高压直流输电系统
高压直流输电系统
1.高压直流输电系统的主要设备名称：换流变压器。
换流器。
平波电抗器。
交流滤波器，直流滤波器，控制保护系统，接地极引线，接地极，远动通信系统
2.直流输电系统中交流滤波器的功能：
3.逆变器采用定熄弧角控制的目的：
4.直流输电系统换流站装设的无功补偿装置类型：
5.晶闸管导通的条件：
6.双桥整流器交直流侧主要特征谐波次数
7.单桥整流器交直流侧主要特征谐波次数及其变化规律
8.双桥整流器桥间的影响
9.直流输电系统潮流调整在变动电流指令值过程中的要求
10.影响换相压降大小的因素
11.高压直流输电系统平波电抗器的作用
12.换流变压器的作用
13.换流器的控制方式
14.等价距离概念
15.常规高压直流输电的主要类型
16.高压直流输电技术发展经历的阶段
17.高压直流系统的基本保护联动方式
18.高压直流输电系统换流器具备的功能
19.换流阀组件电路中各元件的作用
20.从经济性互连性控制性等方面分析阐述高压直流输电的
优点
21.常规高压直流输电的缺点
22.常规高压直流输电的主要适应场合
23.单桥逆变器实现直流电向交流电的变换必须满足的条件，
换相失败的概念
24.单桥逆变器工况2-3时整流电压的特点
25.直流输电系统中调整直流功率的方法
26.6脉动整流器工作于2-3工况的条件
27.6脉动整流器换相过程，u的表达式，换相期间整流输出
电压的表达式
28.双桥12脉动整流器4-5工况时各电流电压的表达
29.触发延迟角，换相重叠角，触发超前角，熄弧角的概念。
高压直流输电
高压直流输电一、高压直流输电系统（HVDC）概述众所周知，电的发展首先是从直流开始的，但很快就被交流电所取代，并且在相当长的一段时间内，在发电、输电和用电各个领域，都是交流电一统天下的格局。
HVDC技术是从20世纪50年代开始得到应用的。
经过半个世纪的发展，HVDC技术的应用取得了长足的进步。
据不完全统计，目前包括在建工程在内，世界上己有近百个HVDC 工程，遍布5大洲20多个国家。
其中，瑞典在1954年建成投运的哥特兰（Gotland）岛HVDC 工程（20MW，100kV，90km海底电缆）是世界上第一个商业化的HVDC工程，由阿西亚公司(ASEA，今ABB集团)完成；拥有最高电压（±600kV）和最大输送容量（2 x 3150MW）的HVDC工程为巴西伊泰普（Itaipu）工程；输送距离最长（1700km）的HVDC 工程为南非英加——沙巴（1nga2Shaba）工程；电流最大的HVDC工程在我国：如三常、三广和贵广HVDC工程，额定直流电流均为3000A。
HVDC的发达地区在欧洲和北美，ABB和西门子等公司拥有最先进的HVDC技术，美国是HVDC工程最多的国家。
HVDC在我国是从20世纪80年代末开始应用的，起步虽然较晚，但发展很快。
目前包括在建工程在内，总输送容量已达18000MW以上，总输送距离超过7000km，该两项指标均已成为世界第一。
我国第一个HVDC工程是浙江舟山HVDC工程（为工业试验性工程），葛沪HVDC工程是我国第一个远距离大容量HVDC工程，三常HVDC工程是我国第一个输送容量最大（3000MW）的HVDC工程，灵宝（河南省灵宝县）背靠背HVDC工程是我国第一个背靠背HVDC工程。
我国已投运的HVDC工程见表1。
表1我国已投运的HVDC工程另外，2010年前后建成投运的HVDC工程有四川德阳——陕西宝鸡（1800 MW、±500 kV，550km）、宁夏银南——天津东（3000MW、±500kV，1200km）等；至2020年前后，还计划建设云南昆明——广东增城、金沙江水电基地一华中和华东HVDC工程以及东北——华北、华北——华中、华中——南方背靠背HVDC工程等十几个HVDC工程。
高压直流输电系统的电力电子控制
高压直流输电系统的电力电子控制电力电子技术在现代电力系统中起着至关重要的作用，特别是在高压直流（HVDC）输电系统中。
HVDC技术通过将直流电能从一地点传输到另一地点，具有高效、长距离、低损耗等优势，因此在远距离能源传输和互联网交互方面得到广泛应用。
本文将详细讨论HVDC系统中的电力电子控制，包括主要的控制策略和关键技术。
