC/DC級選用初級加箝位二極管的改進型ZVS全橋變換器，如圖2所示。變換器在一個開關(guān)周期有18種開關(guān)模態(tài)，其工作波形如圖3所示。

2.2.1 移相全橋ZVS的實現(xiàn)

開關(guān)管零電壓關(guān)斷的原因是由于存在結(jié)電容，導(dǎo)致兩端電壓不能突變。零電壓開通則需要足夠的能量給將要開通的開關(guān)管結(jié)電容放電，給關(guān)斷的開關(guān)管結(jié)電容充電，同時還要抽走變壓器初級繞組中寄生電容CTR中的電荷。對于超前橋臂，該能量由諧振電感Lr和折算到初級的濾波電感Lf串聯(lián)共同提供，Lf很大，所以容易實現(xiàn)ZVS.而對于滯后橋臂，由于此時變壓器次級被短路，能量僅由Lr提供，所以滯后橋臂實現(xiàn)ZVS較困難。特別是負載很輕時，Lr中的能量不夠完成結(jié)電容的充放電轉(zhuǎn)換，滯后橋臂就不能實現(xiàn)ZVS.為滿足滯后橋臂的ZVS,必須使Lr取值較大。

2.2.2 次級占空比丟失問題

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次級占空比Ds小于初級占空比Dp,其差值即為次級占空比丟失，即Dlose=Dp-Ds.占空比丟失原因是初級電流ip由正向(或負向)變化到負向(或正向)，負載電流需要一段時間，即為圖3中的[t3~t6]和[t12~t15].在這段時間內(nèi)，雖然初級有電壓，但ip不足以提供負載電流，次級整流管全部導(dǎo)通，變壓器初、次級短路，負載處于續(xù)流階段，整流輸出為零。這樣次級就丟失了[t3~t6]和[t12~t15]這兩段時間的方波電壓，它與開關(guān)周期Ts的比值即為Dloss,Dloss=(t3,6+t12,15)/Ts=2t3,6/Ts,其中t3,6=Lr[ILf(t3)-ILf(t6)/K]/Uin,則可得：

Dloss=2Lr[ILf(t3)-ILf(t6)/K]/(UinTs)(3)

由式(3)可知，Dloss與Lr和iLf成正比，與Uin和變壓器變比K成反比。因此，Lr的值需權(quán)衡取值，既要在盡可能寬的范圍內(nèi)保證軟開關(guān)，又不能太大，以免造成較大的占空比丟失。

2.2.3 諧振電感的選取

滯后橋臂要實現(xiàn)ZVS,Lr必須滿足：

式中：I為滯后開關(guān)管關(guān)斷時ip的大小;Coss為開關(guān)管在Uin時的輸出電容。

選擇在1/3負載以上實現(xiàn)滯后橋臂軟開關(guān)，要求輸出濾波電感電流的最大脈動量△ILf為最大輸出電流的20%,則：

I=(Io/3+△ILf/2)/K=4.09 A(5)

由式(4)可求出Lr>19μH,實際選擇20μH.2.2.4 次級整流橋輸出寄生振蕩的抑制

ZVS移相全橋變換器輸出整流二極管都未工作在軟開關(guān)狀態(tài)，存在反向恢復(fù)的過程。在輸出整流二極管換流時，Lr(包括變壓器漏感)和整流橋二極管的結(jié)電容及變壓器寄生電容之間會發(fā)生諧振，使整流橋輸出產(chǎn)生寄生振蕩和電壓尖峰。此處通過初級加箝位二極管來解決這一突出問題。為詳細說明箝位二極管的抑制作用，針對圖3中t∈[t7,t8]這一模態(tài)進行分析：在t7時刻，由于Lr與CVDR1和CVDR4諧振工作，使得兩者的電壓上升至Uin/K,此時uBC上升至Uin,C點電位變?yōu)榱?，箝位管VDVQ2導(dǎo)通，將uBC箝位在Uin,則CVDR1和CVDR4的電壓被箝位在Uin /K,防止其電壓繼續(xù)上升，從而消除了整流橋的振蕩尖峰和二極管反向恢復(fù)造成的損耗。此時，iLr=-I4,ip=iLr+iVDVQ2.到t8時刻，iVD VQ2線性下降至零，VDVQ2自然關(guān)斷，模態(tài)結(jié)束。

2.2.5 變壓器初級直流分量的抑制

實際電路中，開關(guān)管的開關(guān)速度或?qū)▔航挡煌蜷_關(guān)管的驅(qū)動信號不一致時，功率轉(zhuǎn)換電路便工作在不平衡狀態(tài)。此時磁通變化幅度不相同，工作區(qū)域?qū)⑵蛞粋€象限，引起磁芯單向飽和并產(chǎn)生過大的ip,從而導(dǎo)致開關(guān)管的損壞，最終使變換器不能正常工作。為了讓全橋變換電路更可靠的工作，抑制變壓器初級電壓的直流分量采用變壓器初級串接隔直電容Cb.Cb和輸出濾波電感折算到初級的電感值形成串聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)，諧振頻率表達式如下：

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折算到變壓器初級的濾波電感值LLf=K2Lf.為了盡可能讓Cb充放電呈線性化，fT必須遠小于變換器的開關(guān)頻率fs,取fr=0.1fs,由式(6)，LLf=K2Lf及fr=0.1fs可求得Cb=1.2μF,實際取兩個1μF/400 V的云母電容并聯(lián)。控制系統(tǒng)的設(shè)計

3.1 APFC控制方案

APFC控制采用平均電流法，系統(tǒng)框圖見圖4.采用電流、電壓雙閉環(huán)控制，電流環(huán)使輸入電流更接近正弦波，電壓環(huán)使APFC輸出電壓穩(wěn)定。

此處通過APFC控制器UCC3818實現(xiàn)雙環(huán)控制，其輸出的PWM脈沖可直接驅(qū)動開關(guān)管。雙環(huán)調(diào)節(jié)器如圖5所示。

通過計算電壓、電流環(huán)增益和穿越頻率即可確定相應(yīng)PI參數(shù)，實際設(shè)計參數(shù)為：Ru=56 kΩ，Cu1=3.3μF,Cu2=0.3μF,Ri=16 kΩ，Ci1 =Ci2=1.1 nF.3.2 ZVS全橋變換器控制方案

DC/DC級采用單電壓環(huán)控制模式，并在電壓環(huán)基礎(chǔ)上加上了限流環(huán)，正常情況下限流環(huán)不工作，只由電壓環(huán)控制輸出電壓，一旦輸出電流超過限流值，就由限流環(huán)工作，通過減小輸出電壓將輸出電流穩(wěn)定在限流值上。該控制通過UCC3895芯片實現(xiàn)，控制系統(tǒng)框圖如圖6所示。

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選擇超前-滯后補償網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)控制，與一般滯后補償網(wǎng)絡(luò)相比，該網(wǎng)絡(luò)增加了微分環(huán)節(jié)，提高了控制系統(tǒng)的動態(tài)性能。具體環(huán)節(jié)如圖7所示。

補償網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)Gc(s)={(1+sR2C1)[1+s(R1+R3)C3]}/{[sR1(C1+C2)][1+sR2C1C2/(C1+C2)](1+sR3C3)}.對ZVS移相全橋變換器進行小信號建模并采用零極點補償法對參數(shù)進行設(shè)計，實際所選參數(shù)為：R1=91 kΩ，R2=4.8 kΩ，R3=2 kΩ，C1= 0.1μF,C2=0.02μF,C3=1μF.實驗結(jié)果

為驗證高壓直流開關(guān)電源主電路結(jié)構(gòu)和控制方案的可行性，研制了一臺2.4 kW的實驗樣機。主要電路參數(shù)：APFC部分為交流220 V輸入，輸出直流電壓380 V:ZVS全橋變換器部分，輸出直流電壓240 V,輸出電流10 A,主功率開關(guān)管VQ1~VQ4為IXFX48N60P(48 A/600 V);輸出整流二極管VDR1~VDR4為DSEI30-10A,箝位二極管VDs1和VDs2為DSEI30-06A,變壓器初次級匝比為1.06,輸出濾波電感Lf=300μH,輸出濾波電容值Cf=56μFx8,開關(guān)頻率fs=80 kHz.圖8a為APFC主開關(guān)管在1/3負載時波形，其實現(xiàn)了軟開關(guān)。圖8b為APFC輸出電壓突加半載時的波形，由圖可知，其性能較好。由1/3負載下所測波形可知，超前、滯后橋臂實現(xiàn)了ZVS.由(半載)變壓器次級及整流橋輸出電壓波形可知，不加箝位二極管電壓尖峰超過正常值兩倍以上，添加箝位二極管后電壓尖峰幾乎被消除，解決了整流橋輸出寄生振蕩問題?？梢?，DC/DC級控制系統(tǒng)設(shè)計較合理，超前，滯后補償環(huán)節(jié)提高了系統(tǒng)的動態(tài)性能。

東營變頻器維修 http://004km.cn/dybpwx 結(jié)論

研制了兩級結(jié)構(gòu)高壓直流開關(guān)電源，前級采用單相有源軟開關(guān)PFC,提高功率因數(shù)，合理設(shè)計諧振參數(shù)可實現(xiàn)軟開關(guān)，降低開關(guān)損耗?？刂撇糠植捎肞I調(diào)節(jié)器，具有較好性能。后級選擇在初級加箝位二極管的改進型ZVS全橋變換器，實驗結(jié)果證明該電路結(jié)構(gòu)能夠有效抑制次級整流橋輸出振蕩和電壓尖峰，減少損耗。該方法簡單，實用性較強?？刂葡到y(tǒng)進行方案選擇，PID參數(shù)合理設(shè)計，提高了高壓直流開關(guān)電源的動、靜態(tài)性能。

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第二篇：三峽工程與高壓直流輸電

三峽工程與高壓直流輸電

摘要：本文論述了三峽工程中的輸變電工程的概況，特別是直流輸電系統(tǒng)。另外也論述了與電力電子技術(shù)相關(guān)的“西電東送”、全國電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)與直流聯(lián)網(wǎng)“背靠背”工程等方面的內(nèi)容。

關(guān)鍵詞：三峽工程 高壓直流 輸電概 述

舉世矚目的長江三峽工程分為三大部分：樞紐工程、移民工程和輸變電工程。隨著三峽大壩的橫空出世、高峽平湖的夢想成真，從2003年起，這個當今世界上最大的水電站將產(chǎn)生源源不斷的強大電能。

三峽樞紐工程分三期施工，一期工程的標志為大江截流。二期工程主要修建三峽大壩的泄洪壩段、左岸廠房壩段、永久船閘。

二期工程以2003年第一批機組發(fā)電為完成標志。2001年11月22日，首批機組的安裝正式啟動，首臺機組重達721噸的發(fā)電機定子，被兩臺總共可吊1200噸的行車，穩(wěn)穩(wěn)地吊放到直徑20多米的機坑內(nèi)。首批機組裝4臺70萬千瓦水輪發(fā)電機。

三期工程要對二期已筑起的大壩和右岸之間的導(dǎo)流明渠截流，建右岸廠房壩段。三峽輸變電工程也隨之成為三峽工程的重頭戲。26臺70萬千瓦水輪發(fā)電機組，1820萬千瓦的總裝機容量，到2010年全部機組建成投產(chǎn)后，三峽電站的年均發(fā)電量將達847億千瓦時。其中900萬千瓦將通過直流方式輸送出去。

三峽工程按1993年價格水平計算的靜態(tài)總投資為900.9億元，考慮物價、利息等變因，當時測算到2009年的動態(tài)總投資為2039億元。這些年宏觀經(jīng)濟形勢一直較好，物價指數(shù)下降，目前樞紐工程控制在概算內(nèi)，還略有節(jié)余。據(jù)預(yù)測，到2010年工程全部完工時，三峽工程的動態(tài)總投資可望控制在1800億元以內(nèi)。三峽工程中的輸變電工程

由滔滔長江之水轉(zhuǎn)換而成的如此充沛的電能，如何自高山峽谷之中被瞬間傳遞到千里之外的負荷中心？總投資275億元的三峽輸變電工程將擔(dān)此重任。

按照設(shè)計方案，三峽電站分為左岸和右岸電站，左、右岸電站又各分為兩個電廠。其中，左一電廠裝機8臺，出線5回；左二電廠裝機6臺，出線3回；右

一、右二電廠裝機均為6臺，出線分別為4回和3回。這15回出線將分別把26臺機組發(fā)出的電能送至座落在湖北境內(nèi)的一批500千伏變電站和換流站，再向全國輻射。

根據(jù)國務(wù)院去年底批準的三峽工程分電方案，三峽電站供電區(qū)域為湖北、河南、湖南、江西、上海、江蘇、浙江、安徽、廣東等八省一市。由于華中、川渝地區(qū)電力供求關(guān)系的變化，國務(wù)院決定三峽電站不向川渝送電。

因此，三峽電力外送將形成三大主要通道：

中通道：在華中四省建500千伏交流輸電線路4970公里，鄂豫間兩回，鄂湘間兩回，鄂贛間一回，變電容量1350萬千伏安（其中湖北境內(nèi)的500千伏線路2630公里，變電容量525萬千伏安）；設(shè)計輸電能力900萬千瓦。

東通道：除利用現(xiàn)有的葛洲壩至上海直流線路輸電120萬千瓦外，2002年前建成第二

回東送500千伏直流輸電線路和湖北宜昌、江蘇常州換流站，額定容量300萬千瓦；2008年再建成第三回送上海的直流線路，增加容量300萬千瓦。同時，在華東地區(qū)配套建設(shè)500千伏交流輸電線路850公里，變電容量850千伏安。

南通道：2004年前建成一條973公里的500千伏直流輸電線路和湖北荊州、廣東惠州兩個換流站，送電能力為300萬千瓦。

到2008年，上述三個通道全部建成后，一個縱橫九千公里、貫穿八省一市的三峽輸變電工程將騰空而起。屆時，三峽電力將暢通無阻地奔向東西1500公里、南北1000公里范圍內(nèi)的廣大用戶。

1997年3月26日，三峽電力外送工程的第一槍從西線打響。500千伏長壽至萬縣超高壓輸電線路正式開工。盡管三峽的電力電量后來不考慮向川渝輸送，但這條線路對于聯(lián)接華中和川渝電網(wǎng)仍將發(fā)揮極其重要的作用。

從1999年開始，三峽輸變電工程便進入大規(guī)模的建設(shè)階段。為了確保三峽工程首批機組2003年投產(chǎn)發(fā)電后的電力外送，2003年前，三峽輸變電工程要建成500千伏輸電線路4116千米，其中交流線路3016公里、直流線路1100公里；投產(chǎn)變電容量825萬千伏安，直流換流站600萬千瓦。其施工任務(wù)之艱巨可想而知。

2002年，三峽輸變電工程新開工和續(xù)建項目投資規(guī)模為45.61億元。其中，續(xù)建直流換流容量1200萬千瓦、交流變電容量650萬千伏安、500千伏輸電線路4043千米；新建變電容量75萬千伏安、500千伏輸電線路1203千米。三峽工程的直流輸電工程

三峽（宜昌）至常州直流輸電工程是三峽電站用直流方式向外輸出電力的第一條通道。這條直流輸電線，其額定直流電壓±500千伏，額定直流電流3000安培，輸送容量300萬千瓦。三峽至廣東直流輸電工程是三峽電站用直流方式向外輸出電力的第二條通道，也是“十五”末實現(xiàn)向廣東送電1000萬千瓦的關(guān)鍵項目。三廣線（三峽至廣東）輸電距離約976公里，由荊州換流站、惠州換流站、三廣直流線組成。

荊州換流站工程作為三峽電力外送的門戶換流站，建設(shè)計劃于20001年9月15日開始進行四通一平及工程前期準備，2004年1月極Ｉ投運，2004年6月極ＩＩ和雙極投運。這項項工程建設(shè)規(guī)模與三常線基本相同：額定直流電流3000安培。換流站直流線路電壓等級為雙極±500千伏，額定輸送功率為單極150萬千瓦，雙極300萬千瓦。建成后將成為世界上最大規(guī)模的換流站。

通過招標ABB公司贏得以上兩的工程項目。為支持國產(chǎn)化，本次兩個工程招標的主要設(shè)備換流閥和換流變壓器等均采取了合作生產(chǎn)的方式。同時，引進了ABB?公司的直流輸電成套設(shè)計技術(shù)以及控制保護的設(shè)計制造技術(shù)。

據(jù)悉，按照三峽工程設(shè)計，將在2003年6月蓄水至135米，并相繼實現(xiàn)永久船閘通航和首批機組發(fā)電的二期工程目標。根據(jù)國務(wù)院有關(guān)規(guī)定，在工程蓄水、通航、發(fā)電前，需進行階段驗收。本次驗收范圍包括樞紐工程、移民工程和輸變電工程三部分。

