直流輸電與FACTS技術(shù)總結(jié)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上直流輸電系統(tǒng)由換流站和線路組成。直流輸電過程：一個(gè)交流變直流（整流）、傳送、直流再變交流（逆變）的過程。直流輸電與交流輸電的比較：1）經(jīng)濟(jì)性比較（a線路：直流兩根導(dǎo)線，三相交流三根導(dǎo)線。直流線路比交流線路成本低。b兩端設(shè)備：直流兩端是換流站（換流變壓器，換流器，無功補(bǔ)償設(shè)備），造價(jià)高，交流交流變電站（變壓器，斷路器，隔離開關(guān)）c總費(fèi)用與等價(jià)距離：當(dāng)輸電距離增加到一定值時(shí)，直流線路所節(jié)省的費(fèi)用恰好抵償了換流站所增加的費(fèi)用，此時(shí)交、直流輸電的總費(fèi)用正好相等，這個(gè)距離稱為交、直流輸電的等價(jià)距離）2）技術(shù)性比較（a穩(wěn)定性：交流輸送容量受到穩(wěn)定極限的限制，輸送容量與輸送距離的成

2、績必須小于一定值。直流線路所能輸送的容量僅受導(dǎo)線截面限制，而不受穩(wěn)定性限制。在交、直流輸電系統(tǒng)并列運(yùn)行的場合，直流輸電系統(tǒng)還可提高交流輸電系統(tǒng)的穩(wěn)定性b非同步聯(lián)絡(luò)線：交流聯(lián)絡(luò)線剛性聯(lián)接，直流聯(lián)絡(luò)線彈性聯(lián)接c新發(fā)電方式與系統(tǒng)的聯(lián)接）直流輸電優(yōu)點(diǎn)：1當(dāng)輸送相同的功率時(shí)，直流輸電線路造價(jià)比交流線路低2可以非同步聯(lián)網(wǎng)3聯(lián)網(wǎng)不增加短路容量4線路電暈干擾小5線路基本不存在電容電流，沿線電壓分布均勻，不需無功補(bǔ)償。缺點(diǎn)：1換流站造價(jià)高于變電站2目前尚無適用的直流斷路器，發(fā)展多端直流3輸電系統(tǒng)受到一定限制4不能使用變壓器變換電壓水平5運(yùn)行過程中產(chǎn)生諧波6換流站需要大量的無功補(bǔ)償7控制復(fù)雜。適用場合：1遠(yuǎn)距離大

3、功率輸電2海底電纜輸電3用電纜向高密度大城市供電4不同額定頻率或同頻率非同步運(yùn)行的交流系統(tǒng)之間的聯(lián)絡(luò)。兩端直流輸電系統(tǒng)分類：單極、雙極、非同步聯(lián)絡(luò)站。三相橋式電路優(yōu)點(diǎn)：1.在直流電壓相同情況下，橋閥在斷態(tài)所承受電壓的峰值小于等于其他方式。2.當(dāng)通過功率為一定值時(shí)，換流變壓器電網(wǎng)側(cè)繞組容量小于或等于其他方式，閥側(cè)繞組容量小于其他方式。3.換流變壓器接線簡單，不需中心抽頭，有利于變壓器絕緣。4.閥所需伏安容量小。5.直流電壓紋波小。橋閥導(dǎo)通條件：1.閥承受正向電壓2.在觸發(fā)極上加足夠能量的正的觸發(fā)脈沖。假設(shè)條件：1.交流系統(tǒng)的等效電源的電勢是平衡對(duì)稱正弦的。2.系統(tǒng)等效阻抗是對(duì)稱的。3.直流側(cè)平波

