直流输电基本原理
直流系统的工作原理
直流系统的工作原理
直流系统是一种电力传输和分配系统，其工作原理是将电能以直流电的形式从发电站传输到终端用户，通过电流的单一方向流动实现能量的交付和使用。
直流系统的工作原理主要包括以下几个步骤：
1. 发电：直流电源可以是直接的化学能转化为电能的电池，也可以是经过变流装置将交流电转换为直流电的逆变器。
2. 电能传输：直流电从发电站通过输电线路传输到终端用户。
直流输电线路较交流输电线路损耗更小，因为直流电不会产生电流功率损耗和电磁感应损耗。
3. 电能分配：在直流系统中，将电能分配到不同的用户或负载上，可以通过开关或控制装置来控制电能的分配和开闭。
4. 长距离传输：直流系统在长距离传输中具有优势。
因为直流电的输电损耗较小，不会产生输电损耗的无功功率，并且能够减少输电线路的电磁辐射和串扰，提高传输效率。
5. 调节和控制：直流系统可以通过调节直流电压的大小来控制电能的传输和分配。
具有较高的可调节性和灵活性，可以适应不同负载需求和系统运行状态。
总的来说，直流系统的工作原理是通过将电能以直流电的形式
传输和分配，实现能量的交付和使用。
它具有较低的输电损耗，较高的传输效率和调节灵活性，在特定应用中具有一定的优势。
特高压直流输电技术
换流站国产化水平 提高后直流架空线 路
换流站建设费用
变电站建设费用
14
0 线路等价距离 线路等价距离 输电距离
-800kV DC
8
（二）直流输电技术的分类 • 按工程结构分类
分类I（按换流站数量分类） • 两端直流输电(或“点对点直流输电”) • 多端直流输电 分类II（按线路长度分类） • 长距离直流输电 • 背靠背直流输电 分类III（按电压等级分类） • （超）高压直流输电 • 特高压直流输电
由地下电缆向大城市供电；
交流系统互联或者配电网增容时，作为限 制短路容量的措施之一；
配合新能源输电。
13
交直流等价距离
直流输电的经济性及交直流经济比较：直流输电两侧换流站费用高， ￥1000元/kW；直流线路相对便宜： ￥250万—￥480万/km；与交流 输电的等价距离：600－800km。 换流站设备价格问题：整体成降价趋势： 输送距离超过一定值时， 交流需要增加中间站，加串补。线路的建设费用问题，整体趋势是 上涨，国外由于线路走廊需要征地，费用更高，等价距离更短。
特高压直流输电技术
1
直流输电技术基本原理
（一）直流输电技术的原理
（二）直流输电技术的分类
（三）直流输电技术的特点
2
（一）直流输电技术的原理
直流电概念（相对于交流大小和方向随时间周期变化） 直流输电工程是以直流电的方式实现电能传输的工程。直流电 必须经过换流（整流和逆变）实现直流电变交流电，然后与交流系 统连接。 直流输电工程构成（换流站、直流线路、接地极、通信与远动）
高压直流输电原理
高压直流输电原理高压直流输电是一种通过直流电进行能量传输的技术，它在长距离输电和特定场合下具有明显的优势。
其原理是利用变流器将交流电转换为直流电，通过输电线路将电能传输到目标地点，再通过逆变器将直流电转换为交流电。
高压直流输电技术已经在世界各地得到广泛应用，为电力输送提供了新的解决方案。
高压直流输电的原理主要包括三个方面，变流器、输电线路和逆变器。
首先是变流器，它是将交流电转换为直流电的关键设备。
变流器通过控制晶闸管或者其他功率半导体器件的导通和关断，实现对交流电的整流和逆变。
在直流电系统中，变流器能够实现对电压和频率的控制，保证电能的稳定输送。