三峽左岸電站廠房2號機定子機座于11月22日吊入1號機坑進行組裝，這標志著三峽機組機電設(shè)備安裝正式開始。該臺定子機座設(shè)備由VGS聯(lián)營體供貨，其機座外徑為21.4米，高度為3.3米，總重量達180噸。

根據(jù)廣東省電力需求預(yù)測，到2005年，廣東全省用電負荷將達3617萬千瓦，2010年可達4905萬千瓦；“十五”期間，廣東需新增電源容量1208萬千瓦。目前，在廣東省大型電源建設(shè)項目中，2005年底前可投產(chǎn)總裝機容量約647萬千瓦（含火、核、氣、水），此間應(yīng)退役小火電機組約157萬千瓦。很顯然，廣東本省新增裝機容量無法滿足用電需求?！拔麟姈|送”、“三峽南送”，把三峽的電力輸送到廣東，不僅僅是決策者的明智之舉，也是國家電網(wǎng)建設(shè)發(fā)展的迫切需要。“西電東送”

我國有極豐富的水力資源，其理論蘊藏量6.78億kW，可利用開發(fā)裝機容量為3.78億kW，居世界首位。到1997年底水電裝機容量為6008萬kW，占可利用開發(fā)裝機容量的15.89%。遠遠低于世界上水電開發(fā)利用較高的國家。根據(jù)國家水電規(guī)劃到2010年水電裝機容量達到

1.5億kW，那時占全國發(fā)電設(shè)備總裝機容量的比率將從現(xiàn)在的23%左右提高到加30％。今年水電裝機容量達到7000萬kW。從2000年到2010年的十年間要新增裝機容量8000萬kW，實現(xiàn)電力工業(yè)“3311”設(shè)想，即：3000萬kW特大型工程水電、3000萬kW常規(guī)水電；1000萬kW抽水蓄能電站。

“西電東送”工程與“西氣東輸”、“南水北調(diào)”、青藏鐵路一起，是西部大開發(fā)的四項跨世紀工程。其中“西電東送”被稱為西部大開發(fā)的標志性工程，開工最早、建設(shè)速度最快，于2000年11月在貴州拉開建設(shè)序幕。

“西電東送”是指開發(fā)貴州、云南、廣西、四川、內(nèi)蒙古、山西、陜西等西部省區(qū)的電力資源，將其輸送到電力緊缺的廣東、上海、江蘇、浙江和京、津、唐地區(qū)?！拔麟姈|送”分北、中、南３條通道，北部通道是將黃河上游的水電和山西、內(nèi)蒙古的坑口火電送往京津唐地區(qū)；中部通道是將三峽和金沙江干支流水電送往華東地區(qū)；南部通道是將貴州、廣西、云南三省區(qū)交界處的南盤江、北盤江、紅水河的水電資源以及云南、貴州兩省的火電資源開發(fā)出來送往廣東。

貴州至廣東直流輸電工程是“西電東送”中容量最大的一條輸電通道。貴廣線輸電距離約936千米，資金來源為國內(nèi)貸款，工程計劃2001年底開工建設(shè)，2004年底單極投運，2005年６月完成雙極投運。貴州至廣州±500千伏直流、貴州至廣東兩回500伏交流與三峽至廣東±500千伏直流工程同時開工建設(shè)，我國西電東送八“龍”入粵格局已初步確立。八項輸電工程跨越我國西南部廣袤山區(qū)，縱橫綿延逾千公里，氣勢如虹。

“十五”期間，我國西電輸往廣東的電力將達到1120萬千瓦，在現(xiàn)代化道路上疾馳的廣東獲得更充足的電能，城鎮(zhèn)將變得更加璀璨迷人；同時，廣東與中西部經(jīng)濟聯(lián)系也將更加緊密。

金沙江天然落差5100米,水能蘊藏量達到40000MW，是水電站的“富礦”。溪洛渡和向家壩水電站是金沙江干流規(guī)劃中的處于河段最后面的兩級，于四川云南省交界的金沙江上。距華東（上海）和華中（武漢）分別是1750公里和980公里，因此向華東和華中輸電和聯(lián)網(wǎng)均超過HVDC平均點(800公里)。它的建設(shè)不僅增加三峽，葛洲壩枯期保證出力，還具有防洪、灌溉、養(yǎng)活三峽水庫的泥沙淤積等一系列社會效益。

溪洛渡，向家壩水電站是繼三峽工程之后，在電力建設(shè)中具有重大戰(zhàn)略意義的又一宏偉工程。除此之外，我國西部地區(qū)，還有一批水電站的工程，如龍灘、小灣、拉西瓦、公伯峽、景洪等水電站，裝機容量均在1000MW以上。

金沙江一期工程溪洛渡、向家壩水電站是加大西電東送力度的重要戰(zhàn)略項目，已列入國家電力發(fā)展“十五”期間重點項目前期工作計劃。溪洛渡、向家壩水電站總裝機容量1860萬千瓦，多年平均發(fā)電量873億千瓦時。其中各送930萬千瓦將通過HVDC方式向華東、華中進行輸送。

1999年12月14日，中國長江三峽工程開發(fā)總公司委托國家電力公司開展金沙江一期工程輸電系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計工作。此后國家電力公司組織力量重點研究了由不同輸電方式、不同輸電電壓等級、不同的輸電規(guī)模組合的12個基本輸電方案，分為純直流（±500千伏或±600千伏）、純交流（特高壓1150千伏）和交直流混合（至華中為交流750千伏或500千伏，至華東為直流 ±600千伏或±750千伏）三大類。

專家提出，鑒于本工程的實際情況，金沙江一期工程的西電東送輸電方案不宜選用1150千伏特高壓電壓等級送電；采用750千伏交流送電華中，與采用500千伏交流相比，在技術(shù)上沒有多大優(yōu)越性，經(jīng)濟上又較貴，本工程不予推薦；純直流方案經(jīng)濟性較好，兩電站輸電方案清晰，過渡方便，是一個較好方案。因此，純直流方案應(yīng)是首選方案，建議按此方案開展下階段工作。金沙江一期工程送電川渝、云南采用500千伏的電壓等級可較好滿足要求。輸電直接從電站開關(guān)站出線，就近接入川渝電網(wǎng)、云南電網(wǎng)。電站接線應(yīng)可避免川渝、云南電網(wǎng)在電站側(cè)交流聯(lián)網(wǎng)運行。專家們還肯定了溪洛渡及向家壩電站東送線路按南、北兩個通道考慮的思路。全國電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)與直流聯(lián)網(wǎng)“背靠背”工程

按照西電東送、南北互聯(lián)、全國聯(lián)網(wǎng)的方針，全國互聯(lián)電網(wǎng)的基本格局是：全國將以三峽輸電系統(tǒng)為主體，向東、西、南、北四個方向輻射，形成以北、中、南送電通道為主體、南北電網(wǎng)間多點互聯(lián)、縱向通道聯(lián)系較為緊密的全國互聯(lián)電網(wǎng)格局。北、中、南三大片電網(wǎng)之間原則上采用直流背靠背或常規(guī)直流隔開，以控制交流同步電網(wǎng)的規(guī)模。

“十五”期間全國聯(lián)網(wǎng)是以三峽工程為契機，并以三峽電站為中心，向東、西、南、北四個方向輻射，建設(shè)東、西、南、北四個方向的聯(lián)網(wǎng)和送電線路，并在條件成熟的電網(wǎng)間實現(xiàn)周邊聯(lián)網(wǎng)。除已建成的東北與華北聯(lián)網(wǎng)工程、擬開工建設(shè)的福建與華東聯(lián)網(wǎng)工程外，其它項目的實施順序是華中與華北聯(lián)網(wǎng)工程、華中與華東聯(lián)網(wǎng)工程（三峽至華東第一回直流工程）、山東與華北聯(lián)網(wǎng)工程（德州－滄州）、華中與南方聯(lián)網(wǎng)工程（三峽至廣東直流工程）、華中與川渝聯(lián)網(wǎng)工程（通過三萬線）、華中與西北聯(lián)網(wǎng)工程、川渝與西北聯(lián)網(wǎng)工程、山東與華北聯(lián)網(wǎng)工程、山東與華東聯(lián)網(wǎng)工程等。

第三篇：變電站直流高頻開關(guān)電源的檢測與驗收

變電站直流高頻開關(guān)電源的檢測與驗收

摘要： 直流系統(tǒng)可靠與否直接關(guān)系到電網(wǎng)的安全，隨著高頻開關(guān)直流電源系統(tǒng)大量使用，該種電源系統(tǒng)的建成投運驗收交接和運行檢測、檢查，已顯得極為重要，從柜體、元器件外觀的檢查、整套系統(tǒng)電氣技術(shù)參數(shù)檢測都必須嚴格進行，并根據(jù)不同的目的進行相應(yīng)項目的檢查，運行中更應(yīng)定期檢查，及時發(fā)現(xiàn)存在的隱患，保證其在規(guī)定的參數(shù)下運行，以提高電池的服役年限。

Abstract： The reliability of DC system is directly related to the safety of the power grid.With the heavy use of DC power system of high-frequency switch，the built，operation，acceptance，handover and running，detection，checking of this kind of power system are extremely important.The appearance checking of cabinets and components，the electrical technology parameters of the whole system must be rigorously conducted，and according to the different goals to check the related objects.The periodical inspection in operation is necessary to find the wooden horse in time to ensure the running under specified parameters and improve the service life of the battery.關(guān)鍵詞： 變電站；直流高頻開關(guān)電源；檢測；驗收

Key words： transformer substation；DC high frequency switch power supply；detection；acceptance

中圖分類號：TM64 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2015）11-0256-02

0 引言

直流系統(tǒng)是變電站的操作電源，近年來，高頻電源開關(guān)逐漸取代相控電源和磁放大充電設(shè)備，成為電力系統(tǒng)變電站直流系統(tǒng)的主要充電設(shè)備，其運行水平直接關(guān)系到變電站的安全運行，因此，高頻開關(guān)直流電源系統(tǒng)的交接必須進行嚴格檢測和驗收，運行中也應(yīng)定期的檢測和試驗，及時發(fā)現(xiàn)存在的隱患，同時，保證其在規(guī)定的參數(shù)下運行，以提高電池的服役年限，下面我們就高頻開關(guān)直流充電電源設(shè)備的檢測項目和方法進行說明。一般外觀檢查

1.1 柜體檢查

①柜體保護接地可靠，接地處無銹銹蝕有明顯標志。

②門必須能靈活開閉，開啟角超過90°。

③門鎖可靠。用多股軟銅線連接門和柜體。

④緊固連接結(jié)實、牢固。

1.2 元器件檢查

①直流回路未使用交流空氣斷路器；其配合應(yīng)符合規(guī)定，滿足動作選擇性的要求。

②導(dǎo)線、指示燈、按鈕、行線槽、等排列整齊，無損壞、過熱和變形。

③直流電源系統(tǒng)設(shè)備使用的測量表計指示準確。

④直流空氣斷路器、熔斷器上下級應(yīng)大于二級的配合級差，且要達到動作選擇性的指標。

⑤同類元器件應(yīng)接觸可靠、插拔方便。插接件的接觸可靠。

1.3 電氣間隙、爬電距離

參照表1所示參數(shù)設(shè)計柜體兩帶電導(dǎo)體之間、帶電導(dǎo)體與裸露的不帶電導(dǎo)體之間的最小距離。直流充電電源設(shè)備的現(xiàn)場檢測項目

①絕緣電阻測量；

②工頻耐壓試驗（有條件進行）；

③電壓調(diào)整功能試驗；

④穩(wěn)流精度試驗；

⑤穩(wěn)壓精度試驗、紋波系數(shù)試驗；

⑥并機均流試驗；

⑦限流及限壓特性試驗；

⑧保護及報警功能試驗；

⑨控制程序試驗；

⑩顯示及檢測功能試驗；

{11}三遙功能試驗。高頻電源開關(guān)設(shè)備的檢測方法和標準

3.1 絕緣電阻測量

①用1000V兆歐表測量被測部位。

②柜內(nèi)直流匯流排和電壓小母線，當除此以外的連接支路全部斷開時，要求對地絕緣電阻至少達到10MΩ。

③蓄電池組的絕緣電阻，見表2。

3.2 工頻耐壓試驗

如果時間充裕，現(xiàn)場條件允許，建議進行工頻耐壓試驗。用工頻耐壓試驗裝置對柜內(nèi)各帶電回路，參照表3所示參數(shù)，對其施加工作電壓，并持壓1分鐘。若不出現(xiàn)絕緣擊穿、閃絡(luò)等缺陷，則認定試驗合格。

3.3 電壓調(diào)整功能試驗

直流電源柜內(nèi)一般裝有調(diào)壓裝置，必須對該裝置進行手動調(diào)壓和自動調(diào)壓試驗。

3.4 高頻開關(guān)穩(wěn)流精度試驗

①充電（穩(wěn)流）電壓的調(diào)節(jié)范圍詳見表4。

②高頻開關(guān)穩(wěn)流精度試驗。

維持充電（穩(wěn)流）狀態(tài)下的充電裝置，交流輸入電壓的變動范圍基本維持在額定值的+15%，-10%之間；輸出電流也基本恒定在額定值20%～100%范圍內(nèi)的某一數(shù)值上，穩(wěn)流精度？燮±1%；輸出電壓的變動范圍也始終不超過充電電壓的調(diào)節(jié)范圍內(nèi)，并且用δI=（Im-Iz）/Iz×100%計算穩(wěn)流精度。

式中： Iz表示輸出電流整定值，Im表示輸出電流波動極限值，δI表示穩(wěn)流精度。

3.5 穩(wěn)壓精度試驗與紋波系數(shù)試驗

①浮充電電壓調(diào)節(jié)范圍：充電裝置的浮充電電壓調(diào)節(jié)范圍詳見表4。

②試驗要求。

處于浮充電（穩(wěn)壓）狀態(tài)的充電裝置，交流輸入電壓的變動范圍基本維持在額定值的+15%，-10%之間，輸出電流的浮動范圍也不超出其額定值的0%～100%的范圍，輸出電壓在基本恒定在其浮充電電壓調(diào)節(jié)范圍內(nèi)的任一數(shù)值上，穩(wěn)壓精度？燮±0.5%，測得電阻性負載兩端的紋波系數(shù)？燮0.5%。

穩(wěn)壓精度計算公式：

δu=（Um-Uz）/Uz×100%

紋波系數(shù)計算公式：

δ=（Uf-Uq）/2Up×100%

各字母所對應(yīng)的參數(shù)如表5所示。

3.6 高頻開關(guān)電源模塊并機均流試驗

將設(shè)備所有模塊的輸出電壓均整定在浮充電電壓調(diào)節(jié)范圍內(nèi)同一數(shù)值上，所有模塊全部投入，在浮充電（穩(wěn)壓）狀態(tài)下運行。設(shè)模塊總數(shù)為n+1，模塊輸出額定電流Ie。

在設(shè)備輸出電流為50%額定值[50%×Ie（n+1）]和額定值Ie（n+1）的負載條件下，分別測量各模塊輸出電流，并通過下式計算相應(yīng)的均流不平衡度。

均流不平衡度=（模塊輸出電流極限值-模塊輸出電流平均值）/模塊的額定電流值×100%

3.7 限流及限壓特性試驗

使充電裝置分別在浮充電（穩(wěn)壓）狀態(tài)與（恒流）充電狀態(tài)下運行，通過調(diào)整負載，測試裝置的限流及限壓特性。試驗參數(shù)詳見表4。

3.8 保護及報警功能試驗

按產(chǎn)品技術(shù)條件設(shè)定設(shè)備的保護及報警動作值。調(diào)整所需參數(shù)值，人為模擬各種故障，設(shè)備的保護和報警動作值及保護和報警動作方式，應(yīng)符合以下標準。

①絕緣監(jiān)察裝置（詳見表6）。

②電壓監(jiān)察要求。

基本要求：1）過壓繼電器電壓返回系數(shù)？叟0.95；2）欠壓繼電器電壓返回系數(shù)？燮1.05。從設(shè)備的電壓監(jiān)察裝置配的儀表直讀數(shù)值。

③閃光報警要求。

當設(shè)備可設(shè)有閃光信號裝置的，可以使用試驗按鈕檢查動作正確與否。

④故障報警要求。

當交流電源失壓（包括斷相）、充電裝置故障、絕緣監(jiān)察裝置故障或蓄電池組等熔斷器熔斷時，設(shè)備應(yīng)能可靠發(fā)出報警信號。

3.9 監(jiān)控裝置控制程序試驗、監(jiān)控裝置顯示及檢測功能試驗、三遙功能試驗監(jiān)控裝置控制程序試驗包括充電程序、長期運行程序和交流中斷程序的試驗。監(jiān)控裝置顯示及檢測功能試驗需要人為模擬故障，使設(shè)備自動預(yù)警，檢查其動作值、設(shè)定值是否達到相關(guān)技術(shù)標準。三遙功能試驗涉及遙信試驗、遙測試驗和遙控試驗三項內(nèi)容。應(yīng)該嚴格按技術(shù)規(guī)程操作，確保試驗數(shù)據(jù)可靠。

參考文獻：

[1]直流電源系統(tǒng)技術(shù)標準[S].國家電網(wǎng)公司.[2]直流電源系統(tǒng)檢修規(guī)范[S].國家電網(wǎng)公司.[3]直流電源系統(tǒng)運行規(guī)范[S].國家電網(wǎng)公司.