一、HVDC系统概述HVDC系统是通过将交流电能转换成直流电能，再将其传输到目标地点，再转换成交流电能供应给终端用户。
由于其双向传输的能力，可实现间歇化和平续化的输电方式，使得电力网间的互联互通得以实现。
HVDC系统通常由两个重要部分组成：换流站和线路。
二、HVDC控制策略1. 电压源换流器（VSC）控制策略VSC作为HVDC系统中的关键组件，通过控制其输出电压的幅值和相位，实现将交流电压转换为直流电压，并确保传输过程中的电流稳定。
基于VSC的控制策略通常包括电压控制、电流控制和功率控制等。
2. 直流谐振器控制策略直流谐振器用于消除HVDC系统中的直流电压谐波，防止谐波传输到交流侧。
通过合理的控制直流谐振器参数和谐波抑制技术，可以有效降低谐波对电力系统的影响。
3. 终端电压控制策略HVDC系统的终端电压控制是为了保证系统稳定运行和终端电压的合格供应。
该策略可通过反馈控制和前馈控制相结合的方式实现。
其中，反馈控制主要用于响应系统的快速动态特性，前馈控制则用于消除系统的静态误差。
三、HVDC关键技术1. 功率半导体器件HVDC系统中的功率半导体器件起着关键的作用，如晶闸管、IGBT等。
这些器件具有高压、高功率和高可靠性的特点，用于实现电压和电流的控制。
2. 数字信号处理技术HVDC系统中采用数字信号处理技术，可以实现对电流和电压等参数的测量和控制。
数字信号处理器（DSP）和现场可编程门阵列（FPGA）等技术的应用，提高了HVDC系统的可靠性和性能。
3. 快速控制技术由于HVDC系统的传输速度很快，对于电力电子控制的响应速度要求非常高。
高压直流输电的基本控制原理
高压直流输电的基本控制原理引言高压直流输电（High Voltage Direct Current Transmission，简称HVDC）是利用直流电进行长距离电能传输的一种电力传输方式。
相比传统的交流输电，HVDC具有输送能力强、输电距离远、输电损耗小等优势，因此被广泛应用于长距离大容量电力传输领域。
本文将介绍高压直流输电的基本控制原理。
1. 高压直流输电系统架构HVDC系统由两个互补的部分组成：直流变换站（Converter Station）和直流输电线路（Transmission Line）。
1.1 直流变换站直流变换站有两个关键组成部分：直流输电端（Rectifier），用于将交流输电线路的电能转换为直流电能；直流送电端（Inverter），用于将直流电能转换为交流电能。
直流变换站还包括转换器阀（Converter Valve）和控制系统，用于实现电能的双向转换和控制。
1.2 直流输电线路直流输电线路是连接两个直流变换站的输电线路，通常采用高压直流输电线路（High Voltage Direct Current Transmission Line）或双回线方式。
直流输电线路的主要组成部分有导线、绝缘子、支架等。
2. 高压直流输电的基本控制原理高压直流输电系统的基本控制原理是通过控制直流变换站和直流输电线路的参数来实现对系统的稳定性、功率传输和电压/电流等的调节。
2.1 直流变换站控制直流变换站通过改变直流输电端和直流送电端的工作状态，实现电流方向和功率的控制。
主要的控制策略有以下几种： - 换流控制：控制换流阀的开关时间，改变电流的方向； - 功率控制：通过调整换流阀的开关时间，控制功率的输入和输出； - 电压/电流控制：通过调整换流阀的开关时间，控制电压/电流的大小和稳定性。
2.2 直流输电线路控制直流输电线路的控制主要包括电流控制和电压控制两个方面： - 电流控制：通过调整输电线路的电流大小和方向，实现输电功率的调整和平衡。
高压直流输电设计手册
高压直流输电设计手册一、引言高压直流输电（HVDC）系统是现代电力传输的重要方式之一，尤其在长距离、大功率输电和分布式能源应用等领域具有显著优势。
本手册旨在为高压直流输电系统的设计、建设和运营提供全面的指导和建议。
二、直流输电系统概述高压直流输电系统主要由换流站、直流输电线路和控制系统等组成。
换流站负责将交流电转换为直流电，或者将直流电逆变为交流电，是整个系统的核心。
直流输电线路负责传输直流电，其设计与常规的交流输电线路有所不同。
控制系统与保护系统协同工作，确保系统的稳定运行和故障时的快速响应。
