電力電子課程總結(jié)

1、沈 陽 工 程 學(xué) 院電力電子學(xué)課程討論報(bào)告報(bào)告題目：高壓直流輸電技術(shù)班級： 繼電本096 匯報(bào)人： 牛志勇(30) 成員： 王明(23) 付振海(28) 曲曉陽(20) 賀慶(24) 報(bào)告時(shí)間： 2012 年 12 月 29 日一、綜述本次報(bào)告主要討論了高壓直流輸電系統(tǒng),該系統(tǒng)主要運(yùn)用的電力電子技術(shù)中DC-AC整流技術(shù)AC-DC逆變技術(shù)。主要包括：直流輸電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，單極直流輸電系統(tǒng)，雙極直流輸電系統(tǒng)，背靠背直流輸電系統(tǒng)，多端直流輸電系統(tǒng)。任務(wù)分組：牛志勇-直流輸電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及整合，王明-單極直流輸電系統(tǒng)，付振海-雙極直流輸電系統(tǒng)，曲曉陽-背靠背直流輸電系統(tǒng)，賀慶-多端直流輸電系統(tǒng)。二、匯報(bào)

2、內(nèi)容1、直流輸電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)直流輸電工程是以直流電的方式實(shí)現(xiàn)電能傳輸?shù)墓こ獭Ｖ绷鬏旊娕c交流輸電相互配合構(gòu)成現(xiàn)代電力傳輸系統(tǒng)。目前電力系統(tǒng)中的發(fā)電和用電的絕大部分均為交流電，要采用直流輸電必須進(jìn)行換流。也就是說，在送端需要將交流電變換為直流電(稱為整流)，經(jīng)過直流輸電線路將電能送往受端；而在受端又必須將直流電變換為交流電(稱為逆變)，然后才能送到受端的交流系統(tǒng)中去，供用戶使用。送端進(jìn)行整流變換的地方叫整流站，而受瑞進(jìn)行逆變變換的地方叫逆變站。整流站和逆變站可統(tǒng)稱為換流站。實(shí)現(xiàn)整流和逆變變換的裝置分別稱為整流器和逆變器，它們統(tǒng)稱為換流器。直流輸電工程的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可分為兩端或端對端)直流輸電系統(tǒng)和多端直

3、流輸電系統(tǒng)兩大類。兩端直流輸電系統(tǒng)是只有一個(gè)整流站送端)和一個(gè)逆變站(受端)的直流輸電系統(tǒng)，即只有一個(gè)送端和一個(gè)受端，它與交流系統(tǒng)只有兩個(gè)連接端口，是結(jié)構(gòu)最簡單的直流輸電系統(tǒng)。多端直流輸電系統(tǒng)與交流系統(tǒng)有三個(gè)或三個(gè)以上的連接端口，它有三個(gè)或三個(gè)以上的換流站。例如，一個(gè)三端直流輸電系統(tǒng)包括三個(gè)換流站，與交流系統(tǒng)有三個(gè)端口相連，它可以有兩個(gè)換流站作為整流站運(yùn)行，一個(gè)換流站作為逆變站運(yùn)行，即有兩個(gè)送端和一個(gè)受端;也可以有一個(gè)換流站作為整流站運(yùn)行，兩個(gè)作為逆變站運(yùn)行，即有一個(gè)送端和兩個(gè)受端。2、單極直流輸電系統(tǒng) 單極直流輸電系統(tǒng)可以采用正極性或負(fù)極性。換流站出線端對地電位為正的稱為正極，為負(fù)的稱為負(fù)極

4、。與正極或負(fù)極相連的輸電導(dǎo)線稱為正極導(dǎo)線或負(fù)極導(dǎo)線；也可以稱為正極線路或負(fù)極線路。單極直流架空線路通常多采用負(fù)極性(即正極接地)，這是因?yàn)檎龢O導(dǎo)線的電暈電磁干擾和可聽噪聲均比負(fù)極導(dǎo)線的大。同時(shí)由于雷電大多為負(fù)極性，使得正極導(dǎo)線雷電閃絡(luò)的概率也比負(fù)極導(dǎo)線的高。單極系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和靈活性均不如雙極系統(tǒng)好，實(shí)際工程中大多采用雙極系統(tǒng)。雙極系統(tǒng)是由兩個(gè)可獨(dú)立運(yùn)行的單極系統(tǒng)所組，便于工程進(jìn)行分期建設(shè)，同時(shí)在運(yùn)行中當(dāng)一極故障停運(yùn)時(shí)，可自動(dòng)轉(zhuǎn)為單極系統(tǒng)運(yùn)。因此，雖然所設(shè)計(jì)的單極直流輸電工程不多，但在實(shí)際運(yùn)行中單極系統(tǒng)的運(yùn)行方式是常見的。 單極系統(tǒng)的接線方式有單極大地(或海水)回線方式和單極金屬回線方式兩種