第四篇：高壓直流輸電總結(jié)

高壓直流輸電總結(jié)

一、高壓直流輸電概述：

1.高壓直流輸電概念：

高壓直流輸電是交流-直流-交流形式的電力電子換流電路，由將交流電變換為直流電的整流器、高壓直流輸電線路及將直流電變換為交流電的逆變器三部分組成。

注意：高壓輸電好處是在輸送相同的視在功率S的前提下，高壓輸電能夠降低輸電線路流過的電流，減少線路損耗，提高輸送效率（,）。2.高壓直流輸電的特點：

（1）換流器控制復(fù)雜，造價高；

（2）直流輸電線路造價低，輸電距離越遠越經(jīng)濟；（3）沒有交流輸電系統(tǒng)的功角穩(wěn)定問題；

（4）適合海底電纜（海島供電、海上風(fēng)電）和城市地下電纜輸電；（5）能夠非同步（同頻不同相位，或不同頻）連接兩個交流電網(wǎng)，且不增加短路容量；

（6）傳輸功率的可控性強，可有效支援交流系統(tǒng)；（7）換流器大量消耗無功，且產(chǎn)生諧波；

（8）雙極不對稱大地回線運行時存在直流偏磁問題和電化學(xué)腐蝕問題；

（9）不能向無源系統(tǒng)供電，構(gòu)成多端直流系統(tǒng)困難。3.對直流輸電的基本要求：

（1）能夠靈活控制輸送的（直流）電功率（大小可調(diào)；一般情況下，應(yīng)能夠正反雙向傳送電功率（功率方向可變）；（2）維持直流線路電壓在額定值附近；（3）盡可能降低對交流系統(tǒng)的諧波污染；（4）盡可能少地吸收交流系統(tǒng)中的無功功率；（5）盡可能降低流入大地的電流。

注意：大地電流的不利影響包括①不同接地點之間存在電位差，形成電解池，造成電化學(xué)腐蝕；②變壓器接地中性點流過直流電流，造成變壓器直流偏磁，使變壓器噪聲增加、損耗加大、振動加劇。4.高壓直流輸電的適用范圍：

答：1.遠距離大功率輸電;2.海底電纜送電;3.不同頻率或同頻率非周期運行的交流系統(tǒng)之間的聯(lián)絡(luò);4.用地下電纜向大城市供電;5.交流系統(tǒng)互聯(lián)或配電網(wǎng)增容時,作為限制短路電流的措施之一;6.配合新能源供電。

二、高壓直流輸電系統(tǒng)的基本構(gòu)成：

1.雙端直流輸電的基本構(gòu)成：

（1）單極大地回線（相對于大地只有一個正極或者負極）：

圖2-1（2）單極金屬回線：

圖2-2（3）雙極大地回線（最常用）：

圖2-3（4）雙極單端接地（很少用）：

圖2-4（5）雙極金屬回線（較少用）：

圖2-5（6）并聯(lián)式背靠背：

圖2-6（7）串聯(lián)式背靠背：

圖2-7 2.多端直流輸電的基本構(gòu)成：

（1）三端并聯(lián)型；

圖2-8（2）三端串聯(lián)型；

圖2-9 注意：這里的“雙端”、“多端”指的是所接換流站的個數(shù)（交流電網(wǎng)接入點的個數(shù)），而不是換流器的個數(shù)。3.多端直流輸電的特點：

（1）可以經(jīng)濟地連接多個交流系統(tǒng)；

（2）因缺少大容量直流斷路器，無法切除輸電線路的短路故障，因而限制了它的發(fā)展。

三、換流技術(shù)復(fù)習(xí)：

1.三相全控整流電路原理圖：

圖3-1（1）大電感負載（符合直流輸電工程實際）；

（2）交流輸入電壓的相序與晶閘管觸發(fā)順序的關(guān)系（135462）；（3）閥的組成、靜態(tài)均壓（電阻分壓）和動態(tài)均壓（電容分壓）原理與電路；

（4）均壓系數(shù)（）、電壓裕度系數(shù)（）；（5）閥串聯(lián)元件數(shù)的確定；

（6）電壓變化率限制和電流變化率限制。

圖3-2 2.三相全控橋的波形圖：

（詳見電力電子書P152、P153、P160）3.三相全控橋計算公式:（1）直流輸出電壓的理想計算公式:

(1.1)

（為線電壓）

（2）考慮交流側(cè)電抗的直流輸出電壓的計算公式（缺口面積是始于α 的面積與始于α+γ 的面積之差的一半，缺口面積=）:

（3）閥電流有效值：

(1.3)

(1.2)（4）交流側(cè)線電流有效值的計算公式:

(1.4)4.三相全控橋的外特性（全控橋外特性：直流輸出電壓Ud與直流輸出

電流Id間的函數(shù)關(guān)系）：（1）逆變器外特性： a)方程：

(1.5)b)曲線：端電壓Ud隨輸出負載電流Id的增加而下傾的直線；（以定α表示）

圖3-3（2）整流器外特性： a)方程： i.用控制角α表示：

(1.6)ii.iii.用逆變角β表示（α=180 °-β代入上式）：

(1.7)用熄弧角δ表示（δ= β-γ，γ是換相角）：

(1.8)（）

(1.9)（）

圖3-4理想定β的面積比理想定δ小2個缺口面積:

b)曲線： i.用逆變角β表示：上翹直線（負值面積隨電流增大），端口電壓的絕對值隨直流電流的增加而增加（正內(nèi)阻）； ii.用熄弧角δ表示：下傾直線（負值面積隨電流減?。?，端口電壓的絕對值隨直流電流的增加而下降（負內(nèi)阻）；

圖3-5逆變器外特性曲線（以定β和定δ表示）

5.三相全控橋的等值電路：

（1）整流器等值電路:

圖3-6整流器等值電路

(1.10)a)內(nèi)電勢，內(nèi)阻為正的可調(diào)電壓源； b)端口電壓隨輸出電流增大而減小。（2）逆變器等值電路：

圖3-7逆變器等值電路

a)用β表示的等值電路，端口電壓隨電流增大而增大（正內(nèi)阻）； b)用δ表示等值電路，端口電壓隨電流增大而減?。ㄘ搩?nèi)阻）。（3）雙端直流輸電系統(tǒng)的等值電路:

圖3-8直流系統(tǒng)等值電路圖 6.雙端直流輸電系統(tǒng)工作點：

（1）工作點的確定：

通常將線路電阻RL納入逆變器側(cè)，則用β表示的外特性曲線因正值內(nèi)阻增加而上翹更多，用δ表示的外特性曲線因負值內(nèi)阻減小而使下傾減緩或微上翹。

由直流輸電系統(tǒng)等值電路可見，兩側(cè)電路工作時，應(yīng)該具有相同電流和端口電壓，表現(xiàn)在曲線上，就是兩側(cè)換流器的外特性曲線的交點，這就是工作點。

圖3-9雙端直流系統(tǒng)工作點的確定（兩條線交點）

（2）工作點穩(wěn)定性判據(jù)：采用小擾動法在工作點加上一點小擾動看看系統(tǒng)能不能回到原來的穩(wěn)定點。（結(jié)論：整流側(cè)外特性曲線的斜率小于逆變側(cè)外特性曲線的斜率，系統(tǒng)可以穩(wěn)定運行。）

7.雙橋換流器（電力電子那個十二脈波）（整流器和逆變器結(jié)構(gòu)相同）：

（1）電路圖：兩個三相全控橋串聯(lián)；

圖3-10（2）交流輸入電壓：兩個三相交流輸入電壓的相位互差30°（頻率相同，幅值相同）；

（3）觸發(fā)順序：1-1-2-2-3-3-4-4-5-5-6-6；

（4）直流輸出電壓瞬時值波形和紋波頻率：每工頻基波含12個均勻波頭；

（5）直流輸出平均電壓：等于兩個全控橋直流輸出平均電壓之和；（6）雙橋換流器的優(yōu)點：

a)在晶閘管元件耐壓能力和串聯(lián)數(shù)不變的條件下，雙橋輸出電壓是單橋的兩倍；采用橋串聯(lián)代替元件串聯(lián)；

b)直流輸出電壓的諧波幅值比單橋更小，諧波頻率更高，因而更易于濾除；

c)交流公共母線的電流諧波比單橋更小，最低次諧波次數(shù)更高； d)當雙橋中發(fā)生任一橋故障時，可以將故障橋隔離（短接），另一正常單橋仍可繼續(xù)工作；

（1）逆變器實現(xiàn)逆變的條件：

a)外接直流電源，其極性必須與晶閘管的導(dǎo)通方向一致；

b)外接交流系統(tǒng)，其在直流側(cè)產(chǎn)生的整流電壓平均值應(yīng)小于直流電源電壓；

c)晶閘管的觸發(fā)角α應(yīng)在的范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)。

四、換流器的諧波分析：

1.諧波的危害：

（1）對鐵磁設(shè)備的影響。諧波造成額外的鐵耗導(dǎo)致發(fā)熱、振動和噪聲，降低了設(shè)備出力、效率及壽命；

（2）對旋轉(zhuǎn)電機的影響：諧波造成轉(zhuǎn)矩脈動，轉(zhuǎn)速不穩(wěn)；（3）對電力電容器的影響：諧波可能引起諧振過電壓；

（4）對電力系統(tǒng)測控的影響：諧波使測量誤差增加，可能導(dǎo)致控制失靈，保護誤動；

（5）3次諧波電流過大可能使中性線過流；

（6）諧波疊加在基波上，使電氣應(yīng)力增加，對各種電氣設(shè)備尤其是電容器的絕緣造成威脅；（7）諧波對通信線路造成干擾。2.諧波分析的數(shù)學(xué)工具：傅里葉級數(shù)。3.諧波分析的基本假設(shè)：

（1）交流電源為三相對稱標準正弦波電壓源；（2）三相交流電路各相阻抗參數(shù)相等；（3）換流器采用60°等間隔觸發(fā)；（4）直流電流恒定（水平無紋波）；（5）不考慮換相角的影響；

在上述基本假設(shè)條件下，分析得出的諧波，稱之為“特征諧波”。4.諧波分析的基本步驟：

（1）寫出盡可能簡潔的周期函數(shù)表達式f（x）；（2）計算傅立葉級數(shù)的系數(shù)an和bn；

（3）寫出與周期函數(shù)f（x）等價的傅立葉級數(shù)表達式；（4）分析f（x）的傅立葉級數(shù)構(gòu)成成分，得出有用結(jié)論。5.諧波分析內(nèi)容：

（1）直流輸出電壓的特征諧波分析：

a)諧波頻率：等于 6n（n=1，2，3，?）倍工頻基波頻率；

b)諧波幅值是控制角α的函數(shù)： α =0°和 α =180°幅值最小，α

=90°幅值最大 ；HVDC運行時，整流側(cè)α =12°～15°，逆變側(cè)定δ運行；

c)諧波幅值隨諧波次數(shù)的增加而減??； d)n=0時的直流分量就等于直流電壓平均值。（2）交流線電流的特征諧波分析：

a)YY接線變壓器一次電流特征諧波分析：除基波外只剩有5、7、11、13、??次等6k±1次諧波。

b)YD接線變壓器一次電流特征諧波分析：（波形相同，幅值比YY接線大倍）除基波外只剩有5、7、11、13、??次等6k±1次諧波。（3）雙橋換流器直流側(cè)電壓特征諧波分析（根據(jù)假設(shè)直流電流無紋波，故只分析直流電壓）：12k±1次諧波。

五、換流器的功率因數(shù)計算：

1.功率因數(shù)的定義：

功率因數(shù)等于有功功率P與視在功率S之比，即：

(1.11)功率因數(shù)λ的大小反映的是有功功率P在視在功率S中所占的比重，是功率的利用系數(shù)，反映功率的利用程度。

三相全控橋交流側(cè)的電壓是正弦波形，電流是方波，故有功功率P等于基波電壓有效值U（即）與基波電流有效值、及基波電壓與基波電流相角差的余弦值的乘積。（不考慮換相角γ時，；考慮換相角γ時，）2.只考慮基波時的功率因數(shù)：

3.考慮諧波時的功率因數(shù)：

上式是考慮換相角時的情況。

(1.13)(1.14)

(1.12)上式是不考慮換相角時的情況。

六、高壓直流輸電系統(tǒng)主設(shè)備：

1.換流器：

（1）雙橋換流器與四重閥結(jié)構(gòu)：

一個三相全控橋有6個橋臂（閥），一個橋臂（閥）由120個晶閘管串聯(lián)而成；每15個晶閘管構(gòu)成一個基本單元，每兩個基本單元（30個晶閘管）組裝為一個半層閥；每4個半層閥構(gòu)成一個閥。

四重閥：雙橋換流器同一相上的4個閥的組合體。

圖6-1 四重閥示意圖

（2）等間隔（60°）觸發(fā)與等控制角（α）觸發(fā)： a)等間隔（60°）觸發(fā)方式： α1=移相控制；相對于1號自然換相點滯后角度α1；從脈沖2開始，均滯后前一個脈沖60°，即：αk+1=αk+60°（k=2，3，4，5，6）。b)等控制角α觸發(fā)方式：

α1=α2=α3=α4=α5=α6；即6個觸發(fā)脈沖都是相對于各自的自然換相點滯后一個相同角度。c)兩種觸發(fā)方式比較：

在三相電壓對稱的條件下，兩種觸發(fā)方式等效，但是在三相電壓不對稱的條件下，后者的觸發(fā)脈沖不等間隔，導(dǎo)致交流電流波形正負半波寬度不等，平均電流不為零，造成變壓器偏磁。

（3）晶閘管換流器對晶閘管元件的基本要求： a)耐壓強度高； b)載流能力強；

c)開通時間和電流上升率的限制，即約為100A/s； d)關(guān)斷時間與電壓上升率的限制，即約為200V/s。（4）觸發(fā)脈沖的傳送方式： a)光纖方式； b)電磁方式。

圖6-2（a）為光纖方式，（b）（c）為電磁方式

（5）高壓（就地）取電技術(shù)：

圖6-3光電變換電路的高壓（就地）取電方法

2.換流變壓器：

（1）工作電流波形是方波；（2）耐壓要求高；

（3）可能存在一定偏磁（直流分量）；（4）有載調(diào)壓、調(diào)壓范圍大、調(diào)節(jié)頻繁。3.平波電抗器：

（1）作用：

a)直流電流濾波（平波）； b)限制線路短路電流的上升率； c)防止小電流運行時的電流斷續(xù)； d)阻斷雷電波的侵入；

e)減小對沿線通訊設(shè)施的干擾；（2）如何選取直流電抗器的電感值：

答：直流電抗器的作用是減少直流側(cè)的交流脈動量，小電流時保持電流的連續(xù)性以及當直流送電回路發(fā)生故障時，能抑制電流的上升速度。從作用來看，它的電感量越大越好。但是過大，當電流迅速變化時在直流電抗器上產(chǎn)生的過電壓就越大；另外作為一個延時環(huán)節(jié)，過大對直流電流的自動調(diào)節(jié)不利。所以滿足上述三項要求的前提下，直流電抗器的電感Ld應(yīng)盡量小。故選取直流電抗器電感值的具體方法是： ① 按減少直流側(cè)的交流脈動分量的情況確定電感值；

② 以小電流時保持電流的連續(xù)性和直流送電回路發(fā)生故障時能抑制電流上

升速度的情況進行驗算。4.濾波器：

（1）濾波原理：

高阻抗串聯(lián)分壓隔離（如平波電抗器，濾除諧波電壓），低阻抗并聯(lián)支路分流（如LC濾波器，濾除諧波電流）；工作頻率低于諧振頻率時，濾波器呈容性，工作頻率高于諧振頻率時呈感性。（2）交流濾波器的種類及其阻抗特性： a)單調(diào)諧濾波器（只有一個諧振頻率）：

圖6-4 單調(diào)諧濾波器

圖6-5單調(diào)諧濾波器阻抗特性

b)雙調(diào)諧濾波器（有兩個諧振頻率）：

圖6-6雙調(diào)諧濾波器

圖6-7雙調(diào)諧濾波器阻抗特性

c)高通濾波器：

圖6-8 高通濾波器

圖6-9高通濾波器阻抗特性

（3）交流側(cè)濾波器設(shè)計原則：濾除諧波的同時考慮無功補償，兼顧經(jīng)濟性。

（4）交流側(cè)濾波器設(shè)計步驟：首先根據(jù)無功需求確定C，再根據(jù)諧振要求確定L，最后根據(jù)品質(zhì)因數(shù)確定R。（5）電容器的經(jīng)濟容量和安裝容量：