4、電抗器具有無窮大電抗值，因而直流側(cè)電流為不含紋波的穩(wěn)恒直流。4.閥具有理想開關(guān)的特性。5.觸發(fā)脈沖等距。換向重疊角：當(dāng)E，Xr，不變時(shí)，隨Id增大而增大，而E下降，減小或Xr增大而其他參數(shù)不變時(shí)，也將增大。直流電壓：=0，=0，Vd=1.35E。>0，=0，Vd=1.35Ecos。>0，>0，Vd=Vd0cos-RrId=Vd0cos(+/2)cos/2。整流器總功率因數(shù)小于基波功率因數(shù)：是因?yàn)榻涣麟娏髦泻胸S富的諧波。這些諧波的存在，使整流器的總視在功率大于基波視在功率。cos(+/2)cos/2=總體<基波=cos(+/2)。=0整流器逆變器觸發(fā)滯后角不同<9

5、0°>90°功率從交流側(cè)傳送到直流側(cè)，直流側(cè)是負(fù)載從直流側(cè)傳送到交流側(cè)，直流側(cè)是電源0+/2<90°或-/2<90°或+/2>90°安全關(guān)斷越前角=15°保證逆變器正常運(yùn)行時(shí)閥所需承受反壓的最小時(shí)間所對(duì)應(yīng)的電角度。換相失?。簝砷y換相結(jié)束后，如果退出閥在重新承受正壓時(shí)未能完全恢復(fù)阻斷能力，或者換相尚未結(jié)束換相電壓已經(jīng)反向，都會(huì)導(dǎo)致進(jìn)入閥向退出閥倒換相，最后結(jié)果是退出閥重新導(dǎo)通，進(jìn)入閥又恢復(fù)關(guān)斷狀態(tài)，即換相沒有成功。原因：交流電壓突然下降，直流電流突然增大，過小等。一次換相失敗：故障在系統(tǒng)一個(gè)周期內(nèi)，輸出電壓不正常

6、歷時(shí)240°。兩次換相失敗：由于直流電抗為有限值，線路上存在電容，整流器定電流調(diào)節(jié)裝置有時(shí)滯等原因，Id增大，增大，有可能形成兩次連續(xù)換相失敗。影響：1、兩閥連續(xù)導(dǎo)通一個(gè)周期以上，直流電流了流經(jīng)換流變壓器，將造成變壓器偏磁2、由于交流電流被加到直流回路上，有可能在線路電容與電感元件之間造成基波頻率的諧振過電壓。誤開通：閥在承受正向電壓的時(shí)間內(nèi)，如閥的控制極觸發(fā)回路發(fā)生故障，或正向電壓上升率過大，都可能造成不開通：觸發(fā)脈沖丟失或閥控制極回路故障引起。故障過程和后果與一次換相失敗類似，區(qū)別僅在于不存在換相及倒換相過程。多橋換流器優(yōu)點(diǎn)：1各橋換流變壓器適當(dāng)聯(lián)接后，可使整個(gè)換流器注入系統(tǒng)的諧

7、波電流大大減小2具有較高的運(yùn)行可靠性3便于用規(guī)格化的換流橋組成不同額定直流電壓的換流器。缺點(diǎn)：換流變壓器的接線復(fù)雜，兩橋以上的多橋換流器的換流變壓器往往要采用曲折性接線，給變壓器的制造增加了困難。多巧換流器的控制復(fù)雜。采用最多：雙橋換流器：由于兩橋間30°相角差的存在，兩橋直流側(cè)電壓串聯(lián)后，輸入電壓由單橋的6脈動(dòng)變?yōu)?2脈動(dòng)具有更小的紋波系數(shù)，注入交流系統(tǒng)的諧波電流也較小。橋間耦合：由于一橋換相時(shí)，兩相短路電流在耦合電抗Xx上產(chǎn)生壓降，從而使換流器兩側(cè)母線交流產(chǎn)生畸變，對(duì)其他橋產(chǎn)生影響。解耦措施：1、交流濾波器2、平衡電抗器諧波分為特征諧波和非特征諧波。特征諧波是諧波的主要成分。諧波