同时，变流器还能实现对电能的调节和平衡，提高电能的利用效率。
其次是输电线路，它是高压直流输电的传输通道。
输电线路需要具备足够的绝缘强度和导电能力，以保证电能的稳定传输。
在高压直流输电系统中，输电线路通常采用特殊的材料和结构设计，以满足长距离输电和大功率输送的需求。
同时，输电线路还需要考虑环境因素和安全要求，确保电能传输的可靠性和稳定性。
最后是逆变器，它是将直流电转换为交流电的关键设备。
逆变器通过控制晶闸管或其他功率半导体器件的导通和关断，实现对直流电的逆变和变频。
在直流电系统中，逆变器能够实现对电压和频率的控制，保证电能的稳定输出。
同时，逆变器还能实现对电能的调节和平衡，提高电能的利用效率。
综上所述，高压直流输电原理是通过变流器将交流电转换为直流电，通过输电线路将电能传输到目标地点，再通过逆变器将直流电转换为交流电的技术。
这种技术在长距离输电和特定场合下具有明显的优势，为电力输送提供了新的解决方案。
随着技术的不断发展，高压直流输电将在未来得到更广泛的应用，为能源领域的发展带来新的机遇和挑战。
常规直流输电的基本原理
常规直流输电的基本原理
常规直流输电的基本原理可以概括为以下几点:
一、直流输电的概念
直流输电是利用直流电压对电能进行长距离传输的过程。
与交流输电相比,直流输电线路结构简单,但也存在一定缺点。
二、直流输电的基本结构
直流输电系统主要包括发电机、变流站、输电线路、受电变流站和负载几个部分。
发变电站将交流电转换为直流电,经过输电线路,最后转换回交流电为负载供应电力。
三、直流输电的工作原理
1. 发电机组发出三相交流电。
2. 变流站将交流电整流为直流电,升高电压。
3. 高压直流电沿输电线路输送,减少电能损耗。
4. 接收变流站将直流电再转换为交流电,供应给用户。
5. 整个系统采用回馈控制调节电流、电压,保证稳定运行。
四、直流输电的优势
1. 线路投资减少,传输损耗小。
2. 可实现交联互济不同系统。
3. 输电容量可通过电压调节实现,易扩容。
4. 可采用先进的直流电网技术。
五、直流输电的劣势
1. 换流站投资和损耗较大。
2. 难以实现直接供电,需要变流设备。
3. 输电距离受电压等级限制。
4. 缺乏经验,维护转换设备复杂。
总之,直流输电可降低线路损耗,但更适合远距离跨区传输。
随着技术进步,直流输电会发挥更大优势。
±800千伏特高压直流输电原理
近年来，随着能源互联网的不断发展，±800千伏特高压直流输电技术备受关注。
本文将从深度和广度两个方面，全面评估这一技术，并撰写一篇有价值的文章，以便读者更加深入地理解这一主题。
一、技术原理1.1 ±800千伏特高压直流输电的基本概念在电力输电领域，直流输电和交流输电各有优势和劣势。
直流输电具有输电损耗小、输电距离远等优点，因此被广泛应用于大距离、大功率的电力输送。
而±800千伏特高压直流输电技术，作为直流输电的一种重要形式，其基本原理在于通过将正负极之间的电压差维持在±800千伏，实现远距离、大容量的电力输送。
1.2 输电线路的构成和特点在±800千伏特高压直流输电技术中，输电线路是其核心组成部分。
该技术的输电线路通常由直流电源、换流站、传输线路、换流站和接收端设备组成。
其中，直流电源部分包括换流变压器、滤波器等设备，而传输线路则采用高压直流输电线路，这些设备共同构成了±800千伏特高压直流输电系统。