電容器的工作電流包括諧波電流和基波電流，其容量是諧波容量和基波容量兩者之和，稱之為安裝容量。

只考慮濾波而不考慮無功補償，求得的最小安裝容量即經(jīng)濟容量；令“基波容量/安裝容量”比值最大，即安裝容量的最大利用。（6）濾波器的特征電抗、品質(zhì)因數(shù)：

諧振頻率下的感抗值或容抗值即特征電抗；，即品質(zhì)因數(shù)。

品質(zhì)因數(shù)Q越大，諧振時的支路阻抗越小，濾波效果也越好，但考慮到與交流電網(wǎng)發(fā)生諧振時為防止通過濾波器（電容器和電抗器）的電流過大，人為增加串聯(lián)電阻阻值以降低Q，起限制電流過大的作用。一般Q取值范圍為50～100，為了節(jié)能目的，有時會取更高值（電阻值更小）。（7）并聯(lián)濾波器與串聯(lián)濾波器相比有什么優(yōu)點: a)濾波效果好；

b)串聯(lián)濾波器必須通過主電路的全部電流，并對地采用全絕緣，而并聯(lián)濾波器的一端接地，通過的電流只是由它所濾除的諧波電流和一個比主電路小得多的基波電流，絕緣要求也低。

5.直流斷路器:（1）直流沒有過零點，難以熄??；（2）熄弧技術(shù)： a)并聯(lián)LC支路，利用LC振蕩產(chǎn)生反向電流以抵消線路電流，使之實現(xiàn)過零滅??；開關(guān)閉合工作時，電容器通過充電回路預(yù)充電，開關(guān)打開前，并聯(lián)到開關(guān)兩端構(gòu)成LC振蕩回路；

b)直接并聯(lián)帶間隙的電容器，利用電容器吸收能量熄弧；

c)利用逐漸加大串聯(lián)電阻使回路電流下降，最后用電容器吸收能量熄弧； d)拉長電弧，增加弧電阻，降低回路電流，熄弧。

七、HVDC對交流系統(tǒng)的影響：

1.概述：

（1）交流系統(tǒng)強弱程度: a)系統(tǒng)強弱程度反映了系統(tǒng)內(nèi)各環(huán)節(jié)對擾動的敏感度;b)互聯(lián)等效阻抗: 阻抗高，系統(tǒng)弱；阻抗低，系統(tǒng)強；

c)交流系統(tǒng)慣性（發(fā)電機轉(zhuǎn)動慣量）：慣量小，系統(tǒng)弱；慣量大，系統(tǒng)強； 注意：系統(tǒng)越弱，交、直流交互影響越強。

d)短路比（short circuit ratio，SCR）：換流站交流母線的短路容量與額定直流功率的比值，即：

(1.15)e)有效短路比（ESCR）：考慮無功補償設(shè)備后的短路比，即：

(1.16)注意：一般而言，短路比小于2的系統(tǒng)稱為弱系統(tǒng)。注意：系統(tǒng)在不同運行方式下，SCR可能不同。

注意：惡劣情況下，原來很強的系統(tǒng)也可能會變成弱系統(tǒng)。2.換相失?。?/p>

（1）概念：當逆變器兩個閥進行換相時，因換相過程未能進行完畢，或者預(yù)計關(guān)斷的閥關(guān)斷后，在反向電壓期間未能恢復(fù)阻斷能力，當加在該閥上的電壓為正時，立即重新導(dǎo)通，則發(fā)生了倒換相，使預(yù)計開通的閥重新關(guān)斷，這種現(xiàn)象稱之為換相失敗。

（2）機理：實際HVDC采用晶閘管在電流過零后恢復(fù)正向阻斷能力所需時間約為400μs（對應(yīng)50Hz下7.2°），故當關(guān)斷角小于7.2°時，HVDC會發(fā)生換相失??；另外，當交流系統(tǒng)較弱時，也容易發(fā)生換相失敗。（3）主要因素：交流側(cè)母線電壓；直流電流；換相電抗；越前觸發(fā)角等。

(1.17)(1.18)（這里有些參數(shù)PPT沒細講，我也沒搞懂，求指教）（4）換相失敗的危害：

a)換相失敗引起輸送功率中斷威脅系統(tǒng)安全穩(wěn)定；

b)交流系統(tǒng)短路時，電壓跌落可能引起多個換流站同時發(fā)生換相失敗，導(dǎo)致多回直流線路功率中斷，引起系統(tǒng)潮流大范圍轉(zhuǎn)移和重新分布； c)影響故障切除后受端系統(tǒng)電壓恢復(fù)，進而影響故障切除后直流功率快速恢復(fù)，可能會威脅交流系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性。（5）措施：

a)利用無功補償維持交流電壓穩(wěn)定； b)采用較大平波電抗限制直流電流暫態(tài)上升； c)規(guī)劃階段降低變壓器短路電抗（換流電抗）； d)增大觸發(fā)角或關(guān)斷角整定值； e)人工換相等。3.HVDC引起的電壓穩(wěn)定：

（1）機理：

逆變器采用定熄弧角控制時，交流電壓下降，觸發(fā)角減小，無功功率增加，導(dǎo)致交流電壓進一步下降。（2）措施：

a)使用無功補償裝置增強交流電壓支撐能力； b)換流器控制模式轉(zhuǎn)換（改為定電壓控制）； c)采用VSC換流器等。

4.直流功率調(diào)制的影響—低頻振蕩抑制：

（1）基本概念：

由系統(tǒng)缺乏阻尼或系統(tǒng)負阻尼引起的輸電線路上的功率波動頻率一般在0.1~2.0Hz，通常稱為低頻振蕩。自由振蕩頻率為：

(1.19)式中，由上式可知，機組慣量越大，振蕩頻率越低；輸送功率越大，振蕩頻率越低。

（2）直流小信號調(diào)制: a)利用與交流聯(lián)絡(luò)線并聯(lián)運行的HVDC的小信號調(diào)制可以有效地抑制互聯(lián)系統(tǒng)間的低頻振蕩；

b)原理：在已有HVDC控制系統(tǒng)中加入附加的直流小信號調(diào)制器，從交流聯(lián)絡(luò)線或兩端交流系統(tǒng)中提取異常信號，來調(diào)節(jié)直流線路傳輸?shù)墓β?，使之快速吸收或補償交流線路功率過剩或缺額，起到阻尼振蕩作用。

c)常用直流小信號調(diào)制器類型：單入單出超前-滯后補償（原理類似于PSS）。

圖7-1 直流小信號調(diào)制器模型

5.諧波不穩(wěn)定性：

（1）諧波概念：

諧波是一個周期電氣量的正弦分量，其頻率為基波頻率的整數(shù)倍；不是基波整數(shù)倍頻率的分量稱為間諧波或分數(shù)諧波；頻率低于基頻的間諧波稱為次諧波。

注意：HVDC換流器交流側(cè)為諧波電流源，直流側(cè)為諧波電壓源。（2）諧波穩(wěn)定性：

a)HVDC引起的諧波不穩(wěn)定是指在換流站附近有擾動時，諧波振蕩不易衰減甚至放大的現(xiàn)象，表現(xiàn)為交流母線電壓嚴重畸變。

b)后果：電流諧波放大幾倍甚至幾十倍；電壓嚴重畸變會導(dǎo)致?lián)Q相失敗并使系統(tǒng)運行困難； c)不穩(wěn)定機理： i.特征諧波大部分被交流濾波器吸收，但非特征諧波卻很難被濾波器吸收； ii.系統(tǒng)阻抗、電源阻抗、濾波器阻抗等并聯(lián)，容易導(dǎo)致較低次諧振頻率（5次及以下）； iii.諧振頻率如果與非特征諧波匹配可能導(dǎo)致諧波被放大，放大的諧波進一步造成交流電壓波形畸變及脈沖不均衡，如果形成正反饋，最終導(dǎo)致交流母線電壓嚴重畸變，直流系統(tǒng)運行困難或不能穩(wěn)定運行； iv.鐵芯飽和型諧波不穩(wěn)定是由于交直流系統(tǒng)中過多的低次諧波交互影響導(dǎo)致，諧波通過換流變壓器的磁通偏移被放大，諧波和換流器交互影響又激勵了這種放大，最終導(dǎo)致出現(xiàn)環(huán)流變壓器鐵芯飽和引起諧波不穩(wěn)定現(xiàn)象； v.當交流側(cè)并聯(lián)諧振頻率與直流側(cè)串聯(lián)諧振頻率剛好滿足交直流兩側(cè)諧波交互關(guān)系時，就發(fā)生互補諧振； d)抑制諧波不穩(wěn)定措施： i.ii.iii.iv.規(guī)劃階段避免互補諧振發(fā)生；

利用磁通補償或諧波注入消除非特征諧波；

附加控制電流調(diào)節(jié)觸發(fā)脈沖，保證非特征諧波最?。?有源濾波等。6.不對稱運行的影響：

在單極大地回線運行方式或者雙極兩端接地不對稱運行方式下，會有較大電（甚至為額定運行電流）經(jīng)接地極流經(jīng)大地。

持續(xù)、長時間的大電流流過接地極會表現(xiàn)出三類效應(yīng)：電磁效應(yīng)、熱力效應(yīng)、電化效應(yīng)。（1）電磁效應(yīng)：

a)內(nèi)容：直流電流注入大地，在極址土壤中形成恒定直流電流場，導(dǎo)致出現(xiàn)大地電位升高、跨步電壓、接觸電勢等。

b)影響：影響依靠大地磁場工作的設(shè)施；對金屬管道、鎧裝電纜、具有接地系統(tǒng)電氣設(shè)備產(chǎn)生負面影響；跨步電壓和接觸電勢影響人畜安全；電磁干擾。（2）熱力效應(yīng)：

a)直流電流作用下電極溫度升高，可能蒸發(fā)土壤水分，導(dǎo)電性能變差，電極將出現(xiàn)熱不穩(wěn)定，嚴重時會使土壤燒結(jié)成幾乎不導(dǎo)電的玻璃狀，電極將喪失運行能力。

b)影響電極溫升土壤參數(shù)：電阻率、熱導(dǎo)率、熱容率、濕度。（3）電化效應(yīng)：

a)大地中水與鹽類物質(zhì)相當于電解液，當直流電流經(jīng)大地返回時，在陽極上會產(chǎn)生氧化反應(yīng)，使得電極及附近金屬發(fā)生電腐蝕；也會導(dǎo)致附近土壤中鹽類物質(zhì)被電解。

7.HVDC引起的變壓器直流偏磁：

（1）問題：直流輸電系統(tǒng)接地極流過較大電流時（如單極大地運行）會導(dǎo)致中性點接地變壓器產(chǎn)生直流偏磁現(xiàn)象。

（2）后果：導(dǎo)致鐵芯飽和，產(chǎn)生諧波，引起振動和噪聲，引起發(fā)熱，嚴重時損壞變壓器，引起保護誤動等。

圖7-2 直流偏磁對變壓器勵磁電流的影響（3）產(chǎn)生的原因：

a)電流在大地中流通，會在不同的地點產(chǎn)生不同的電勢，如果兩個變電站的接地網(wǎng)存在直流電勢差，加上交流系統(tǒng)的直流電阻比較小，這樣就會在交流系統(tǒng)中形成直流電流；

b)入地電流找到了一個比大地更容易流通的通道，即接地變壓器繞組和交流線路組成。

圖7-3 大地電流回路

（4）影響因素：兩臺接地變壓器所處位置的電位；兩個變電站接地電阻R1、R2；變壓器繞組直流電阻RT1、RT2；線路電阻RL。

圖7-4（5）抑制措施（根本思路：避免（減小）地電流流經(jīng)變壓器中性點）： a)中性點串電阻，限制流入的直流電流：

圖7-5 中性點串電阻

i.ii.優(yōu)點：簡單、可靠、低成本；

缺點：不能徹底消除直流電流流入；接地性質(zhì)改變，有負面影響；影響方向保護靈敏度；系統(tǒng)故障時中性點過電壓等。

b)改變中性點電位（如反向注入電流、電位補償?shù)龋?/p>

圖7-6 改變中性點電位

c)中性點串隔直電容阻止直流電流流入：

圖7-7 中性點串隔直電容

8.短時過電壓：

（1）定義：超過正常電壓范圍，持續(xù)相對較長時間的不衰減或衰減慢的過電壓。（Temporary Overvoltage，TOV）

（2）原因：造成換流站短時過電壓的根本原因是換流站安裝的大量無功補償電容器和濾波器；額定工況下，無功容量為額定輸送功率的40%-60%，甩負荷時引起無功消耗大幅下降甚至為零，剩余的無功補償容量就會導(dǎo)致過電壓。（3）影響短時過電壓大小的因素： a)系統(tǒng)強弱程度與無功消耗情況；

b)由交流系統(tǒng)等效阻抗與直流輸電換流站無功補償設(shè)備和濾波設(shè)備構(gòu)成的并聯(lián)諧振；

c)由換流變壓器飽和或偏磁引起的勵磁涌流。

（4）一般短時過電壓包含的分量: 工頻過電壓分量；變壓器勵磁涌流引起的過電壓分量；并聯(lián)諧振決定的自由頻率分量。（5）限制短時過電壓的措施： a)加強交流系統(tǒng)；

b)采用適當?shù)闹绷鬏旊娺\行策略； c)電容器組與濾波器組投切； d)ZnO避雷器限制過電壓。

9.HVDC引起的次同步振蕩（Subsynchronous Oscillation(SSO)）：

（1）概念：汽輪發(fā)電機軸系會與電力系統(tǒng)功率控制設(shè)備，如高壓直流輸電系統(tǒng)，靜止無功補償系統(tǒng)等，發(fā)生相互作用，產(chǎn)生的低于同步頻率的振蕩。

（2）問題：在直流輸電整流站附近的汽輪發(fā)電機組，如果大部分功率通過直流輸電來輸送，且與交流大系統(tǒng)之間的聯(lián)系又比較薄弱，容易引起次同步振蕩（SSO）。

（3）后果：導(dǎo)致機組大軸疲勞甚至斷裂，導(dǎo)致系統(tǒng)振蕩失穩(wěn)。（4）作用機理：汽輪發(fā)電機的速度電動勢分量與換流器觸發(fā)角控制之間的緊密耦合與內(nèi)在的反饋關(guān)系。

圖7-8（5）影響因素：

a)發(fā)電機組與電整流站電氣距離：距離越近越不利； b)發(fā)電機組與交流大電網(wǎng)聯(lián)系：聯(lián)系越薄弱越不利；

c)發(fā)電機組的額定功率與HVDC輸送的額定功率相對大?。喝粼谕粋€數(shù)量級上，不利；

d)HVDC控制器：電流調(diào)節(jié)器、輔助控制器等引起負阻尼。（6）抑制措施：

a)加入次同步阻尼控制器（SSDC）等附加控制解決（本質(zhì)是通過提供對扭振模式的阻尼來抑制SSO）； b)附加一次設(shè)備防止（但價格昂貴）。

注意：逆變站附近的汽輪發(fā)電機組不會受到由HVDC引起的SSO危害。因為它們并不向HVDC提供任何功率，而只是與逆變站并列運行，供電給常規(guī)的隨頻率而變化的負荷。

注意：SSO基本只涉及大容量汽輪發(fā)電機組（30萬kW以上），其軸系結(jié)構(gòu)特點引起。

注意：水輪機不易發(fā)生次同步振蕩：轉(zhuǎn)子慣量大，功率擾動不易引起軸系扭振；機組對扭振固有阻尼很高。10.多直流饋入問題：

（1）概念：多直流饋入就是在受端電網(wǎng)的一個區(qū)域中集中落點多回直流線路。

（2）只采用基本控制的HVDC通常會導(dǎo)致交流系統(tǒng)和直流系統(tǒng)間產(chǎn)生負面的相互作用；采用附加控制可以避免這種負面相互作用，甚至產(chǎn)生正面的影響。

11.單雙極閉鎖：

（1）整流站閉鎖相當于突甩負荷，系統(tǒng)頻率上升；（2）逆變站閉鎖相當于突然切機，系統(tǒng)頻率下降；（3）極閉鎖會使雙側(cè)交流系統(tǒng)突甩無功負荷，使電壓升高。12.直流制動：

（1）交流系統(tǒng)不能過于薄弱，否則不能起到制動作用；

（2）交流系統(tǒng)能快速提供無功，否則由于直流吸收無功的增加，會導(dǎo)致交流系統(tǒng)電壓大幅度下降，從而抵消吸收有功的作用或起反作用；（3）發(fā)電機與HVDC之間電氣距離長（機端升壓變和換流變），直流制動效果不會有電氣制動效果明顯；