8、的危害：使交流系統(tǒng)中的發(fā)電機(jī)，變壓器和電容器由于諧波造成附加損耗而發(fā)熱。由于諧波諧振引起電網(wǎng)中局部過電壓。由于諧波中的負(fù)序分量引起電力系統(tǒng)中的保護(hù)誤動(dòng)作。由于電壓波形畸變，引起直流輸電控制系統(tǒng)的不穩(wěn)定和其它一些設(shè)備控制系統(tǒng)不穩(wěn)定。由于諧波中的能量主要集中在較低次數(shù)的分量，而這些分量的頻率恰好是在人耳的敏感范圍，因而低次諧波將對(duì)通訊線路產(chǎn)生嚴(yán)重干擾。一個(gè)P脈沖的換流器，在直流側(cè)產(chǎn)生kp次特征諧波，在交流側(cè)產(chǎn)生kp±1次特征諧波。特征諧波由換流器的脈動(dòng)數(shù)及換流器結(jié)構(gòu)決定。消除諧波危害的措施：1增加換流器脈動(dòng)數(shù)2在換流器交流側(cè)和直流側(cè)裝設(shè)濾波器。單橋換流器:=2/*(coswt-1/5co

9、s5wt+1/7cos7wt-1/11cos11wt+)1單橋換流器在理想條件下及=0時(shí)，交流側(cè)電流中只含有6k±1次諧波，2換流器交流側(cè)基波線電流幅值=1.1037有效值=0.78，3、n次諧波的有效值為基波的1/n。4.ib,ic的各次諧波幅值與ia相同，而各相角分別后移或前移n*2/3。雙橋換流器: =2/*(coswt-1/11cos11wt+1/13cos13wt+)1理想假設(shè)條件下，雙橋換流器在環(huán)流變壓器適當(dāng)連接時(shí)，交流側(cè)只含有12k±1次諧波，m橋6mk±1次。2、=0時(shí)，/=1/n,0時(shí)，/=（，n）。換流器直流側(cè)諧波電壓vd：單橋:含6k次諧波，

10、m橋：6mk次。直流側(cè)的諧波電壓無論等于0與否，都與有關(guān)。交流側(cè)各次諧波電流幅值主要取決于直流側(cè)電流的大小對(duì)于交流系統(tǒng)，換流裝置為諧波電流源；直流側(cè)各次諧波電壓幅值主要取決于交流電壓，而與直流側(cè)運(yùn)行狀態(tài)關(guān)系不大對(duì)于直流線路而言，換流裝置為諧波電壓源。非特征諧波產(chǎn)生原因：1交流系統(tǒng)電壓不對(duì)稱2系統(tǒng)三相電抗不相等3最主要原因：控制系統(tǒng)發(fā)出的觸發(fā)脈沖間隔不等。調(diào)節(jié)直流輸電系統(tǒng)輸送的直流電流和直流功率：1調(diào)節(jié)兩側(cè)的觸發(fā)角，或關(guān)斷角（主調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)范圍大，調(diào)節(jié)迅速），2調(diào)節(jié)兩側(cè)換流變壓器分接頭以調(diào)節(jié)交流電勢Ez,En.（輔助調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)范圍有限，速度慢）整流器定、逆變器定運(yùn)行方式：不合理？由于定、定的伏安特

11、性的斜率一般很小，因此當(dāng)整流側(cè)（逆變側(cè)也是）交流電壓有不大的變化時(shí)，就會(huì)引起直流電流和直流功率的大的波動(dòng)。直流書送功率的大幅度波動(dòng)將引起兩端系統(tǒng)運(yùn)行困難，特別是輸送功率在交流系統(tǒng)容量中占有較大比重時(shí)。而直流電流的劇烈變化，會(huì)影響直流系統(tǒng)的安全運(yùn)行。過大時(shí)，可能使換流器嚴(yán)重過載，并且容易引起逆變器換相失敗故障；而過小，有可能使直流斷續(xù)而引起過電壓。整流器定、逆變器定運(yùn)行方式：不合理？當(dāng)交流系統(tǒng)電壓變化時(shí)，直流電流和直流功率的波動(dòng)的幅度將更大。（情況：逆變側(cè)交流系統(tǒng)為弱系統(tǒng)即系統(tǒng)短路阻抗很大時(shí)）（為了保證逆變器的安全運(yùn)行，減小發(fā)生換相失敗的幾率，要求逆變器的關(guān)斷越前角大于安全關(guān)斷越前角。而為了提高