三、电力电子设备电力电子设备是高压直流输电系统的关键组成部分，主要包括换流器、变压器、滤波器等。
换流器是实现交流电与直流电相互转换的核心设备，其性能直接影响整个系统的性能。
变压器用于升高或降低电压，以适应不同的输电需求。
滤波器用于减小换流过程中产生的谐波，提高供电质量。
四、直流输电线路设计直流输电线路的设计需考虑输电距离、功率等级、地理环境等多种因素。
一般而言，直流输电线路的损耗较小，可以远距离输送电能。
同时，线路的设计还需考虑电磁环境的影响，以降低对周围环境和生物的影响。
五、控制系统与保护系统控制系统是高压直流输电系统的神经中枢，负责调节系统的功率传输和保障系统的稳定性。
保护系统则是系统的安全卫士，负责在系统出现故障时快速切断电源，保护设备和人员的安全。
六、电力电子仿真与建模电力电子仿真与建模是高压直流输电系统设计和优化不可或缺的工具。
通过仿真与建模，可以模拟系统的运行特性，预测潜在的问题，优化系统的性能。
同时，还可以为控制策略的开发和保护系统的设计提供理论支持。
七、环境影响与可持续性高压直流输电系统在建设和运营过程中可能对环境产生一定的影响。
因此，系统的设计应充分考虑环境保护和可持续性发展的原则。
例如，应尽量采用环保型的材料和设备，减少对自然景观的影响等。
八、运行与维护策略为了保证高压直流输电系统的稳定运行和延长设备的使用寿命，需要制定一套完善的运行与维护策略。
±800千伏特高压直流输电原理
±800千伏特高压直流输电原理
一、直流输电系统
直流输电系统是特高压直流输电的核心组成部分，主要由换流站、输电线路和控制系统等组成。
二、换流站设备
换流站设备是直流输电系统的关键设备，包括换流变压器、换流阀、直流滤波器、无功补偿装置等。
换流阀是换流站的核心设备，通过控制换流阀的开通和关断，可以实现直流电和交流电的转换。
三、输电线路
特高压直流输电的输电线路采用架空线路或电缆线路，具有传输距离远、输送容量大、电压等级高、输电效率高等优点。
四、控制系统
控制系统是直流输电系统的核心，它包括调节器、保护装置、测量装置等。
控制系统通过对输电线路的电压、电流等参数进行监测和控制，保证输电系统的稳定运行。
五、电力电子技术
特高压直流输电采用了大量的电力电子技术，包括脉宽调制技术、同步开关技术等。
这些技术的应用可以实现电力的高效传输和系统的稳定控制。
六、电磁环境
特高压直流输电的电磁环境影响较小，因为其采用直流输电方式,没有交流输电的谐波和无功功率等问题。
但是，在换流过程中会产生
一定的电磁噪声，需要采取措施进行降噪处理。
七、经济效益
特高压直流输电具有传输距离远、输送容量大等优点，可以大幅度降低电力传输的成本，提高能源利用效率。
同时，特高压直流输电还可以实现不同地区之间的电力互济，提高电力系统的整体效益。
高压直流输电系统
〔7〕调度管理
由于通过直流线路互联的两端交流系统可以 有各自的频率，输送功率也可保持恒定 〔恒功率、恒电流等〕。对送端而言，整 流站相当了交流系统的一个负荷。对受端 而言，逆变站那么相当于交流系统的一个 电源。互相之间的干扰和影响小，运行管 理简单方便，深受电力管理、运行部门的 欢送。对我国当前开展的跨大区互联、合 同售电、合资办电等形成的结合电力系统， 尤为适宜。
〔5〕潮流和功率控制
交流输电取决于网络参数、发电机与负荷的 运行方式，值班人员需要进展调度，但又 难于控制，直流输电那么可全部自动控制。
〔6〕短路容量
两个系统以交流互联时，将增加两侧系统的 短路容量，有时会造成部分原有断路器不 能满足遮断容量要求而需要更换设备。直 流互联时，不管在哪里发生故障，在直流 线路上增加的电流都是不大的，因此不增 加交流系统的断路容量。
逆变器特性包括 R L I d 电压降〕
图3.1.3 实际的换流器控制稳态特性
图3.1.4 电流调节器
在正常电压下，逆变器的恒熄弧角〔CEA〕特性曲线和整 流器持性曲线相交于E。可是，逆变器的CEA特性〔CD〕 不会和由表示的在降低电压下的整流器特性曲线相交。所 以，整流器电压的大幅度降低会引起电流和功率在短时间 内下降到零，这个时间取决于直流电抗器，从而系统将会 停运。
要变更功率输送的方向，可采取更换两端 的直流电压极性的方法。