（4）快速無功調(diào)節(jié)、快速勵磁、HVDC快投電容器和濾波器等，直流制動可以替代（或減少）切機切負荷；

13.VDC直流線路故障（短路）：

由于HVDC故障電流能持續(xù)一定時間但換流閥可快速關(guān)斷10ms，所以HVDC故障電流在交流系統(tǒng)中影響不明顯。14.交流系統(tǒng)故障（短路）：

引起的大幅電壓下降在逆變側(cè)可能會導(dǎo)致?lián)Q相失敗。15.緊急功率支援：

如交流電網(wǎng)出現(xiàn)大幅度功率缺額：聯(lián)絡(luò)線跳開、某些大電廠跳開等，HVDC可以快速增加輸送功率或者快速潮流反轉(zhuǎn)。

八、VSC-HVDC 1.基本概念：

（1）定義：以基于全控器件的電壓源變換器（VSC）為基礎(chǔ)的直流輸電技術(shù)。（電壓源換流器高壓直流輸電或柔性直流輸電）

（2）特征：全控型電力電子器件、電壓源換流器、大多數(shù)采用脈寬調(diào)制（PWM）技術(shù)。（3）常規(guī)直流輸電面臨的挑戰(zhàn)：

a)兩側(cè)換流站無功消耗大（每側(cè)40~60%）； b)存在大量低次諧波，濾波器容量大； c)不能向無源網(wǎng)絡(luò)供電；

d)存在換相失敗風(fēng)險，會威脅電網(wǎng)安全穩(wěn)定； e)難以形成多端直流網(wǎng)絡(luò)。

注意：根本問題在于使用的開關(guān)器件是半控型器件晶閘管，只能控制開通而不能控制其關(guān)斷，換向必須靠交流側(cè)電源。2.VSC-HVDC的特點及應(yīng)用場合：

（1）優(yōu)點： a)結(jié)構(gòu)緊湊占地小； b)無源系統(tǒng)供電/黑啟動； c)可聯(lián)絡(luò)弱交流系統(tǒng)； d)獨立的有功和無功控制； e)站間不用通訊； f)無換相失敗問題； g)諧波??；

h)易于實現(xiàn)多端直流。（2）缺點：

a)系統(tǒng)損耗較大，每端1.6%（常規(guī)0.8%）；

b)無法控制直流側(cè)故障電流（直流側(cè)故障只能跳交流側(cè)斷路器）； c)運行經(jīng)驗尚不足，系統(tǒng)穩(wěn)定性、可靠性仍有待檢驗。（3）應(yīng)用場合：

a)可再生能源并網(wǎng)：連接風(fēng)力發(fā)電場和電力網(wǎng)； b)孤島供電：海島或海上石油/天然氣的鉆井平臺； c)城市中心供電； d)地下電力輸送； e)連接異步交流電網(wǎng)。3.VSC-HVDC主要設(shè)備：

（1）主要設(shè)備及其作用：

a)電壓源換流器：實現(xiàn)整流和逆變；

b)直流電容：電壓支撐、抑制直流電壓波動降低直流諧波； c)換流電感：Boost控制、影響輸送能力、功率調(diào)節(jié)； d)交流濾波器：濾除交流側(cè)的諧波； e)直流電纜：傳輸電能；

f)測控與保護系統(tǒng)：測量、控制、保護； g)開關(guān)設(shè)備：投切VSC-HVDC系統(tǒng)；

h)冷卻系統(tǒng)：冷卻半導(dǎo)體、變壓器、電抗器等。（2）換流器：

a)兩電平換流器（以PWM波形逼近正弦波）：

圖8-1兩電平換流器（采用IGBT直接串聯(lián)閥實現(xiàn)）

i.ii.優(yōu)點：電路結(jié)構(gòu)簡單；所有閥容量相同；控制簡單，易擴展。缺點：器件直接串聯(lián)，對于參數(shù)一致性要求高，靜態(tài)均壓和動態(tài)均壓問題嚴峻，高。

b)NPC三電平換流器（以PWM波形逼近正弦波）：

圖8-2 NPC三電平換流器

i.優(yōu)點：電平數(shù)提高有利于提高波形質(zhì)量，降低損耗； ii.缺點：額外的器件（鉗位二極管）增加了成本和設(shè)計復(fù)雜度，存在電容電壓不平衡問題。

c)模塊化多電平（MMC）（以階梯波逼近正弦波）：

圖8-3模塊化多電平

i.優(yōu)點：進一步改善波形質(zhì)量，降低對濾波系統(tǒng)要求，甚至可以不要濾波器。

ii.缺點：電容器電壓平衡有難度。

d)變壓器組合式（并聯(lián)型）：

多個變換器并聯(lián)復(fù)合而成，采用曲折變壓器并聯(lián)接入交流系統(tǒng)，較低開關(guān)頻率獲得較好波形質(zhì)量，可提升換流站容量。e)變壓器組合式（串聯(lián)型）：

多個變換器串聯(lián)復(fù)合而成，可提升電壓等級和換流站容量。f)變壓器組合式（串并聯(lián)型）：

多個變換器串并聯(lián)復(fù)合而成，可提升電壓等級和換流站容量，可以以“搭積木”形式實現(xiàn)所需的電壓、電流等級。4.VSC-HVDC構(gòu)成形式：

（1）換流站接線方式：

圖8-4（2）兩端VSC-HVDC輸電系統(tǒng)：單極系統(tǒng)，雙級系統(tǒng)。

注意：采用基本MCC換流器實現(xiàn)的VSC-HVDC直流側(cè)沒有集中布置的電容器，無法采用直流中點接地方式實現(xiàn)正負極性對稱的直流線路。故一般有以下解決方法：閥交流側(cè)經(jīng)電抗器構(gòu)造中性點接地或者閥側(cè)變壓器采用yn形式。

注意：目前已投運的柔直系統(tǒng)絕大多數(shù)由ABB公司設(shè)計制造，VSC-HVDC換流器采用基本VSC實現(xiàn)，本身不能單極運行，僅直流線路可以單極運行。（有文獻稱為“偽雙極”）而由組合式VSC構(gòu)成VSC-HVDC換流器時，可以實現(xiàn)真正的雙 極系統(tǒng)。

（3）多端VSC-HVDC輸電系統(tǒng)：

圖8-5多端VSC-HVDC輸電系統(tǒng)

5.VSC-HVDC系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)特性：

（1）VSC變換器特性：

圖8-6 VSC交流側(cè)穩(wěn)態(tài)矢量關(guān)系1（假設(shè)不變）圖8-7 VSC交流側(cè)穩(wěn)態(tài)矢量關(guān)系2（假設(shè)不變）

圖8-8 等值電路圖

由等值電路圖可得到交流側(cè)電源輸出的有功功率和無功功率分別為：

(1.20)(1.21)(1.22)(1.23)調(diào)整δ、k 可使得VSC運行于圓內(nèi)任意一點，故其可獨立控制P、Q： δ > 0，電源相位超前，變換器工作于整流，交流系統(tǒng)向直流系統(tǒng)注入有功功率；δ < 0，電源相位滯后，變換器工作于逆變，直流系統(tǒng)向交流系統(tǒng)注入有功功率；，系統(tǒng)提供無功；，系統(tǒng)吸收無功。6.VSC-HVDC控制：

（1）控制主要功能：

使VSC-HVDC系統(tǒng)正常工作，保護設(shè)備，使系統(tǒng)經(jīng)濟運行，具體包括：VSC-HVDC系統(tǒng)的啟動和停止控制，VSC-HVDC系統(tǒng)輸送功率潮流大小和方向控制，協(xié)調(diào)交流系統(tǒng)實現(xiàn)調(diào)度中心指令，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。（2）分層控制：系統(tǒng)層控制，裝置層控制，器件層控制。

圖8-9 VSC-HVDC分層控制

a)系統(tǒng)層控制： i.系統(tǒng)層控制兩類物理量：

有功類物理量（有功功率、直流電壓/電流、交流頻率）和無功類物理量（無功功率、交流電壓幅值）。換流站必須在有功類物理量和無功類物理量中各挑選一個物理量進行控制。ii.系統(tǒng)層三種基本控制方式： ① 定功率（定直流電流）控制（控制功率或直流電流和與交流側(cè)交換的無功功率）：

圖8-10定功率控制

② 定直流電壓控制（控制直流母線電壓和與交流側(cè)交換的無功功率）：

圖8-11定直流電壓控制

注意：VSC-HVDC必須有一個換流站采用定直流電壓控制?、?定交流電壓控制（控制交流母線電壓頻率和幅值）：

圖8-12定交流電壓控制

b)裝置層控制：根據(jù)系統(tǒng)層控制形成的參考值，形成換流器目標輸出波形參考信號（M、δ）。

圖8-13 i.常用的一般包含兩個控制環(huán)：功率類外環(huán)、電流內(nèi)環(huán)。電流內(nèi)環(huán)有利于換流器限流。

ii.換流器直接電流控制：

圖8-14換流器直接電流控制

iii.換流器間接電流控制：

圖8-15換流器間接電流控制

c)器件層控制： i.PWM控制原理：

沖量相等而形狀（如大小波形）不同的窄脈沖作用于慣性系統(tǒng)，其效果基本相同。（沖量即指窄脈沖的面積（變量對時間積分）；效果基本相同，是指系統(tǒng)的輸出響應(yīng)波形基本相同）ii.PWM調(diào)制方法：

把希望輸出的波形作為調(diào)制信號（參考波，Vcontrol），把接受調(diào)制的信號作為載波（Vtri），通過信號波的調(diào)制得到所期望的PWM波形。通常采用等腰三角波或鋸齒波作為載波，其中等腰三角波應(yīng)用最多。

圖8-16 PWM調(diào)制波的形成

PWM頻率與載波Vtri頻率相同，輸出電壓VA0幅值由調(diào)制波Vcontrol幅值決定，輸出電壓基頻由Vcontrol頻率決定。

(1.24)iii.脈沖的寬度按正弦規(guī)律變化而和正弦波等效的PWM波形也稱SPWM波形。為了提高直流電壓利用率，可注入三次諧波。

圖8-17 單相兩電平VSC 注意：單相VSC可控運行的前提是直流電壓不低于交流側(cè)電壓峰值。

圖8-18 三相兩電平VSC 注意：三相VSC可控運行的前提是直流電壓不低于交流線電壓倍。iv.空間矢量PWM（SV-PWM）：

圖8-19

圖8-20 SV-PWM的八個開關(guān)狀態(tài) 圖8-21 八個開關(guān)狀態(tài)對應(yīng)空間矢量位置

① 步驟：確定Vd, Vq, Vref, α；確定時間區(qū)域T1, T2, T0；確定S1~S6的開關(guān)時間。

② 優(yōu)點：諧波小；直流電壓利用率高（是SPWM的倍）。

注意：SV-PWM只是利用矢量概念實現(xiàn)脈沖調(diào)制，并不是一般意義上的矢量控制，而仍然屬于標量控制。v.特定諧波消除調(diào)制方法（SHE-PWM）：

① 目標：滿足調(diào)制比前提下，消去部分低次諧波。

② 原理：選擇合適觸發(fā)角，既滿足基波輸出要求，又滿足消除某些低次諧波要求。vi.最優(yōu)PWM（OPWM）：

① 目標函數(shù)：指定諧波消除、最小化總諧波畸變率、最小化畸變系數(shù)、最大轉(zhuǎn)矩。

② 數(shù)值計算方法：牛頓法、人工智能優(yōu)化算法（GA、SA、CSA、PSO等）。vii.換流閥觸發(fā)技術(shù)：

圖8-22 采用光電轉(zhuǎn)換觸發(fā)換流閥

7.VSC-HVDC保護配置：

（1）區(qū)域劃分：外部交流系統(tǒng)，換流站內(nèi)部，直流側(cè)線路。

圖8-23 VSC-HVDC保護區(qū)域劃分圖

（2）故障形式： a)外部交流系統(tǒng)故障：

電壓不平衡（不對稱故障或不對稱負荷引起）；過壓/欠壓；雷電過電壓（近端架空線路遭受雷擊引起）；操作過電壓投切線路設(shè)備引起等。

b)換流站內(nèi)部故障：

內(nèi)部交流母線故障；站內(nèi)直流母線故障；閥體故障；元件失效等。c)直流線路故障：

斷線；單極接地；雙極短路；架空直流線路雷擊過電壓。（3）保護配置原則與特點：

a)可靠性，靈敏性，選擇性，快速性，可控性（通過控制換流器等減輕故障的危害），安全性（保障人身安全和設(shè)備安全），可維護性（保護功能及參數(shù)便于調(diào)整）。

b)特點：采取分區(qū)重疊配置（交流側(cè)保護區(qū)，換流器保護區(qū)，直流線路保護區(qū)）；分層配置（系統(tǒng)級保護，裝置級保護，器件級（閥級）保護）。

（4）交流側(cè)保護： a)交流線路保護；

b)換流變壓器保護：差動保護、過流保護、中性點偏移保護、變壓器本體保護（油、氣、?）； c)換流電抗器保護；

d)交流開關(guān)場和交流濾波器保護。（5）換流器保護： a)換流器過電流保護； b)換流器直流過電壓保護； c)交流側(cè)過電壓保護； d)觸發(fā)脈沖監(jiān)控； e)閥自身保護； f)輔助設(shè)備保護。（6）直流線路保護： a)直流欠壓保護； b)直流過壓保護； c)直流電壓不平衡保護； d)直流故障再啟動邏輯等。8.VSC-HVDC與LCC-HVDC比較：

（1）結(jié)構(gòu)：

圖8-24 VSC-HVDC與LCC-HVDC結(jié)構(gòu)比較

（2）對連接的交流電網(wǎng)的要求：

a)LCC-HVDC：要求保持連接交流電網(wǎng)的電壓和頻率穩(wěn)定，且具有足夠大短路容量；交流電網(wǎng)需要提供無功功率，否則有換相失敗風(fēng)險。b)VSC-HVDC：對連接系統(tǒng)短路容量沒有要求，且可以直接連接無源網(wǎng)絡(luò)。（3）諧波：

a)LCC-HVDC：交流側(cè)12k±1，直流側(cè)12k次； b)VSC-HVDC：與開關(guān)頻率相關(guān)的高次諧波。（4）經(jīng)濟傳輸范圍：

a)LCC-HVDC：大功率范圍內(nèi)（250MW及以上），顯得經(jīng)濟有效； b)VSC-HVDC：將經(jīng)濟功率傳輸范圍擴展到幾個MW到幾百個MW之間。（5）無功：

a)LCC-HVDC：整流側(cè)和逆變側(cè)均吸收無功； b)VSC-HVDC：整流側(cè)和逆變側(cè)均可獨立靈活控制無功：吸收、發(fā)出和零無功。

（6）應(yīng)用場合：

a)LCC HVDC：用于大容量電能傳輸；

b)VSC-HVDC：無源孤島供電、分布式發(fā)電接入、城市供電、??（7）控制手段及性能： a)LCC-HVDC： i.ii.iii.iv.v.vi.觸發(fā)角控制、投切電容器、變壓器分接頭； 潮流反轉(zhuǎn)依靠電壓極性反轉(zhuǎn)實現(xiàn)； 直流側(cè)故障通過晶閘管可以清除； 過載能力強； 不具有黑啟動功能；

損耗低，滿載時，每端~0.8%。

b)VSC-HVDC： i.ii.iii.iv.v.vi.PWM控制方式，有功無功的獨立控制；

潮流反轉(zhuǎn)依靠電流方向反轉(zhuǎn)實現(xiàn)，實現(xiàn)方便快捷； 直流側(cè)故障需要交流側(cè)跳閘清除； 過載能力弱； 具有黑啟動功能；

損耗高，滿載時，每端~1.6%。

（8）工程施工和占地：

VSC-HVDC整個電站按照模塊化設(shè)計，占地面積與同等容量常規(guī)直流輸電電站相比大大縮??；所有裝置可以在生產(chǎn)工廠經(jīng)過試驗檢驗后運送到電站當?shù)?，施工方便?/p>