5、。另外當(dāng)雙極直流輸電工程在單極運(yùn)行時(shí)，還可以接成雙導(dǎo)線并聯(lián)大地回線方式運(yùn)行。實(shí)質(zhì)上這是利用已有的輸電導(dǎo)線為降低線路損耗而采用的一種單極大地回線方式。圖1一2中的(a)、(b), (c)分別給出這三種方式的示意圖。（1）單極大地回線方式 單極大地回線方式是利用一根導(dǎo)線和大地(或海水)構(gòu)成直流側(cè)的單極回路，兩端換流站均需接地，見圖1一2 (a)。這種方式的大地(或海水)相當(dāng)于直流輸電線路的一根導(dǎo)線，流經(jīng)它的電流為直流輸電工程的運(yùn)行電流。由于地下(或海水中)長期有大的直流流過，這將引起接地極附近地下金屬構(gòu)件的電化學(xué)腐蝕以及中性點(diǎn)接地變壓器直流偏磁的增加而造成的變壓器磁飽和等問題，這些問題有時(shí)需要采取

6、一定的技術(shù)措施。對于單極大地回線方式的直流輸電工程，其接地極設(shè)計(jì)所取的連續(xù)運(yùn)行電流即為工程連續(xù)運(yùn)行的直流電流。 單極大地回線方式的線路結(jié)構(gòu)簡單，可利用大地這個(gè)良導(dǎo)體，省去一根導(dǎo)線，線路造價(jià)低，但其運(yùn)行的可靠性和靈活性均較差；同時(shí)對接地極的要求較高，使得接地極的投資增加。這種方式的應(yīng)用場合主要是高壓海底電纜直流工程，因?yàn)槭∪ヒ桓邏汉５纂娎|所節(jié)省的投資還是相當(dāng)可觀的。采用這種方式的直流輸電工程有：瑞典一丹麥的康梯一斯堪工程，瑞典一芬蘭的芬挪一斯堪工程，瑞典一德國的波羅的海工程，丹麥一德國的康特克工程等。 （2）單極金屬回線方式單極金屬回線方式是利用兩根導(dǎo)線構(gòu)成直流側(cè)的單極回路，見圖1一2(b)，

7、其中一根低絕緣的導(dǎo)線也稱金屬返回線)用來代替單極大地回線方式中的地回線。在運(yùn)行中，地中無電流流過，可以避免由此所產(chǎn)生的電化學(xué)腐蝕和變壓器磁飽和等問題。為了固定直流側(cè)的對地電壓和提高運(yùn)行的安全性，金屬返回線的一端需要接地，其不接地端的最高運(yùn)行電壓為最大直流電流時(shí)在金屬返回線上的壓降。這種方式的線路投資和運(yùn)行費(fèi)用均較單極大地回線方式的要高。通常是在不允許利用大地(或海水)為回線或選擇接地極較困難以及輸電距離又較短的單極直流輸電工程中采用。3、雙極直流輸電系統(tǒng) 雙極系統(tǒng)接線方式是直流輸電工程通常所采用的接線方式，可分為雙極兩端中性點(diǎn)接地方式、雙極一端中性點(diǎn)接地方式和雙極金屬中線方式三種類型。圖1一3