二、技术应用2.1 ±800千伏特高压直流输电在国内外的应用目前，±800千伏特高压直流输电技术已经在国内外得到了广泛应用。
在我国，±800千伏特高压直流输电已经在西北等地区实现了大规模的应用，为区域间的大容量输电提供了有效的技术支持；在国际上，类似的技术也被广泛应用于远距离、大容量的国际输电项目中，为全球能源互联网建设提供了有力的技术支撑。
2.2 技术的优势和挑战在实际应用中，±800千伏特高压直流输电技术具有诸多优势，如输电损耗小、占地面积少、造价低等，但同时也面临着技术难度大、设备成本高等挑战。
在实际应用中需要充分权衡其优势和挑战，以实现最佳的技术应用效果。
三、个人观点±800千伏特高压直流输电技术作为直流输电的一种重要形式，其在能源互联网建设中具有重要意义。
我认为，随着我国能源互联网的不断发展，±800千伏特高压直流输电技术将在未来得到更加广泛的应用，并为我国电力系统的高效、安全运行做出更大的贡献。
直流输电原理
17
6 脉动桥触发脉冲序列示意
18
稳态直流电流
19
整流换流器直流电压
20
整流侧直流电压波形 （不考虑换相阻抗）
21
换相过程电流、电压
UM=(UA+UB)/2
UA UB UC
M+
N-
22
阀1向阀3换相过程中， 直流M端电压变化情况
23
换相过程的直流电压
24
C
A
B
C
A
B
相
电
压Байду номын сангаас
整
（UA+UB ）/2 直
R R为直流回路电阻，主要包括：直流线路电阻、平波
电抗器电阻、接地极引线电阻及接地极电阻。
42
整流侧 逆变侧
直流输电基本原理
直流功率 Pd
双极 单极 双极 单极
P d ? 2U d 1Id P d ? U d1Id
P d ? 2U d 2 Id P d ? U d 2Id
43
换流带来的问题
（1）换流器需要消耗大量无功； （2）换流在交流侧产生谐波电流、在直流侧
? 阀电压、换相电压、直流电压
? 整流、逆变
? 触发角、换相角、熄弧角
5
换流设备的基本构成 （1）换流基本元件（可控硅） （2）换流基本单元（ 6脉动换流阀）
6
换流基本元件（可控硅）
正面为阴极
背面为阳极
阳极(A)
控制极
门极(控制 极G)
阴极(K)
7
反向闭 锁状态
可控硅基本特性
导通状态 闭锁状态
33
直流系统主回路
双端直流系统运行时，整流器作为电源侧 , 逆变器作为负荷侧。
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。
直流输电基本原理
逆变器定γ 等值电路
逆变器定β 等值电路
稳态特性
μ δ=γ
单桥换流器稳态特性
直流电压与a角的关系
换流器的功率因数
a
μ
2
μ
μ
μ
相关公式总结
U d 1.35 U cos a 3
整流
3
L I d
L I d )
逆变
U d (1.35 U cos
5 6
6 1
1 2
2 3
3 4
4 5
6 1 2
1 2 3
eba
2 3 4
eca
3 4 5
ecb
4 5 6
eab eac ebc
180
5 6 1
6 1 2
1 2 3
eba
2 3 4
eca
3 4 5
ecb
4 5 6
0.5
ud
120
a a
a 3
2
4
6
8
10
12
t
0.5
uV 3
1
整流桥波形
逆变电压
V1 V5V1 C V5 P1 c4 A
a
经过计算
3
U d (1.35 U cos
L I d )
逆变器的阀电压与阀电流
单桥逆变器阀电流波形
2 1.5
p5
p6
p1.