九、直流輸電控制

1.直流輸電控制方式：

直流輸電系統(tǒng)的整流側(cè)維持直流電流，逆變側(cè)維持直流電壓，從而決定了直流傳輸功率。

（1）整流側(cè)：

a)直流電流控制：調(diào)節(jié)α→ 維持恒定；

b)直流功率控制：根據(jù)運行電壓→ 計算給定值→ 維持恒定； c)直流電壓控制：只有當直流系統(tǒng)電壓過電壓才起作用；

d)α角最小控制：整流側(cè)交流電壓↓或逆變側(cè)交流電壓↑，整流側(cè)不能繼續(xù)維持恒定，轉(zhuǎn)入α角最小控制，同時退出直流電流控制。一般αmin =5°；

e)無功功率控制或慢速交流電壓控制：只選一種，調(diào)節(jié)濾波器組數(shù)→ 改變無功，強交流系統(tǒng)選無功功率控制；

f)換流變壓器分接頭控制：調(diào)節(jié)交流電壓→ 維持α在給定范圍變化，或保持閥側(cè)空載電壓恒定；

g)地電流平衡控制：雙極運行時，調(diào)整兩極α，保持地電流<1%。（2）逆變側(cè)：

a)δ角控制：一般維持δ=18°； b)直流電壓控制：調(diào)整α → 維持恒定；

c)直流電流控制：只有當整流側(cè)轉(zhuǎn)入αmin控制才自動轉(zhuǎn)為該方式； d)快速交流電壓控制：當限制交流系統(tǒng)過電壓，當 ↑ ↑，換流變分接頭來不及調(diào)節(jié)，調(diào)δ ↑ → 吸收無功↑ → ↓ ↓。同樣對出現(xiàn) ↓ ↓。e)無功功率控制或慢速交流電壓控制：只選一種，調(diào)節(jié)濾波器組數(shù)→ 改變無功，強交流系統(tǒng)選無功功率控制（與整流側(cè)同）;f)電流差值控制：防止逆變電流調(diào)節(jié)器在工作轉(zhuǎn)換時產(chǎn)生不穩(wěn)定； g)換流變壓器分接頭控制：調(diào)節(jié)交流電壓→ 維持δ在給定范圍變化，或保持閥側(cè)空載電壓恒定。

注意：正常情況下，整流側(cè)是直流電流或直流功率控制，逆變側(cè)是δ角或直流電壓控制。

2.直流輸電控制特性：

（1）直流輸電等值電路：

圖9-1 直流輸電控制電路圖 圖9-2 直流輸電等值電路

(1.25)(1.26)(1.27)上面三個式子是分別用控制角α、熄弧角δ和關(guān)斷角β表示的直流電壓表達式。注意：這里的以β表示的公式中本來求出來是個負值，這里改變了逆變器內(nèi)電勢的參考方向，故算出來是個正值。

(1.28)(1.29)注意：直流輸電可調(diào)量為導(dǎo)通角和變壓器分接頭。

（2）定觸發(fā)角控制：

a)整流側(cè)為定α方式，逆變側(cè)為定β方式： 將線路的電阻歸算到整流側(cè)，可得到以下計算式：

圖9-3 1為整流側(cè)，2為逆變側(cè)

(1.30)(1.31)(1.32)當整流器的交流電勢變化，則系統(tǒng)的運行點將偏移到A或B。由于伏安特性的斜率一般很小，交流電壓并不會有太大的變動，這樣就會引起直流電流和直流功率很大的波動。同理，逆變側(cè)交流電勢的變動，也會發(fā)生類似的結(jié)果。這種情況是不允許的。

直流輸送功率大幅度波動，將引起交流系統(tǒng)的運行困難，直流電流的劇烈變化，也會影響直流系統(tǒng)的安全運行，可能造成換流器過載和逆變器的換相失敗等。

b)整流側(cè)為定α方式，逆變側(cè)為定δ方式： 將線路的電阻歸算到整流側(cè)，可得到以下計算式：

圖9-4 1為整流側(cè)，2為逆變側(cè)

(1.33)(1.34)(1.35)上述控制方式同樣存在電壓小變化，直流電流大的變化，不利于直流輸電穩(wěn)定運行。

c)整流側(cè)為定α方式，逆變側(cè)為定U方式： 將線路的電阻歸算到整流側(cè)，可得到以下計算式：

圖9-5 1為整流側(cè)，2為逆變側(cè)

(1.36)(1.37)(1.38)上述控制方式同樣存在電壓小變化，直流電流大的變化，不利于直流輸電穩(wěn)定運行。

綜上所述，上述三種方法均不能解決直流輸電的穩(wěn)定運行，有必要再加入下面的控制環(huán)節(jié)。

（3）定電流控制：

a)為了直流輸電系統(tǒng)穩(wěn)定運行，整流器上都裝有定電流調(diào)節(jié)裝置，自動地保持電流為定值；逆變器定δ。

圖9-6 紅線為整流側(cè)，藍線為逆變側(cè)

b)低壓限流控制： i.概念：低壓限流控制是指在某些故障情況下，當發(fā)現(xiàn)直流電壓低于某一定值時，自動降低直流電流調(diào)節(jié)器的整定值，待直流電壓恢復(fù)后，又自動恢復(fù)整定值的功能，如下圖CD與EF段。

圖9-7低壓限流控制示意圖

ii.主要作用：

① 避免逆變器長時間換相失敗，保護換流閥；

② 在交流系統(tǒng)出現(xiàn)干擾或干擾消失后使系統(tǒng)保持穩(wěn)定，有利于交流系統(tǒng)電壓恢復(fù)，改善交流系統(tǒng)的性能，保持換流站的無功平衡； ③ 在交流系統(tǒng)故障切除后，為直流輸電快速恢復(fù)創(chuàng)造條件，在交流電壓恢復(fù)期間，平穩(wěn)的增大直流電流來恢復(fù)直流系統(tǒng)。因為如果直流系統(tǒng)功率恢復(fù)太快，換流器需要吸收較大的無功功率，影響交流電壓的恢復(fù)。iii.基本過程：

如果出于某種原因直流電壓降至以下，電流指令的最大限幅值開始下降。如果當前電流指令大于電流指令的最大限幅，則輸出的電流指令（）將降低。電流指令的降低可防止逆變端發(fā)生交流故障時的電壓不穩(wěn)。如果直流電壓持續(xù)下降至低于，電流指令的最高限幅則不再下降，并保持在。iv.直流電流給定值修改的原則：保證整流側(cè)的給定值始終比逆變側(cè)的至少大。

（4）換流器控制：（見本材料P21）3.直流輸電的控制：

（1）定電流調(diào)節(jié)：

圖9-8定電流調(diào)節(jié)框圖

注意：余弦移相單元的作用是消除整流器的非線性，使整個控制系統(tǒng)變成線性系統(tǒng)，從而有利于控制器參數(shù)設(shè)計。

（2）定δ調(diào)節(jié)原理：

a)開環(huán)調(diào)節(jié)方式：由運行狀態(tài)計算出δ。

由和聯(lián)立可得。故只要測量和，即可根據(jù)δ，計算出β。改變β即可實現(xiàn)定δ控制。

b)閉環(huán)調(diào)節(jié)方式：根據(jù)實際系統(tǒng)測量δ。

圖9-9（3）定電壓調(diào)節(jié)原理：

圖9-10 與定電流控制類似，只是輸入信號為直流電壓?？梢跃S持直流線路末端電壓恒定，也可以維持線路首端。

（4）無功控制： a)一般來講，在穩(wěn)態(tài)運行方式下，整流器吸收的無功功率為直流輸出功率的30%～50%，逆變器吸收的無功功率則為40%～60%的直流輸出功率。b)無功及電壓控制是通過投切無功補償裝置、改變導(dǎo)通角和換流變分接頭的手段，實現(xiàn)：交直流系統(tǒng)的無功交換在規(guī)定的范圍；換流變閥側(cè)理想空載直流電壓不超標；導(dǎo)通角和熄弧角在期望的范圍內(nèi)；換流母線電壓變化率不越限的目標。c)定無功功率控制：

計算所有投入的交流濾波器的無功功率和交流系統(tǒng)提供的無功功率以及換流器所消耗的無功功率，根據(jù)前二者之和與后者的差值來決定投切濾波器。最少交流濾波器組數(shù)限制是指在對應(yīng)運行方式和運行功率水平條件下所必須投入的濾波器組數(shù)以及組合形式，否則將不能保證濾波效果，達不到濾波性能要求。

d)定交流電壓控制：

在電壓控制中，為了進行交流電壓控制，測量出母線電壓。電壓控制死區(qū)的高設(shè)定值和低設(shè)定值由運行人員在直流工作站上調(diào)整根據(jù)順序控制要求投入最少濾波器組，隨著輸送功率的增加，交流母線電壓下降，當滿足電壓控制死區(qū)的低設(shè)定值時，則投入一組交流濾波器。同樣，若直流系統(tǒng)輸送功率降低或其他運行參數(shù)發(fā)生變化，且當交流母線電壓滿足電壓控制死區(qū)的高設(shè)定值時切除一組交流濾波器。

（5）換流變分接頭調(diào)節(jié)：

a)換流變分接頭調(diào)節(jié)的必要性：整流側(cè)換流變?nèi)绻潭ㄗ儽?，當交流電壓和直流電壓發(fā)生偏移或改變直流傳輸功率時，α變化會很大。若α過大，則消耗無功增加，直流電壓諧波增加；若α過小，則縮小控制范圍。故通過分接頭調(diào)整使α在一定范圍變化，如：（正常）。b)整流側(cè)工作原理：

當α < 下限時→ 調(diào)1檔分接頭，AC電壓↑ → α ↑； 當α > 上限時→ 調(diào)1檔分接頭，AC電壓↓ → α ↓；

一般來講，當α =下限或上限時，調(diào)1檔使α = 15o左右。每一檔交流電壓變化1% ~ 1.25%，太大會引起頻繁往復(fù)調(diào)節(jié)?？偟淖兓秶?5% ~20%。如果考慮降壓運行，變化范圍更大。

i.主要調(diào)節(jié)方式： ① 保持換流變閥側(cè)空載電壓恒定：

分接頭主要用于AC電壓的波動，故分接頭調(diào)節(jié)一般較少，所要求分接頭調(diào)節(jié)范圍也較小。負載波動由α或δ調(diào)整。分接頭調(diào)節(jié)不頻繁，延長壽命。

② 保持控制角（α或δ）在一定范圍變化（我國基本采用這種方式）： 分接頭調(diào)整使α或δ 在一定范圍變化→ Q ↓，交直流諧波↓；直流系統(tǒng)性能好，但分接頭調(diào)整頻繁且調(diào)整范圍要大。

c)逆變側(cè)工作原理：

當δ < 下限時→ 調(diào)1檔分接頭，AC電壓↑ → δ ↑； 當δ > 上限時→ 調(diào)1檔分接頭，AC電壓↓ → δ ↓；

一般來講，當δ =下限或上限時，調(diào)1檔使左右。每一檔交流電壓變化1% ~ 1.5%，太大會引起頻繁往復(fù)調(diào)節(jié)。

（6）定功率控制原理：

電力系統(tǒng)運行通常按輸送功率規(guī)劃，定Pd仍然是以定Id為基礎(chǔ)。

圖9-11（7）起停控制：

起?？刂浦饕ㄖ绷鬏旊娤到y(tǒng)從停運狀態(tài)變到運行狀態(tài)以及輸送功率從零增加給定值或從運行狀態(tài)轉(zhuǎn)變到停運狀態(tài)的控制功能。直流輸電系統(tǒng)的起停包括正常起動、正常停運、故障緊急停運和自動再起動等。

a)正常起動： i.起動方式：

直流輸電系統(tǒng)的起動，采用逐漸升壓的方式，以避免產(chǎn)生過電壓。通常用逐漸增大整流器電流調(diào)節(jié)器的電流整定值，使整流器的直流電流隨著增大的方法起動。ii.起動的過程主要步驟：

① 兩側(cè)換流站換流變壓器網(wǎng)側(cè)斷路器分別合閘，使換流變壓器和換流閥帶電；

② 兩側(cè)換流站分別進行直流側(cè)開關(guān)設(shè)備操作，以實現(xiàn)直流回路連接； ③ 兩側(cè)換流站分別投入適量的交流濾波器支路；

④ 起動逆變器，并使β角等于最大上限值（上限值小于或等于90°），然后按α=90°觸發(fā)整流器，同時便調(diào)節(jié)器的電流整定值按指數(shù)上升； ⑤ 通過電流調(diào)節(jié)器的作用，整流器的直流電流跟隨上升。在逆變側(cè)，當直流電流大于不連續(xù)電流值后，起動裝置便自動地逐步減小β角； ⑥ 當直流電壓電流都抵達額定值，δ調(diào)節(jié)器將δ角調(diào)到δ0后，起動過程便告結(jié)束。這種起動方式稱為軟起動。起動時間一般為100ms ～200ms 左右。

當起動開始階段，直流電流很小時，由于電流不連續(xù)，會引起過電壓，因此應(yīng)設(shè)法盡快越過電流間斷區(qū)（一般在額定電流10％以下）。

b)正常停運： i.停運方式：

可以采用與軟起動相類的方法，使調(diào)節(jié)器電流整定值按指數(shù)規(guī)律下降。ii.停運的過程主要步驟：

① 通過整流側(cè)電流調(diào)節(jié)器，使直流電流跟隨整定值逐步下降，直至允許運行的最小值；在此過程中，逐步切除交流濾波器組，以滿足無功平衡的要求，逆變側(cè)的電流調(diào)節(jié)器也跟著使β角加大，直到達到上限值； ② 停送整流器的觸發(fā)脈沖，或者采用快速停止的方法，它是將整流器的觸發(fā)相位快速地增加到α=120~150°，使其轉(zhuǎn)入逆變運行狀態(tài)，于是平波電抗器和線路電感、電容中儲存的能量就迅速回送到交流系統(tǒng)。在逆變側(cè)，電流調(diào)節(jié)器也迅速地的把β角增加到上限值，以加速直流側(cè)能量的施放，這樣直流側(cè)的電壓和電流便很快地下降到零；

③ 當直流電流等于零時，閉鎖逆變器觸發(fā)脈沖，并切除逆變側(cè)余下的交流濾波器組；

④ 兩側(cè)換流站分別進行直流側(cè)開關(guān)設(shè)備操作，使直流線路與換流器斷開； ⑤ 兩側(cè)換流站分別進行交流開關(guān)設(shè)備操作，跳開換流變壓器網(wǎng)側(cè)斷路器。上述起停操作，均由起停程序控制設(shè)備自動地進行。c)故障緊急停運： i.概念： 直流輸電系統(tǒng)在運行中發(fā)生故障，保護裝置動作后的停運稱為故障緊急停運。其操作的主要目的是：①迅速消除故障點的直流電?。虎谔_交流斷路器以與交流電源隔離。ii.故障緊急停運過程：

迅速將整流器觸發(fā)相位快速地增加到α= 120~150°，使其轉(zhuǎn)入逆變運行狀態(tài)，稱之為快速移相。快速移相后，直流線路兩側(cè)都處于逆變狀態(tài)，將直流系統(tǒng)所儲存的能量迅速送回兩側(cè)交流系統(tǒng)。當直流電流下降到0后，分別閉鎖兩側(cè)換流器的觸發(fā)脈沖，繼而跳開兩側(cè)換流變壓器網(wǎng)側(cè)斷路器，達到緊急停運的目的。當多橋換流器中只有一個或部分換流橋發(fā)生故障必須退出運行時，為使其它部分仍繼續(xù)運行，可通過旁路閥和旁通開關(guān)，將故障部分隔離而退出工作。除由保護啟動的緊急停運外，還可以手動起動緊急停運。通常，在換流站主控制室內(nèi)設(shè)有手動緊急停運按鈕，當發(fā)生危及人身或設(shè)備安全的事件時，可通過手動操作緊急停運按鈕，實現(xiàn)緊急停運。

d)自動再起動： i.概念：

自動再起動用于在直流架空線路瞬時故障時，迅速恢復(fù)送電的措施。ii.自動再起動過程：

① 當直流保護系統(tǒng)檢測到直流線路接地故障時，迅速將整流器的觸發(fā)角快速移相到120~150°，使整流器轉(zhuǎn)換為逆變器運行；

② 在兩側(cè)換流站均為逆變狀態(tài)運行時，直流系統(tǒng)儲存的電磁能量迅速返送到兩端交流系統(tǒng)，直流電流在20ms ~40ms內(nèi)降到0；

③ 經(jīng)過預(yù)先整定的100～150ms的弧道去游離時間后，按照一定的速度自動減小整流器的觸發(fā)角，使其恢復(fù)到整流運行，并迅速將直流電壓和電流升至故障前運行值（或預(yù)定值）；

④ 如果故障點絕緣未能及時恢復(fù)，在直流電壓升到故障前運行值時仍可再次發(fā)生故障，這時還可以進行第二次自動再起動。為了保證再起動成功率，在第二次再起動時，可適當加長整定的去游離時間，或減慢電壓上升速度；

⑤ 如果第二次再起動仍不成功，可以進行第三次，甚至第四次再起動。若已達到預(yù)定的再起動次數(shù)，均未成功，可認為故障是連續(xù)性的，此時就發(fā)出停運信號，使直流系統(tǒng)停運。由于控制系統(tǒng)的快速作用，直流輸電系統(tǒng)的自動再起動一般比交流系統(tǒng)的自動重合閘時間要短，因而對兩端交流系統(tǒng)的沖擊也比較小。對于直流電纜線路，由于其故障多半是連續(xù)性的，因而不宜采用自動再起動。、e)旁通對在正常起停中的應(yīng)用： i.旁通閥：