12、逆變器的功率因數(shù)，又希望盡可能小，因此直流輸電系統(tǒng)中的逆變器往往采用定控制，將控制在附近）。直流輸電基本運(yùn)行方式：整流器定電流，逆變器定。（若整不能定電流，則整定，逆定電流）整流側(cè)的伏安特性由定電流和定組成，逆變側(cè)由定和定電流組成。為了保證整流器正常工作，整流側(cè)的觸發(fā)角有一限制值，即正常運(yùn)行時(shí)應(yīng)有，一般為5°左右。當(dāng)整流側(cè)交流電壓下降時(shí)，為了維持Id=Id0不變，必須減小角。如果交流電壓下降過多，減小到時(shí)仍不能使Id=Id0，整流器就進(jìn)入定運(yùn)行方式。這時(shí)若逆變器仍運(yùn)行于定方式，系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)將明顯惡化。為了克服這一缺點(diǎn)，在逆變器也裝有定電流調(diào)節(jié)器，其整定值比整流側(cè)的小一個(gè)電流裕額Id

13、0，即為Id0-Id0。這樣當(dāng)整流側(cè)由于交流電壓下降進(jìn)入定，逆變側(cè)轉(zhuǎn)入定電流運(yùn)行方式。同理，若逆變側(cè)交流電壓上升較多，整流側(cè)也會(huì)進(jìn)入定運(yùn)行方式。逆變側(cè)的定電壓運(yùn)行方式：將逆變側(cè)的定段改為定電流電壓段。適用于受端系統(tǒng)為弱系統(tǒng)的場合。優(yōu)點(diǎn)：1有利于提高受端系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定（逆變站交流母線電壓下降時(shí)，逆變器的電壓調(diào)節(jié)器將自動(dòng)減小以維持直流電壓不變。減小，功率因數(shù)提高，消耗無功功率覺少，防止交流電壓進(jìn)一步下降。如果逆變器采用定控制，當(dāng)交流電壓下降，將增大以保證不變，所以功率因數(shù)下降，消耗無功增加，電壓進(jìn)一步下降。在交流系統(tǒng)較弱時(shí)，可能引起惡性循環(huán)，最終電壓崩潰）2在輕負(fù)載時(shí)，比滿載時(shí)大，對(duì)防止換相失敗有

14、利。缺點(diǎn)：為了保證觸發(fā)角有一定的調(diào)節(jié)范圍，在額定運(yùn)行時(shí)逆變器的角要略大于。這使得定電壓調(diào)節(jié)時(shí)的逆變器的功率因數(shù)比定運(yùn)行時(shí)的低，消耗的無功較多。直流輸電系統(tǒng)公式：整流器：Vd=Vdz=Vdozcos-IdRrz逆變器：Vd=Vdn+IdR=Vdoncos+Id(Rrn+R)=Vdoncos-Id(Rrn-R)軟啟動(dòng)：直流輸電系統(tǒng)起動(dòng)時(shí)，采用逐漸升壓的方式，以免產(chǎn)生過電壓。起動(dòng)時(shí)限起動(dòng)逆變器，使為最大上限值，然后按=90°觸發(fā)整流器，同時(shí)使電流調(diào)節(jié)器整定值按一定規(guī)律上升，整流器直流電流也隨之上升。逆變側(cè)，當(dāng)電流大于不連續(xù)值后，控制系統(tǒng)便自動(dòng)逐步減小，同時(shí)監(jiān)視，保證>，直到=、=后，