p2
p3
P4
p5
p6
p1
p2
p3
p4
1
0.5
ea
0
eb
C3 C5 C4
6 1 6 1 2 1 2 3
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C2
4 5 4 5 6 5 6
5 6 1
C6
2 3
2 3 4
C2
4 5
3 4
4 5 6
C4 6
6 1 1 2 1 2
5 6
1 2 3
C62
2 3 3 4
-iv4 -iv6 iv5
iv1 iv3
-iv4 -iv6 iv5
iv1
ia = iv 1 − iv 4
ib = i v 3 − i v 6
-iv2
值
dγ ＝3ωLγ /π ω π Id
等值换相电阻 直流电流
逆变器定γ 逆变器定γ等值电路
逆变器定β 逆变器定β等值电路
稳态特性
µ δ=γ
单桥换流器稳态特性
直流电压与α 直流电压与α角的关系
换流器的功率因数
ϕ ≈α +
µ γ
2
µ
µ
µ
相关公式总结
U d = 1 .35 • U • cos α − 3
Id
ea eb ec
共阳极组
Id
6脉动二极管整流 脉动二极管整流
直流电压 （平均值） 纹波
整流器的阀电流和交流侧电流（不计换相） 整流器的阀电流和交流侧电流（
换相过程
ea eb ec
叠弧（换相电感） 叠弧（换相电感）引起的电压降
∆U
d
= 6 f L Id
ω 3 =6 L Id = ω L Id 2π π
交流电压中含有谐波电压 两个6脉动组的换流变漏抗 脉动组的换流变漏抗／ 两个 脉动组的换流变漏抗／变比误差 两极换流器运行参数不相等 换流变三相漏抗误差 触发脉冲不等距
小结
基本控制配合3 基本控制配合
• 整流站控制 d 整流站控制I 由电流调节器控制I 由电流调节器控制 d Id ＝Ido 由换流变抽头调节控制换流变阀侧空载电压 Udi0不变。 不变。 • 逆变站控制 d 逆变站控制U 由关断角调节器控制γ ＝ 由关断角调节器控制 γ＝17º 由换流变抽头调节控制换流变阀侧空载电压 Udi0不变。 不变。 • 例：葛南
整流
π
3
ωL Id ωL I d )
逆变
U d = − (1.35 • U • cos γ −
π
叠弧角
2 ωL I d cos(α + µ ) = cos α − U
α + µ +γ = π
等值电路图
稳态特性
S点左侧 点左侧 Vd = Vdzocosα- Id dγz α γ S点右侧 点右侧 定β 运行 Vd = Vdoncosβ +Id (dγn + R) β γ 定γ 运行 Vd = Vdoncos γ - Id (dγn - R) γ Id = (Vdzocosα - Vdoncosβ) /(dγz+R + dγn) α β γ γ = (Vdzocosα - Vdoncos γ )/(dγz+R - dγn) α γ γ
6 8 10 12
π +α 3
2
4
ωt
uV 3
整流桥波形
直流电压
相电流
桥臂电压
整流运行
整流运行小结 直流电压 Vd＝Vdiocos α－dγId
Vdio＝1.35E ＝ 值 dγ ＝3ωLγ/π γ ω γπ Lγ γ 相 Id E 理想空载直流电压 换流变阀侧线电压有效 等值换相电阻 从电源到阀桥之间的每 等值电抗 直流电流
iv3
ic = iv 5 − iv 2
-iv2
逆变桥波形
直流电压
相电流
桥臂电压
逆变运行
逆变运行小结
超前角β 超前角β β＝180°－α ° 迭弧角µ 迭弧角µ 关断角γ 熄弧角， 关断角γ (δ) 熄弧角，换相余裕角 直流电压 Vd＝Vdiocos β＋dγId Vd＝Vdiocos γ －dγId Vdio＝1.35E 理想空载直流电压 E 换流变阀侧线电压有效
3 5 4 4 6
u-
ib = iv 3 − iv 6
ic = iv 5 − iv 2
U+
单桥整流器电压波形
p1 p2 p3 p4 p5 p6 p1 p2 p3 p4 p5 p6
U-
ea
C1
0
eb
C3
2
ec
C5
4
ea
C1
6
eb
C3
8
ec
C5
10
u+
C1
12