8、所示為雙極直流輸電系統(tǒng)接線示意圖。（1） 雙極兩端中性點(diǎn)接地方式(可簡稱雙極方式)雙極兩端中性點(diǎn)接地方式是大多數(shù)直流輸電工程所采用的正負(fù)兩極對地，兩端換流站的中性點(diǎn)均接地的系統(tǒng)構(gòu)成方式，見圖1-3(a)，實(shí)際上它是由兩個(gè)獨(dú)立運(yùn)行的單極大地回線系統(tǒng)構(gòu)成。正負(fù)兩極在地回路中的電流方向相反，地中電流為兩極電流之差值。雙極中的任一極均能構(gòu)成一個(gè)獨(dú)立運(yùn)行的單極輸電系統(tǒng)，雙極的電壓和電流可以不相等。雙極的電壓和電流均相等時(shí)稱為雙極對稱運(yùn)行方式，不相等時(shí)稱為電壓或電流的不對稱運(yùn)行方式。當(dāng)雙極電流相等時(shí)，地中無電流流過，實(shí)際上僅為兩極的不平衡電流，通常小于額定電流的l%。因此，在雙極對稱方式運(yùn)行時(shí)，可基本上消

9、除由于地中電流所引起的電腐蝕等問題。當(dāng)雙極電流不對稱運(yùn)行時(shí)，兩極中的電流不相等，地中電流為兩極電流之差值。為了減小地中電流的影響，在運(yùn)行中盡量采用雙極對稱運(yùn)行方式。如果由于某種原因需要一個(gè)極降低電壓或電流運(yùn)行，則可轉(zhuǎn)為雙極電壓或電流不對稱運(yùn)行方式。 雙極直流輸電工程的兩端接地極系統(tǒng)可根據(jù)工程所要求的單極大地回線運(yùn)行時(shí)間的長短來進(jìn)行設(shè)計(jì)。如果單極大地回線方式只作為當(dāng)一極故障時(shí)向單極金屬回線方式轉(zhuǎn)換的短時(shí)過渡方式來考慮，則可大大降低對接地極的要求。因此，雙極兩端中性點(diǎn)接地的直流輸電，對于不同的工程要求，其接地極系統(tǒng)的差別也較大。 （2）雙極一端中性點(diǎn)接地方式 這種接線方式只有一端換流站的中性點(diǎn)接地

10、，見圖1-3（b），其直流側(cè)回路由正負(fù)兩極導(dǎo)線組成，不能利用大地(或海水)作為備用導(dǎo)線。當(dāng)一極線路發(fā)生故障需要退出工作時(shí)，必須停運(yùn)整個(gè)雙極系統(tǒng)，而沒有單極運(yùn)行的可能性。當(dāng)一極換流站發(fā)生故障時(shí)，也不能自動(dòng)轉(zhuǎn)為單極大地回線方式運(yùn)行，而只能在雙極停運(yùn)以后，才有可能重新構(gòu)成單極金屬回線的運(yùn)行方式。因此，這種接線方式的運(yùn)行可靠性和靈活性均較差。其主要優(yōu)點(diǎn)是可以保證在運(yùn)行中地中無電流流過，從而可以避免由此所產(chǎn)生的一些問題。這種系統(tǒng)構(gòu)成方式在實(shí)際工程中很少采用，只在英一法海峽直流輸電工程中得到了應(yīng)用。 （3）.雙極金屬中線方式 雙極金屬中線方式是利用三根導(dǎo)線構(gòu)成直流側(cè)回路，其中一根為低絕緣的中性線，另外兩根

11、為正負(fù)兩極的極線，見圖1-3（c）。這種系統(tǒng)構(gòu)成相當(dāng)于兩個(gè)可獨(dú)立運(yùn)行的單極金屬回線系統(tǒng)。共用一條低絕緣的金屬返回線。為了固定直流側(cè)各種設(shè)備的對地電位，通常中性線的一端接地，另一端的最高運(yùn)行電壓為流經(jīng)金屬中線最大電流時(shí)的電壓降。這種方式在運(yùn)行中地中無電流流過，它既可以避免由于地電流而產(chǎn)生的一些問題，義具有比較可靠和靈活的運(yùn)行方式。當(dāng)一極線路發(fā)生故障時(shí)，則可自動(dòng)轉(zhuǎn)為單極金屬回線方式運(yùn)行；當(dāng)換流站的一個(gè)極發(fā)生故障需要退出工作時(shí)，可首先自動(dòng)轉(zhuǎn)為單極金屬回線方式，然后還可轉(zhuǎn)為單極雙導(dǎo)線并聯(lián)金屬回線方式運(yùn)行。其運(yùn)行的可靠性和靈活性與雙極兩端中性點(diǎn)接地方式相類似。由于采用三根導(dǎo)線組成輸電系統(tǒng)，其線路結(jié)構(gòu)較復(fù)