由汞弧閥構(gòu)成的換流器，除了六個主閥之外，大都裝有第七閥――旁通閥。正常運行時，旁通閥處于閉鎖（不加觸發(fā)）狀態(tài)，因此不通電流，不影響換流器的工作。當換流器發(fā)生故障時，旁通閥才被觸發(fā)導(dǎo)通，起保護主閥的作用。逆?。撮y發(fā)生反向?qū)ǎ┦枪￠y經(jīng)常發(fā)生的瞬時性故障，需依靠旁通閥加以保護。旁通閥也可用于直流系統(tǒng)的起停操作。

圖9-12 由可控硅構(gòu)成的換流器，不存在逆弧故障，可以用接在交流端同一相的上下兩閥同時觸發(fā)導(dǎo)通來代替旁通閥，稱為旁通對。其中閥1和4，3和6以及2和5三對均可選作旁通對。這樣就要省去價格昂貴的旁通閥。ii.正常起動時旁通對的應(yīng)用：

利用旁通對起動直流系統(tǒng)的程序如下：當發(fā)出起動指令時，首先將兩側(cè)換流器的旁通對投入，直流線路便經(jīng)兩側(cè)旁通對短路。接著整流器解鎖，進行軟起動。這時逆變器旁通對仍將直流線路短路，有利于電流盡快越過間斷區(qū)。待電流越過間斷區(qū)后解鎖逆變側(cè)，以后的過程和一般軟起動方式相同。換流器為雙橋串聯(lián)接線時，起動時整流器的一個橋先解鎖，通過另一橋的旁通對送出直流電流，然后第二個橋解鎖。這樣可以避免起動時第四個觸發(fā)的閥臂發(fā)生過電壓，這種過電壓在最惡劣的情況下可能達到4倍的額定值。iii.正常停運時旁通對的應(yīng)用：

單橋六脈動直流系統(tǒng)的正常停止操作，開始時仍用上述的方法進行，當電流減小到接近間斷區(qū)時，始投入旁通對，使換流器越過間斷區(qū)而停止運行。由多個橋串聯(lián)組成的換流器，當其中一個橋需退出運行時，可將其旁通對投入，其它仍可通過這個通對繼續(xù)運行。若這個橋需要長期可合上它的旁通開關(guān)代替旁通對，再用隔離開關(guān)將橋隔開。當這個橋再投入運行時，按相反的次序操作。

f)潮流反轉(zhuǎn)控制： ① 概念：

直流輸電的特點之一是能夠方便、快速地實現(xiàn)功率潮流的反轉(zhuǎn)輸送。因此，它不但在正常運行時可以按照經(jīng)濟原則調(diào)節(jié)輸送功率的大小和方向，而且當某側(cè)交流系統(tǒng)發(fā)生事故時，還要以通過它從另一側(cè)交流系統(tǒng)得到緊急的支援。由于換流器只能單向?qū)щ?，所以直流電流的方向是不能反轉(zhuǎn)的，只有使直流電壓極性反轉(zhuǎn)，才能實現(xiàn)功率倒送。這就要把整流器觸發(fā)相位延遲，變?yōu)槟孀儬顟B(tài)運行，把原來逆變器的觸發(fā)相位提前，變?yōu)檎鳡顟B(tài)運行。反轉(zhuǎn)過程是自動進行的。

圖9-13 ② 簡要過程：

圖9-14 兩側(cè)換流器都裝有電流調(diào)節(jié)器和定δ調(diào)節(jié)器，它們的調(diào)節(jié)特性都由定α0、定Id0和定δ0三段組成。設(shè)功換流器1運行于整流狀態(tài)，換流器2運行于逆變狀態(tài)，運行點為A點，功率由1側(cè)送向2側(cè)。

當需要潮流反轉(zhuǎn)時，可將電流裕度指令從2側(cè)轉(zhuǎn)送到1側(cè)，因此1側(cè)的電流整定值減小到Id0-ΔId0，2側(cè)的電流整定值變?yōu)镮d0，這時換流器1檢測出的電流大于新的整定值，電流調(diào)節(jié)器便不斷地增大α角，企圖降低電流。同時，換流器2檢測出的電流小于新整定值，選擇環(huán)節(jié)自動地將定δ調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換到定電流調(diào)節(jié)，后者不斷地增大β角，企圖把電流維持在新的整定值，致使，遂由逆變轉(zhuǎn)入整流狀態(tài)。同時1側(cè)也調(diào)到，由整流轉(zhuǎn)入逆變狀態(tài)。這個過程一直進行到換流器1的。選擇環(huán)節(jié)把定電流調(diào)節(jié)改為定調(diào)節(jié)，最后穩(wěn)定在新的運行點B，完成了潮流反轉(zhuǎn)。

潮流反轉(zhuǎn)過程一般很快就能完成（約幾百毫秒）。雙方系統(tǒng)均難以承受，且對于直流電纜線路，過快的電壓極性反轉(zhuǎn)會損害它的絕緣性能，必要時可增加延時環(huán)節(jié)，減慢反轉(zhuǎn)過程。

g)控制系統(tǒng)的分層控制：

圖9-15控制系統(tǒng)的分層控制示意圖

i.閥控：

圖9-16閥控示意圖

ii.換流器控制：

① 定Id；定α；定δ；αmin & αmax；分接頭控制；無功功率；SCR觸發(fā)閉鎖和解鎖控制等；

② 換流器保護；AC、DC濾波器保護；換流變保護；母線保護；交直流電壓電流測量及報警等。iii.極控制：

控制和協(xié)調(diào)該極的運行；功率給定值設(shè)置；電流給定值計算，站間通信；過負荷監(jiān)測；功率調(diào)制；本極起停；故障恢復(fù)；本極直流線路保護；直流開關(guān)場設(shè)備保護及報警等。iv.雙極和站控制： 協(xié)調(diào)兩個換流站和兩個極運行，雙極功率給定值設(shè)置；極電流平衡；緊急功率控制；功率反轉(zhuǎn)；雙極故障后恢復(fù)等。v.通信：

① 控制用：電流給定值，功率給定值等；

② 操作命令：起停；反轉(zhuǎn)；金屬大地回流；開關(guān)遙控；保護及連鎖動作等。注意：直流輸電設(shè)置一個主控站，可以是整流側(cè)也可以是逆變側(cè)主控站負責(zé)HVDC的運行與操作。

十、特高壓直流輸電：

（1）概念：

特高壓直流輸電（UHVDC）是指±800kV（±750kV）及以上電壓等級的直流輸電及相關(guān)技術(shù)。

（2）特點：

輸送容量大、電壓高，可用于電力系統(tǒng)非同步聯(lián)網(wǎng)。（3）UHVDC主接線：

圖10-1特高壓直流輸電主接線

（4）UHVDC運行方式：

圖10-2 特高壓直流輸電運行方式

十一、課后習(xí)題解答：

1.第一次作業(yè)：

（1）交流輸電或直流輸電線路的額定電壓提高一倍，其功率輸送能力提高多少倍？為什么？請予以證明。答：，U增大一倍，P增大至四倍。

（2）為什么交流電纜的輸電距離不能長？ 答：交流電纜的對地電容比較大，當輸電距離超過一定距離后，電纜中大部分電流流進大地，這樣受端就接收不到足夠功率。（下面的是網(wǎng)上的答案，僅供參考）

答：因為交流輸電存在系統(tǒng)穩(wěn)定問題，由其功角特性可知，交流輸電距離越長，其穩(wěn)定裕度越小。而且輸電距離越長，趨膚效應(yīng)越明顯，損耗越嚴重。

（3）由電力電子技術(shù)知，換流器有：二極管換流器、晶閘管換流器和IGBT換流器。試問：能否用不同形式的換流器構(gòu)成混合式直流輸電？能否雙向傳輸功率？

答：二極管是不控型器件，只能夠進行整流而不能進行逆變，所以二極管不能用來雙向傳輸功率；晶閘管和IGBT都是可以整流也可以逆變，所以晶閘管與IGBT的組合可以構(gòu)成混合式直流輸電。（4）過多的大地電流有何不利影響？

答：雙極不對稱大地回線運行時存在電化學(xué)腐蝕問題和直流偏磁問題。（詳細解答見本頁最上面）2.第二次作業(yè)：

（1）為什么雙極大地回線的運行方式最為常用？

答：一方面在正常運行時大地回線中的電流很小，從而減小了大地電流的不利影響；另一方面是當有一極故障退出運行時，另一極仍可通過大地回線構(gòu)成單極回線運行，提高了電力系統(tǒng)抵御事故的能力。（2）大地回線與金屬回線相比，有何優(yōu)點和缺點？

答：大地回線的優(yōu)點是電阻小，減少線路損耗，節(jié)省材料和成本；缺點是電流仍需要通過接地極，不同接地點會有不同的電位產(chǎn)生，使接地的變壓器產(chǎn)生直流偏磁，同時也伴隨著電化學(xué)腐蝕的發(fā)生。（3）背靠背直流輸電有何作用？ 答：背靠背直流輸電系統(tǒng)是輸電線路長度為零的直流輸電系統(tǒng)。這種類型的直流輸電主要用于兩個非同步運行（不同頻率或相同頻率但不同步）的交流電力系統(tǒng)之間的聯(lián)網(wǎng)或送電。

（4）怎樣區(qū)分兩段直流輸電和多端直流輸電？

答：可以看交流系統(tǒng)中所接換流站個數(shù)，也可以看交流電網(wǎng)接入點個數(shù)。（5）多端直流輸電系統(tǒng)有何優(yōu)點和不便？

答：多端直流輸電系統(tǒng)由3個或3個以上的換流站及連接換流站之間的高壓直流輸電線路組成。它與交流系統(tǒng)有3個或3個以上的連接端口，能夠?qū)崿F(xiàn)多個電源區(qū)域向多個負荷中心供電，減少了換流站的總數(shù)，比用多個2端直流輸電系統(tǒng)更為經(jīng)濟。多端直流輸電系統(tǒng)中的換流站既可以作為整流站運行，也可以作為逆變站運行，運行方式更加靈活，能夠充分發(fā)揮直流輸電的經(jīng)濟性和靈活性。缺點是目前缺少大容量的直流斷路器，無法切除故障，因而有一處故障則整個系統(tǒng)都會停運。3.第三次作業(yè)：

（1）從HVDC系統(tǒng)運行工作點的穩(wěn)定性來說，定（逆變角）β運行方式與定（熄弧角，或關(guān)斷角）δ運行方式相比，哪一種運行方式的穩(wěn)定性高？

答：定β運行方式穩(wěn)定性好（但是實際應(yīng)用中采用定δ運行方式）。（2）HVDC系統(tǒng)兩側(cè)交流系統(tǒng)的強弱，運行頻率的高低對HVDC系統(tǒng)運行穩(wěn)定性有何影響？

答：對整流器而言，系統(tǒng)越強，內(nèi)電抗越小，其外特性越平坦，穩(wěn)定性越高；運行頻率越高，內(nèi)電抗越大，其外特性越陡，穩(wěn)定性越差。對逆變器而言，用β表示的外特性系統(tǒng)越強，內(nèi)電抗越小，其外特性越平坦，穩(wěn)定性越高；運行頻率越高，內(nèi)電抗越大，其外特性越陡，穩(wěn)定性越差。（3）SCR換流器等值電路中的內(nèi)阻是感性的？還是阻性的？內(nèi)阻的大小與交流系統(tǒng)的強弱有何關(guān)系？是否消耗能量？

答：感性的；系統(tǒng)越強，其內(nèi)電抗越小，內(nèi)阻也越?。粌?nèi)阻不消耗能量。（這里大家?guī)兔ο胂肟磳Σ粚?，謝謝?。?.第四次作業(yè)：

（1）為什么說換流器工作在整流狀態(tài)和逆變狀態(tài)都要從交流電源吸收無功功率？

答：在忽略換流器的損耗時交流功率一定等于直流功率，即。

當時，電流的基頻分量與相電壓同相位。有功功率為正，無功功率為零；當時，P減小，Q增大；當時，P=0，Q最大；當時，P變?yōu)樨撝?，絕對值增大，Q仍為正，但幅值減??；當時，P達到負的最大，Q為零。所以，換流器不管是整流還是逆變，換流器都將從系統(tǒng)吸收無功功率。5.最后一次思考題：

（1）直流輸電的特點（優(yōu)點及不足）：本材料P1頁。（2）直流輸電總體結(jié)構(gòu)圖及各部分作用：

答：組成部分有：三相電源，換流站，輸電電纜或者架空線，換流站，交流電網(wǎng)。三相電源的作用是向電網(wǎng)輸出電能；電源端的換流站的功能是將交流電變成直流電；輸電電纜或者架空線的功能是將直流電進行遠距離輸送；交流電端的換流站的作用是將直流電變成交流電并輸送到交流電網(wǎng)上去；交流電網(wǎng)的作用是將交流電輸送到個電力用戶。（3）直流輸電基本公式：本材料P54頁。

（4）直流輸電系統(tǒng)諧波特性及濾波器：本材料P16-17，P21-23頁。（5）直流輸電系統(tǒng)無功特性及無功補償：

答：采用電網(wǎng)換相換流器（LCC-HVDC）的直流輸電換流站，不管處于整流狀態(tài)還是逆變狀態(tài)運行，直流系統(tǒng)都需要從交流系統(tǒng)吸收容性無功，即換流器對于交流系統(tǒng)而言總是一個無功負荷。無功補償設(shè)備包括機械投切的電容器和電抗器、同步調(diào)相機和靜止無功補償裝置三類。（詳見課本P38和P128頁）（6）直流輸電等值電路圖：本材料P54頁。（7）直流輸電基本控制方式：本材料P52-53頁。

（8）直流輸電基本控制特性：本材料P55-58頁。（這個沒太搞懂，大家找找教材看看有木有，懂的話教教我）（9）低壓限電流的作用：本材料P57-58頁。（10）直流輸電的起停：本材料P61-62頁。

（11）直流輸電的潮流反轉(zhuǎn)：本材料P64-65頁，教材P183頁。（12）直流輸電的分層控制思路：本材料P65-66頁。（13）直流輸電與交流系統(tǒng)有什么影響：本材料P24-35頁。

（14）采用直流輸電進行直流調(diào)制（制動）的優(yōu)缺點：本材料P34-35頁。（15）直流輸電雙極閉鎖后對兩側(cè)交流系統(tǒng)的影響：（這個不清楚，求高手指點）

（16）特高壓直流輸電的意義：

答：特高壓直流輸電（UHVDC）是指±800kV（±750kV）及以上電壓等級的直流輸電及相關(guān)技術(shù)。特高壓直流輸電的主要特點是輸送容量大、電壓高，可用于電力系統(tǒng)非同步聯(lián)網(wǎng)。在我國特高壓電網(wǎng)建設(shè)中，將以1000kV交流特高壓輸電為主形成特高壓電網(wǎng)骨干網(wǎng)架，實現(xiàn)各大區(qū)電網(wǎng)的同步互聯(lián)；±800kV特高壓直流輸電則主要用于遠距離、中間無落點、無電壓支撐的大功率輸電工程。

（17）特高壓直流輸電的主接線：本材料P67頁。（UHVDC一般采用高可靠性的雙極兩端中性點接線方式）

（18）特高壓直流輸電和高壓直流輸電的異同點：（自己瞎寫的，僅供參考）答：同：都是采用直流方式輸送功率，實現(xiàn)不同頻率電網(wǎng)的互聯(lián)；異：前者電壓等級更高，輸送容量更大，送電距離更遠，線路損耗更低，工程投資更少，走廊利用率更高，運行方式更靈活。

（19）電壓源型（柔性）直流輸電（VSC-HVDC）有什么優(yōu)缺點：本材料P36頁。

（20）電壓源型（柔性）直流輸電（VSC-HVDC）主接線及各部分作用：教材P196頁，本材料P37頁。

（21）VSC-HVDC與LCC-HVDC比較：本材料P50-52頁。

第五篇：高壓直流輸配電技術(shù)

一、教學(xué)目的

高壓直流輸電系統(tǒng)的運行和控制是電力系統(tǒng)及其自動化、電力電子等專業(yè)的一門重要技術(shù)基礎(chǔ)課程。高壓直流輸電系統(tǒng)主要研究的內(nèi)容是如何依靠電力電子變流技術(shù)以直流的形式實現(xiàn)電能的遠距離傳遞的系統(tǒng)。通過本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生應(yīng)掌握高壓直流輸電系統(tǒng)的基本原理、在實際電能生產(chǎn)系統(tǒng)中的運行特性、控制特性及其結(jié)構(gòu)和元件等理論知識，為從事實際工作打下堅實的基礎(chǔ)。

本課程具有較強的綜合性和實用性，與工程實際聯(lián)系密切，對培養(yǎng)學(xué)生聯(lián)系工程實際，提高科學(xué)的思維能力具有重要的促進作用。