ωt
C2
5 5 6 6
1
C4
6 6 2 1 1 3 2 3 2 3 eba 4 3 4
3
π
ωL Id = Udio • cosα −
3
π
ωL Id
电压矢量关系
ea
( a+ c)/2
e e
ec
电压矢量关系
eb
可控整流器的外特性
换流器的等值电路
可控整流器的阀两端电压波形
U+
单桥整流器相电流波形
p1 p2 p3 p4 p5 p6 p1 p2 p3 p4 p5 p6
U-
ea
C1
0
eb
峰值整流
电压降
整流电压(平均值)
U d = 1.35 ⋅U −
3
π
ωL I d
6脉动可控桥 脉动可控桥
U+
Id
ea eb ec
ia ib ic A B C Id
U-
α >0 时，考虑叠弧后整流电压平均值
U d = 1 . 35 ⋅ U ⋅ cos α −
3
π
ωL Id
可控整流电压
C
Ud =1.35• U • cosα −
C6
3 4 eca 5 4 5 4 5 6
C2
5 1 6 6 2 1
C4
1 3 2 3 2 3 eba 4 3 4
C6
3 4 5 4 5 ecb 6
u-
2 eab 1 e1 2 ebc ac 1
e5 cb
6
1 2 e6 1 eac 2 ebc ab
e4 ca
5
ud
120 ° + µ
0
α α+µ
180 °
u+
iV1 iV2 iV3 iV4 iV5 iV6
单桥逆变器换流变阀侧电流波形
p5 p6 p1. p2 p3 P4 p5 p6 p1 p2 p3 p4
ea
C1
0
eb
C3 C5 C4
6 1 6 1 2 1 2 1 2 3
ec
6.28
ea
C1
3 4 5
eb
C3 C5
5 6 1
ec
12.57
uu+
3 4 5
ea
C1
0
eb
C3 C5 C4
6 1 6 1 2 1 2 1 2 3
ec
6.28
ea
C1
3 4 5
eb
C3 C5
5 6 1
ec
12.57
u-
3 4 5
C2
4 5 4 5 6 5 6
5 6 1
C6
2 3
2 3 4
C2
4 5
3 4
4 5 6
C4 6
6 1 1 2 1 2
5 6
1 2 3
C62
2 3 3 4
控制特性配合3 控制特性配合
定Ud、定Id
Vd
(p.u.) Vd
(p.u.)
1.0
C
B
0.8
b c
0.0
Id(p.u.)
0.0
Id(p.u.)
控制特性配合4 控制特性配合
电流裕度控制
(p.u.) Vd Vd
°
(p.u.)
1.0
γ
1.0
Idz
γ=18°
In
Idn
Idz
∆I
0.0
Id(p.u.)
0.0
注意:只需很小的压差 注意 只需很小的压差
直流输电原理(反送 直流输电原理 反送) 反送
逆变 Id 整流
注意: 注意 只需很小的压差 电流方向不变,仅电压极性反转！ 电流方向不变 仅电压极性反转！ 仅电压极性反转
换流器的结线方式
采用6脉动换流桥为基本单元 采用 脉动换流桥为基本单元 脉动
与其他结线方式相比， 脉动换流桥的优点 脉动换流桥的优点： 与其他结线方式相比， 6脉动换流桥的优点： • 直流电压相同条件下，阀在断态下所承受的电压峰值较低； 直流电压相同条件下，阀在断态下所承受的电压峰值较低； • 直流输出功率相同条件下，换流变压器阀侧绕组容量较小； 直流输出功率相同条件下，换流变压器阀侧绕组容量较小； • 换流变结线简单，无需两个副绕组或有中心抽头的副绕组； 换流变结线简单，无需两个副绕组或有中心抽头的副绕组；
ud 2 ud1
C61 C62 C11 C12 C21 C22 C31 C32 C41 C42 C51 C52 C61 C62 C11 C12 C21 C22
π
1 Id 3
2π
ωt
(1+
(1+ 1 ) Id 3
2 ) Id 3
i A = i A1 + i A 2
(1+
(1+ 1 ) Id 3
1 Id 3
12脉动阀组 脉动阀组
12脉动桥电源侧电流波形 12脉动桥电源侧电流波形
u
eca ecb ecb eab eab eac eac ebc ebc eba eba eca eca ecb ecb eab eab