12、雜，線路造價(jià)較高。通常是當(dāng)不允許地中流過直流電流或接地極極址很難選擇時(shí)才采用。4 背靠背直流系統(tǒng)背靠背直流系統(tǒng)是輸電線路長度為零(即無直流輸電線路)的兩端直流輸電系統(tǒng)，它主要用于兩個(gè)非同步運(yùn)行(不同頻率或頻率相同但非同步)的交流電力系統(tǒng)之間的聯(lián)網(wǎng)或送電，也稱為非同步聯(lián)絡(luò)站。如果兩個(gè)被聯(lián)電網(wǎng)的額定頻率不相同(如50Hz和60Hz ,也可稱為變頻站。背靠背直流系統(tǒng)的整流站和逆變站的設(shè)備通常均裝設(shè)在一個(gè)站內(nèi)，也稱背靠背換流站。在背靠背換流站內(nèi)，整流器和逆變器的直流側(cè)通過平波電抗器相連，構(gòu)成直流側(cè)的閉環(huán)回路；而其交流側(cè)則分別與各自的被聯(lián)電網(wǎng)相連，從而形成兩個(gè)電網(wǎng)的非同步聯(lián)網(wǎng)。站產(chǎn)生的諧波，通常選擇12

13、脈動(dòng)換流器作為基本換流單元。兩個(gè)被聯(lián)電網(wǎng)之間交換功率的大小和方向均由控制系統(tǒng)進(jìn)行快速方便的控制。為降低換流圖1一4所示為背靠背換流站的原理接線。換流站內(nèi)的接線方式有換流器組的并聯(lián)方式和串聯(lián)方式兩種。背靠背直流輸電系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是直流側(cè)可選擇低電壓大電流(因無直流輸電線路，直流側(cè)損耗小)，可充分利用大截面晶閘管的通流能力，同時(shí)直流側(cè)設(shè)備(如換流變壓器、換流閥、平波電抗器等)也因直流電壓低而使其造價(jià)也相應(yīng)降低。由于整流器和逆變器均裝設(shè)在一個(gè)閥廳內(nèi)，直流側(cè)諧波不會(huì)造成對通信線路的干擾，因此可降低對直流側(cè)濾波的要求，省去直流濾波器，減小平波電抗器的電感值。由于上述因素使得背靠背換流站的造價(jià)比常規(guī)換流站

14、的造價(jià)降低約15%一20%，因此采用背靠背系統(tǒng)進(jìn)行非同步聯(lián)網(wǎng)在電力系統(tǒng)運(yùn)行上還具有一系列的優(yōu)點(diǎn)，詳見第十四章內(nèi)容介紹。5. 多端直流輸電系統(tǒng)多端直流輸電系統(tǒng)是由三個(gè)或三個(gè)以上換流站以及連接換流站之間的高壓直流輸電線路所組成，它與交流系統(tǒng)有三個(gè)或三個(gè)以上連接端口。多端直流輸電系統(tǒng)可以解決多電源供電或多落點(diǎn)受電的輸電問題，它還可以聯(lián)系多個(gè)交流系統(tǒng)或者將交流系統(tǒng)分成多個(gè)孤立運(yùn)行的電網(wǎng)。在多端直流輸電系統(tǒng)中的換流站，可以作為整流站運(yùn)行，也可以作為逆變站運(yùn)行，但作為整流站運(yùn)行的換流站總功率與作為逆變站運(yùn)行的總功率必須相等，即整個(gè)多端系統(tǒng)的輸入和輸出功率必須平衡。多端直流輸電系統(tǒng)換流站之間的連接方式可以采

15、用并聯(lián)方式或申聯(lián)方式，連接換流站之間的輸電線路可以是分支形或閉環(huán)形等，詳見第十五章內(nèi)容介紹。(1)串聯(lián)方式的特點(diǎn)是各換流站均在同一個(gè)直流電流下運(yùn)行，換流站之間的有功調(diào)節(jié)和分配主要是靠改變換流站的直流電壓來實(shí)現(xiàn)。通?？捎谜{(diào)節(jié)換流器的觸發(fā)角或換流變壓器的分接開關(guān)來改變直流電壓。分接開關(guān)的調(diào)節(jié)范圍有限(一般為20%一30%),角也受到最大角(一般為5060)的限制，從而使換流站的最小功率受到限制。同時(shí)在大角下運(yùn)行時(shí)，換流站消耗的無功功率也增加很多。串聯(lián)方式的直流側(cè)電壓較高，在運(yùn)行中的直流電流也較大，因此其經(jīng)濟(jì)性能不如并聯(lián)方式好。當(dāng)換流站需要改變潮流方向時(shí)，串聯(lián)方式只需改變換流器的觸發(fā)角，使原來的整流