在选择控制特性时，应该考虑以下要求：
防止交流系统电压的变化引起直流电流的大 波动；
保持直流电压在额定值附近； 保持送端和受端的功率因数尽可能高； 防止逆变器的换相失败。 运用换流器的快速控制来防止直流电流的大
波动，这是保证HVDC线路满意运行的一个 重要要求。
以下是维持高功率因数的几个原因：
2024年高压直流输电系统(HVDC系统)市场前景分析
2024年高压直流输电系统（HVDC系统）市场前景分析引言高压直流输电系统（HVDC系统）是一种将电能以直流形式进行长距离传输的技术，在能源领域具有广泛的应用。
随着全球能源需求的增长和可再生能源的普及，HVDC系统在电力输送领域的市场前景变得越来越重要。
本文将对HVDC系统的市场前景进行分析。
HVDC系统的优势HVDC系统相比传统的交流输电系统具有众多的优势，因此在特定场景下得到了广泛的应用。
- 长距离传输：HVDC系统能够有效地在数百至数千公里的距离上传输电能，减少了输电过程中的输电损耗。
- 灵活性：HVDC系统能够方便地实现不同输电距离和功率等级之间的适配，灵活性高。
- 可靠性：HVDC系统的电力传输更稳定，可靠性更高，可以降低输电故障的可能性。
- 少占用土地：HVDC线路相对交流输电线路而言，占用土地较少，对环境影响较小。
HVDC系统市场的发展趋势HVDC系统市场在全球范围内呈现出快速增长的趋势，并且未来几年仍有望保持较高的发展速度。
以下是HVDC系统市场的几个发展趋势： ### 1. 可再生能源的普及随着可再生能源的普及，特别是风力和太阳能等清洁能源的广泛应用，需要将这些能源从发电站输送到消费地点。
HVDC系统可以有效地支持可再生能源的输电需求，因此可以预见，在可再生能源的快速发展下，HVDC系统市场需求将持续增长。
2. 电网互联随着全球电力需求的增长，不同地区之间的电网互联成为了一个重要的趋势。
HVDC系统能够通过长距离的、低损耗的电能传输，实现区域之间的电力交换。
因此，HVDC系统在电网互联方面具有巨大的潜力，并且有望在全球范围内持续发展。
3. 港口供电需求随着港口货运业的不断发展，港口供电需求也在增加。
HVDC系统由于其长距离输电能力和可靠性，可以极好地满足港口供电的需求。
因此，HVDC系统在港口供电领域的应用前景非常广阔。
4. 电力交易随着电力市场的改革和电力交易的开展，HVDC系统作为一种高效、可靠的电能传输技术，有望在电力交易中发挥重要作用。
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1.2 高压直流输电系统的结构和 元件
高压直流联络线大致可分以下几类： （1）单极联络线； （2）双极联络线； （3）同极联络线。
图1.3.1 单极HVDC联络线
图1.3.2 双极HVDC联络线
图1.3.3 同极HVDC联络线
高压直流输电系统的元件
第2章 换流器理论及特性方程
图2.2.2 三相全波桥式电路
总的来说，就过负荷能力而言，交流有更大的灵活性。
直流如果需要具有更大的过负荷能力，则必须在设备选
型时要预先考虑，此时需要增加投资。
（4）利用直流输电调节作用能提高交流系统 的稳定性
如前所述，直流输电具有快速响应的特点， 当交流系统发生故障时，利用直流输电的 调节作用，能有效地提高交流系统的稳定 性。著名的美国BPA 500kV交直流并列运行 线路，2回长152lkm交流线路共送2860MW， 平均1回送电1430MW，直流的调节作用是 重要措施之一。
（7）调度管理
由于通过直流线路互联的两端交流系统可 以有各自的频率，输送功率也可保持恒定 （恒功率、恒电流等）。对送端而言，整 流站相当了交流系统的一个负荷。对受端 而言，逆变站则相当于交流系统的一个电 源。互相之间的干扰和影响小，运行管理 简单方便，深受电力管理、运行部门的欢 迎。对我国当前发展的跨大区互联、合同 售电、合资办电等形成的联合电力系统， 尤为适宜。
（2）就变电和线路两部分看，直流输电换 流站投资占比重很大，面交流输电的输电 线路投资占主要成分。
（3）直流输电功率损失比交流输电小得多。 （4）当输送功率增大时，直流输电可以采
取提高电压、加大导线截面的办法，交流 输电则往往只好增加回路数。