15、起動(dòng)過程結(jié)束。停機(jī)過程：使整流側(cè)電流調(diào)節(jié)器電流整定值按一定規(guī)律下降，同時(shí)逆變側(cè)電流調(diào)節(jié)器使增大，直至達(dá)到上限值。當(dāng)電流降到0后，停發(fā)兩側(cè)換流器觸發(fā)脈沖，停機(jī)完成。快速停機(jī)方式：將整流器的觸發(fā)相位快速增大到=100°130°，使其轉(zhuǎn)入逆變運(yùn)行狀態(tài)，于是平波電抗器、直流線路電感、線路電容中儲(chǔ)存的能量就迅速送到兩側(cè)交流系統(tǒng)，直流電流迅速降到0.（處理直流線路短路等故障）旁通對(duì)：換流器中處于同一相的上下兩個(gè)閥。利用旁通對(duì)起動(dòng)：首先在兩側(cè)投入旁通對(duì)，直流線路通過旁通對(duì)短路，將直流線路上的殘余能量泄放掉。然后整流器旁通對(duì)退出（解鎖），進(jìn)行軟啟動(dòng)。此時(shí)逆變器仍由旁通對(duì)短路，有利于快速通過

16、電流不連續(xù)區(qū)，待電流越過不連續(xù)區(qū)后解鎖逆變器，以后的過程與軟啟動(dòng)過程相同。利用旁通對(duì)停機(jī)：當(dāng)電流減小到不連續(xù)區(qū)附近時(shí)，也可以投入旁通對(duì)，使換流器越過電流間斷區(qū)而停機(jī)。潮流反轉(zhuǎn)：將電流裕量指令從II側(cè)切至I側(cè)，I側(cè)的電流整定值從變成，II側(cè)電流整定值從-Id變成。由于直流系統(tǒng)的電流在附近，I側(cè)將檢測到電流大于整定值，它的電流調(diào)節(jié)器將增大以減小Id。同時(shí)，逆變側(cè)將檢測到Id小于其定電流調(diào)節(jié)器整定值，自動(dòng)從定控制轉(zhuǎn)到定電流控制，并增大，力圖維持電流Id等于。這樣I側(cè)不斷增大，II側(cè)不斷增大，當(dāng)I側(cè)>90°是進(jìn)入逆變狀態(tài)，II側(cè)>90°進(jìn)入整流狀態(tài)。這個(gè)過程一直進(jìn)行到I

17、側(cè)=，自動(dòng)轉(zhuǎn)到定控制，潮流反轉(zhuǎn)完成。FACTS的基本內(nèi)涵是：基于采用現(xiàn)代大功率電力電子技術(shù)構(gòu)成的各種FACTS控制器，結(jié)合先進(jìn)的控制理論和計(jì)算機(jī)信息處理技術(shù)等，實(shí)現(xiàn)對(duì)交流輸電網(wǎng)運(yùn)行參數(shù)和變量（如電壓、相角、阻抗、潮流等）更加快速、連續(xù)和頻繁的調(diào)節(jié)，即所謂柔性（或靈活）輸電控制，進(jìn)而達(dá)到提高輸電系統(tǒng)運(yùn)行效率、穩(wěn)定性和可靠性的目的?；捍蠊β孰娏﹄娮蛹夹g(shù)。核心：FACTS控制器。關(guān)鍵：對(duì)輸電網(wǎng)參數(shù)和變量的柔性化控制。FACTS（靈活交流輸電系統(tǒng)）特點(diǎn)：1利用FACTS元件可以快速、平滑地調(diào)節(jié)系統(tǒng)參數(shù)，從而靈活、迅速地改變系統(tǒng)的潮流分布。2FACTS元件具有快速可控的特點(diǎn)，對(duì)提高系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性有十分顯著的作用。3FACTS元件可以斷續(xù)或連續(xù)地調(diào)節(jié)控制參數(shù)，可以用來調(diào)節(jié)系統(tǒng)的阻尼，抑制或消除振蕩，改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性。4電子開關(guān)理論上可以無限次操作而無機(jī)械磨損，因而提高了系統(tǒng)控制的靈活性和可靠性。5FACTS技術(shù)的顯著特點(diǎn)是可以充分利用現(xiàn)有輸電線路和設(shè)備，以增加FACTS元件的方法，在現(xiàn)有電力系統(tǒng)內(nèi)逐步實(shí)施。FACTS與HVDC相同之處：1歷史同樣悠久2共同的基礎(chǔ)：大功率電力電子技術(shù)3使用的最終目標(biāo)一致