16、站(或逆變站)變?yōu)槟孀冋?或整流站)運(yùn)行，不需改變換流器直流側(cè)的接線，潮流反轉(zhuǎn)操作快速方便。當(dāng)某一換流站發(fā)生故障時(shí)，可投入其旁通開關(guān)，使其退出工作，其余的換流站經(jīng)自動(dòng)調(diào)整后，仍能繼續(xù)運(yùn)行，不需要用直流斷路器來斷開故障。當(dāng)某一段直流線路發(fā)生瞬時(shí)故障時(shí)，可調(diào)節(jié)換流器的觸發(fā)角，使整個(gè)直流系統(tǒng)的直流電壓降到零，待故障消除后，直流系統(tǒng)可自動(dòng)再起動(dòng)。當(dāng)一段直流線路發(fā)生永久性故障時(shí)，則整個(gè)多端系統(tǒng)需要停運(yùn)。為避免這種情況發(fā)生，必要時(shí)可采用雙回線的串聯(lián)系統(tǒng)，此時(shí)線路投資將明顯增加。 (2)并聯(lián)方式的特點(diǎn)是各換流站在同一個(gè)直流電壓下運(yùn)行(忽略直流線路壓降)，換站之間的有功調(diào)節(jié)和分配主要是靠改變換流站的直流電流來

17、實(shí)現(xiàn)?？烧{(diào)節(jié)控制器的觸發(fā)角以及換流變壓器的分接開關(guān)來改變直流電流。由于換流器外特性的斜率小，使得在角調(diào)節(jié)范圍不大情況下即可滿足直流電流從最大值到最小值的調(diào)節(jié)要求。配合換流變壓器分接開關(guān)的調(diào)節(jié)，則可保持角在較小的范圍內(nèi)運(yùn)行，從而使換流器的功率因數(shù)高，消耗的無功功率少，換流設(shè)備的運(yùn)行條件也好。另一方面，由于并聯(lián)方式在運(yùn)行中保持直流電壓不變，負(fù)荷的減小是用降低直流電流來實(shí)現(xiàn)，因此其系統(tǒng)損耗小，運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性也好。由于并聯(lián)方式具有上述優(yōu)點(diǎn)，因此目前已運(yùn)行的多端直流系統(tǒng)均采用并聯(lián)方式。并聯(lián)方式的主要缺點(diǎn)是當(dāng)換流站需要改變潮流方向時(shí)，除了改變換流器的觸發(fā)角，使原來的整流站(或逆變站)變?yōu)槟孀冋?或整流站)以外

18、，還必須將換流器直流側(cè)兩個(gè)端子的接線倒換過來接入直流網(wǎng)絡(luò)才能實(shí)現(xiàn)。因此，并聯(lián)方式對潮流變化頻繁的換流站是很不方便的。另外，在并聯(lián)方式中當(dāng)某一換流站發(fā)生故障并需退出工作時(shí)，需要用直流斷路器來斷開故障的換流站。在目前大功率直流斷路器尚未發(fā)展到實(shí)用階段的情況下，采用直流輸電的快速控制，也可以滿足運(yùn)行的要求，通常是將整流站的角移相到120150，使其變?yōu)槟孀冋具\(yùn)行，從而使直流電壓和電流均很快降到零，然后用高速自動(dòng)隔離開關(guān)將故障的換流站斷開，最后對健全部分進(jìn)行自動(dòng)再起動(dòng)，使直流系統(tǒng)在新的工作點(diǎn)恢復(fù)工作。整個(gè)過程可在150 200ms內(nèi)完成。 多端直流輸電系統(tǒng)比采用多個(gè)兩端直流輸電系統(tǒng)要經(jīng)濟(jì)，但其控制保護(hù)系統(tǒng)以及運(yùn)行操作較復(fù)雜。今后隨著具有關(guān)斷能力的換流閥(如IGBT, IGCT等)的應(yīng)用以及在實(shí)際工惶中對控制保護(hù)系統(tǒng)的改進(jìn)和完善，