随着输电距离的改变，交、直流两种输电方
式的造价和总费用将相应作增减变化。在 某一输电距离下，两者总费用相等，这一 距离称为等价距离。这是一个重要的工程 初估数据。概括地说，超过这一距离时， 采用直流有利；小于这一距离时，采用交 流有利。对于超高压输电系统，典型架空 线路的等价距离大约为800km。尽管地下电 缆或是海底电缆的造价比架空线路高了一 个数量级，但其等价距离却只有50km。
（8）线路走廊
按同电压500kV考虑，1条500kV直流输电线 路的走廊约40m，1条500kV交流线路走廊 约为50m，但是1条同电压的直流线路输送 容量约为交流线路的2倍，直流输电的线路 走廊，其传输效率约为交流线路的2倍甚至 更多一点。
下列因素限制了直流输电的应用范围： 直流断路器的费用高； 不能用变压器来改变电压等级； 换流设备的费用高； 由于产生谐波，需要交流和直流滤波器； 控制复杂。
满足单相瞬时稳定，才能恢复供电，直流则不存在此限 制条件。
若线路上发生的故障在重合（直流为再启动）中重燃，
交流线路就三相跳闸了。直流线路则可用延长留待去游 离时间及降压方式来进行第2、第3次再启动，创造线路 消除故障、恢复正常运行的条件。对于单片绝缘子损坏，
交流必然三相切除，直流则可降压运行，且大都能取得 成功。
（3）过负荷能力
通常，交流输电线路具有较高的持续运行能力，受发热
条件限制的允许最大连续电流比正常输送功率大得多， 其最大输送容量往往受稳定极限控制。
直流线路也有一定的过负荷能力，受制约的往往是换流
站。通常分2h过负荷能力、10s过负荷能力和固有过负荷 能力等。前两者葛上直流工程分别为10％和25％，后者 视环境温度而异。
（1）功率传输特性
众所周知，随着输送容量不断增长，稳定问题 越来越成为交流输电的制约因素。为了满足稳 定问题，通常需采取串补、静补、调相机、开 是昂贵的。
直流输电没有相位和功角，当然也就不存在 稳定问题，只要电压降、网损等技术指标符合 要求，就可达到传输的目的，无需考虑稳定问 题，这是直流输电的重要特点，也是它的一大 优势。
图2.2.3 三相全波桥式换流器等效电路
总的来说，从可靠性和可用率两个指标 来看，交、直流两种输电方式是相当的， 都是可行的。
经济性 的比较
交、直流两种输电方式，就其造价而言，各具如 下特色：
（1）输送容量确定后，直流换流站的规模 随之确定，其投资也即固定下来，距离的增加， 只与线路造价有关。交流输电则不同，随着输 电距离的增加，由于稳定、过电压等要求。需 要设置中间开关站。因此，对于交流输电方式， 输电距离不单影响线路投资，同时也影响变电 部分投资。
（5）潮流和功率控制
交流输电取决于网络参数、发电机与负荷 的运行方式，值班人员需要进行调度，但 又难于控制，直流输电则可全部自动控制。
（6）短路容量
两个系统以交流互联时，将增加两侧系统 的短路容量，有时会造成部分原有断路器 不能满足遮断容量要求而需要更换设备。 直流互联时，不论在哪里发生故障，在直 流线路上增加的电流都是不大的，因此不 增加交流系统的断路容量。
近年来，直流技术已有了明显的进步，除了上述的第二条除 外，其余缺点都可予以克服。这些技术如下：
直流断路器的进展； 晶闸管的模块化结构和额定值增加； 光触发晶闸管； 换流器采用12或24脉波运行； 采用氧化金属变阻器； 换流器控制采用数字和光纤技术。
可靠性 的比较
强迫停运率 电能不可用率
高压直流输电系统
四川大学
第1 章 导论
在特定条件下，高压直流（HVDC）输电 的优点超过交流输电：
超过30km左右的水下电缆 两个交流系统之间的异步联接 大容量远距离架空线输电
1.1 高压直流输电运行特性 及其与交流输电的比较
（1）技术性能； （2）可靠性； （3）经济性。
技术性能的比较
（2）线路故障时的自防护能力
交流线路单相接地后，其消除过程一般约0.4～0.8s，加 上重合闸时间，约0.6～1s恢复。
直流线路单极接地，整流、逆变两侧晶闸管阀立即闭
锁，电压降到零，迫使直流电流降到零，故障电弧熄灭
不存在电流无法过零的困难，直流线路单极故障的恢复
时间一般在0.2～0.35s内。
从自身恢复的能力看，交流线路采用单相重合闸，需要