二、教學(xué)內(nèi)容與要求

第一章

緒論（講課2學(xué)時）

了解課程的主要內(nèi)容，重點了解高壓直流輸電系統(tǒng)的發(fā)展概況、基本組成及與交流輸電相比

第二章 換流器理論及特性方程（講課4學(xué)時）

換流器的主要功能是完成交－直流轉(zhuǎn)換，并通過HVDC聯(lián)絡(luò)線來控制潮流，是直流輸電系統(tǒng)中完成電能傳遞的關(guān)鍵設(shè)備。通過本章的學(xué)習(xí)，了解掌握換流器的閥特性以及實際換流電路的結(jié)構(gòu)和運行情況，掌握換相、觸發(fā)延遲角、換相角、熄弧角等基本概念，整流器和逆變器的工作方式。具體教學(xué)內(nèi)容和學(xué)時安排如下：

2.1、閥特性（講課1學(xué)時）

2.2、換流器電路分析（講課1學(xué)時）

2.3、整流器和逆變器工作方式（講課1學(xué)時）2.4、交流量和直流量之間的關(guān)系（講課0.5學(xué)時）2.5、多橋換流器（講課0.5學(xué)時）重點：整流器和逆變器工作方式。難點：多橋換流器的工作方式。

作業(yè)：什么是整流器和逆變器，其各自的工作方式是怎樣的？

第三章

諧波及其抑制（講課4學(xué)時）

諧波及其抑制是高壓直流輸電中的重要技術(shù)問題之一。通過本篇學(xué)習(xí)，了解高壓直流輸電系統(tǒng)中的諧波來源以及類型、諧波的影響和危害、濾波裝置的特性和設(shè)計辦法,重點掌握換流站交、直流側(cè)的諧波類型以及抑制，了解交流繞組的術(shù)語，認識展開圖，懂得三相繞組空間對稱的道理，掌握相電勢有效值公式，知道其中各物理諧波的基本方法。具體教學(xué)內(nèi)容和學(xué)時安排如下：

3.1、高壓直流輸電系統(tǒng)的諧波（講課1學(xué)時）3.2、諧波抑制裝置的選擇（講課1學(xué)時）

3.3、交流濾波器的設(shè)計（講課0.5學(xué)時）

3.4、直流側(cè)濾波器設(shè)計（講課1學(xué)時）

3.5、增加脈波數(shù)來抑制諧波的辦法（講課1學(xué)時）重點：抑制諧波的辦法。難點：濾波器設(shè)計。

作業(yè)：什么是特征諧波？什么是非特征諧波？其抑制方式有哪些？

第四章

高壓直流輸電系統(tǒng)的控制和特性（講課5學(xué)時）

高壓直流輸電系統(tǒng)是高度可控的，采用各種控制方式，目的在于提供高效穩(wěn)定的運行和功率控制的最大靈活性，同時保證設(shè)備的安全。通過本章的學(xué)習(xí)，掌握控制的基本運行原理、實現(xiàn)以及它們在正常和異常的系統(tǒng)條件下的性能。具體教學(xué)內(nèi)容和學(xué)時安排如下：

4.1、控制的基本原理（講課1學(xué)時）4.2、控制系統(tǒng)的實現(xiàn)（講課1學(xué)時）

4.3、換流器觸發(fā)脈沖控制系統(tǒng)（講課1學(xué)時）4.4、換流器的全數(shù)字式控制器（講課1學(xué)時）4.5、閥的閉鎖和旁路（講課0.5學(xué)時）4.6、啟動、停運和潮流的逆轉(zhuǎn)（講課0.5學(xué)時）重點：控制的基本原理。

難點：關(guān)于閥的閉鎖和旁路，啟動、停運和潮流的逆轉(zhuǎn)實現(xiàn)。作業(yè)：（1）闡述高壓直流輸電系統(tǒng)的基本控制原理。

（2）如何實現(xiàn)直流系統(tǒng)的啟動、停運和潮流的逆轉(zhuǎn)？

第五章 高壓直流輸電系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型、分析和仿真（講課9學(xué)時）

實際的高壓直流輸電系統(tǒng)往往和交流系統(tǒng)相互連接，形成交直流輸電系統(tǒng)的相互作用，從而產(chǎn)生一系列電壓不穩(wěn)定性、暫態(tài)不穩(wěn)定性、動態(tài)過電壓等問題，為了預(yù)計可能出現(xiàn)的問題并提供解決措施，建立準確的高壓直流輸電系統(tǒng)拓撲方程變得必要。通過本章的學(xué)習(xí)，掌握描述高壓直流系統(tǒng)的各種模型、求解方法以及相關(guān)的仿真計算。具體教學(xué)內(nèi)容和學(xué)時安排如下：

5.1、用于高壓直流系統(tǒng)控制研究的標準模型（講課1學(xué)時）

5.2、高壓直流輸電系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)模型和潮流的順序解法（講課2學(xué)時）5.3、交、直流潮流的改進統(tǒng)一解法（講課1學(xué)時）

5.4、高壓直流輸電系統(tǒng)的線性狀態(tài)空間模型（講課1學(xué)時）5.5、高壓直流輸電系統(tǒng)的暫態(tài)仿真（講課2學(xué)時）5.6、靜止無功補償器的暫態(tài)仿真（講課1學(xué)時）

5.7、穩(wěn)定研究中高壓直流輸電系統(tǒng)模型選擇的一般原則（講課1學(xué)時）重點：高壓直流輸電系統(tǒng)的暫態(tài)仿真。難點：高壓直流輸電系統(tǒng)的暫態(tài)仿真。作業(yè)：做一個簡單的兩機系統(tǒng)內(nèi)嵌直流系統(tǒng)的暫態(tài)仿真，了解功率傳輸過程中交流側(cè)和直流側(cè)電壓電流的變化。

第六章 提高交流系統(tǒng)性能的附加直流控制（講課6學(xué)時）

高壓直流輸電系統(tǒng)中，基本的控制量式整流器控制的直流電流和逆變器的直流電壓。通過本章的學(xué)習(xí)，了解有關(guān)附加控制的原理和設(shè)計方法、最近發(fā)展的高級控制技術(shù)等。具體教學(xué)內(nèi)容和學(xué)時安排如下：

6.1、概述和定義（講課2學(xué)時）

6.2、最優(yōu)功率調(diào)節(jié)控制器的設(shè)計（講課0.5學(xué)時）

6.3、提高交流系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的附加控制（講課0.5學(xué)時）6.4、阻尼交流系統(tǒng)的次同步振蕩（講課0.5學(xué)時）6.5、模糊邏輯控制和變結(jié)構(gòu)控制（講課0.5學(xué)時）6.6、自校正電流控制器的設(shè)計（講課1學(xué)時）

6.7、直流換流器的無功功率和電壓控制（講課1學(xué)時）

重點：提高交流系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的附加控制，直流換流器的無功功率和電壓控制。難點：阻尼交流系統(tǒng)的次同步振蕩，模糊邏輯控制和變結(jié)構(gòu)控制。作業(yè)：（1）提高交流系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的附加控制有哪些？

（2）如何抑制交流系統(tǒng)的次同步振蕩？

第七章

交流和直流系統(tǒng)間的相互作用（講課4學(xué)時）

交流和直流系統(tǒng)間相互作用的性質(zhì)以及相關(guān)問題在很大程度上取決于交流系統(tǒng)與所連直流系統(tǒng)容量的相對大小。本章的主要內(nèi)容是討論與弱交流系統(tǒng)連接的直流系統(tǒng)的有關(guān)問題以及處理這些問題的辦法。通過本章的學(xué)習(xí)，了解短路比、有效短路比、暫態(tài)電壓穩(wěn)定性以及強迫換相等基本概念，掌握解決弱系統(tǒng)有關(guān)問題的方案，暫態(tài)交流電壓的現(xiàn)象以及可能引起的系統(tǒng)問題，諧波的不穩(wěn)定性機制以及緩解辦法，具體教學(xué)內(nèi)容和學(xué)時安排如下：

7.1、概述和定義（講課0.5學(xué)時）

7.2、暫態(tài)交流電壓穩(wěn)定性（講課0.5學(xué)時）7.3、動態(tài)過電壓和控制設(shè)備（講課0.5學(xué)時）

7.4、強迫換相和GTO電壓源換流器（講課0.5學(xué)時）7.5、諧波不穩(wěn)定性及其緩解辦法（講課0.5學(xué)時）

7.6、弱背靠背直流聯(lián)絡(luò)線的穩(wěn)定性和電壓崩潰（講課0.5學(xué)時）7.7、背靠背換流站的統(tǒng)一控制（講課0.5學(xué)時）7.8、實際直流系統(tǒng)與弱交流系統(tǒng)連接的設(shè)計和性能特征（講課0.5學(xué)時）重點：暫態(tài)交流電壓穩(wěn)定性。

難點：弱背靠背直流聯(lián)絡(luò)線的穩(wěn)定性和電壓崩潰，背靠背換流站的統(tǒng)一控制。作業(yè)：（1）什么是背靠背直流系統(tǒng)？

（2）如何實現(xiàn)實際直流系統(tǒng)與弱交流系統(tǒng)的連接？

第八章

高壓直流輸電系統(tǒng)的故障和保護（講課2學(xué)時）

高壓直流輸電系統(tǒng)包括換流器、直流輸電線路和換流站的交流部分，其中任何一部分發(fā)生故障，都會影響整個直流輸電系統(tǒng)運行的可靠性和有關(guān)設(shè)備的安全。本章將對換流器異常運行、交流和直流系統(tǒng)故障的響應(yīng)以及主要保護的配置分別予以討論。通過本章的學(xué)習(xí)，了解換流器異常運行的相關(guān)現(xiàn)象、交流和直流系統(tǒng)故障的響應(yīng)以及主要的保護手段等內(nèi)容，重點掌握換相失敗的概念。具體教學(xué)內(nèi)容和學(xué)時安排如下：

8.1、換流器的異常運行（講課0.5學(xué)時）

8.2、交流和直流系統(tǒng)故障的響應(yīng)（講課0.5學(xué)時）8.3、高壓直流輸電系統(tǒng)主要保護的配置（講課1學(xué)時）重點：高壓直流輸電系統(tǒng)主要保護的配置。

難點：換流器的異常運行，交流和直流系統(tǒng)故障的響應(yīng)。作業(yè)：（1）換流器異如何實現(xiàn)常運行的表現(xiàn)有哪些？

（2）如何實現(xiàn)高壓直流輸電系統(tǒng)主要保護的配置？ 第九章

多端直流輸電系統(tǒng)（講課2學(xué)時）

多端直流輸電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)充分開發(fā)了高壓直流輸電技術(shù)的經(jīng)濟優(yōu)點和技術(shù)優(yōu)點。通過本章的學(xué)習(xí)，了解多端直流輸電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、基本控制特性和控制系統(tǒng)的組成。具體教學(xué)內(nèi)容和學(xué)時安排如下：

9.1、多端直流輸電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和控制特性（講課0.5學(xué)時）9.2、多端直流控制系統(tǒng)的組成（講課0.5學(xué)時）

9.3、多端直流輸電系統(tǒng)的小功率分接逆變器（講課1學(xué)時）重點：多端直流輸電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和控制特性。難點：多端直流輸電系統(tǒng)的小功率分接逆變器。

作業(yè)：請闡述多端直流輸電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特征和控制特性。

第十章

多饋入直流輸電系統(tǒng)（講課1學(xué)時）

多饋入直流輸電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較新，分析起來相對復(fù)雜。通過本章的學(xué)習(xí)，了解多饋入直流輸電系統(tǒng)的分類、與交流系統(tǒng)的相互作用、恢復(fù)策略和穩(wěn)定控制等。具體教學(xué)內(nèi)容和學(xué)時安排如下：

10.1、概述（講課0.5學(xué)時）

10.2、多饋入直流輸電系統(tǒng)的同步和阻尼轉(zhuǎn)矩控制（講課0.5學(xué)時）

重點：多饋入直流輸電系統(tǒng)的同步和阻尼轉(zhuǎn)矩控制。難點：多饋入直流輸電系統(tǒng)的同步和阻尼轉(zhuǎn)矩控制。作業(yè)： 闡述多饋入直流輸電系統(tǒng)的阻尼轉(zhuǎn)矩控制特點。

第十一章

新的高壓直流輸電系統(tǒng)方案（講課1學(xué)時）

為了簡化結(jié)構(gòu)、節(jié)約投資、降低運行和維護費用、減少換流站損耗、增加系統(tǒng)運行的靈活性和可靠性，近年來致力于研究一些新的高壓直流輸電系統(tǒng)方案。通過本章的學(xué)習(xí)，了解這些新方案的結(jié)構(gòu)和運行特點。具體教學(xué)內(nèi)容和學(xué)時安排如下：

11.1、發(fā)電機－換流器的直接聯(lián)接（講課0.5學(xué)時）

11.2、無換流變壓器的直流輸電系統(tǒng)（11.2節(jié)和11.3節(jié)合并講課0.5學(xué)時）

11.3、高壓直流輸電系統(tǒng)的并聯(lián)線路投切

重點：高壓直流輸電系統(tǒng)的并聯(lián)線路投切。難點：發(fā)電機－換流器的直接聯(lián)接。

作業(yè)：如何實現(xiàn)發(fā)電機－換流器的直接聯(lián)接？其技術(shù)特點有哪些？

三、教學(xué)方式

課堂講授，PPT與板書相結(jié)合

四、考核方式與成績評定

考核方法：閉卷筆試 成績評定：總分100分，平時20%，期末80%

五、教材及主要參考書目

教材：《高壓直流輸電系統(tǒng)的運行和控制》李興源 主編，科學(xué)出版社，1998年 參考書：浙江大學(xué)直流輸電教研組 主編：直流輸電，電子工業(yè)出版社，1994年

（大綱撰寫人：劉群英）（大綱審稿人：）

全日制研究生《高壓直流及新型輸配電技術(shù)》課程教學(xué)大綱

一、教學(xué)目的

高壓直流輸電系統(tǒng)的運行和控制是電力系統(tǒng)及其自動化、電力電子等專業(yè)的一門重要技術(shù)基礎(chǔ)課程。高壓直流輸電系統(tǒng)主要研究的內(nèi)容是如何依靠電力電子變流技術(shù)以直流的形式實現(xiàn)電能的遠距離傳遞的系統(tǒng)。通過本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生應(yīng)掌握高壓直流輸電系統(tǒng)的基本原理、在實際電能生產(chǎn)系統(tǒng)中的運行特性、控制特性及其結(jié)構(gòu)和元件等理論知識，為從事實際工作打下堅實的基礎(chǔ)。

本課程具有較強的綜合性和實用性，與工程實際聯(lián)系密切，對培養(yǎng)學(xué)生聯(lián)系工程實際，提高科學(xué)的思維能力具有重要的促進作用。

二、教學(xué)內(nèi)容與要求

第一章

緒論（講課2學(xué)時）

了解課程的主要內(nèi)容，重點了解高壓直流輸電系統(tǒng)的發(fā)展概況、基本組成及與交流輸電相比

第二章 換流器理論及特性方程（講課4學(xué)時）

換流器的主要功能是完成交－直流轉(zhuǎn)換，并通過HVDC聯(lián)絡(luò)線來控制潮流，是直流輸電系統(tǒng)中完成電能傳遞的關(guān)鍵設(shè)備。通過本章的學(xué)習(xí)，了解掌握換流器的閥特性以及實際換流電路的結(jié)構(gòu)和運行情況，掌握換相、觸發(fā)延遲角、換相角、熄弧角等基本概念，整流器和逆變器的工作方式。具體教學(xué)內(nèi)容和學(xué)時安排如下：

2.1、閥特性（講課1學(xué)時）

2.2、換流器電路分析（講課1學(xué)時）

2.3、整流器和逆變器工作方式（講課1學(xué)時）2.4、交流量和直流量之間的關(guān)系（講課0.5學(xué)時）2.5、多橋換流器（講課0.5學(xué)時）重點：整流器和逆變器工作方式。難點：多橋換流器的工作方式。

作業(yè)：什么是整流器和逆變器，其各自的工作方式是怎樣的？

第三章

諧波及其抑制（講課4學(xué)時）

諧波及其抑制是高壓直流輸電中的重要技術(shù)問題之一。通過本篇學(xué)習(xí)，了解高壓直流輸電系統(tǒng)中的諧波來源以及類型、諧波的影響和危害、濾波裝置的特性和設(shè)計辦法,重點掌握換流站交、直流側(cè)的諧波類型以及抑制，了解交流繞組的術(shù)語，認識展開圖，懂得三相繞組空間對稱的道理，掌握相電勢有效值公式，知道其中各物理諧波的基本方法。具體教學(xué)內(nèi)容和學(xué)時安排如下：

3.1、高壓直流輸電系統(tǒng)的諧波（講課1學(xué)時）

課程編號：17016005